劉 磊 李 淑 李福昌

(山東農(nóng)業(yè)大學(xué)動物科技學(xué)院，山東省動物生物工程與疾病防治重點實驗室，泰安 271018)

家兔是一種小型哺乳動物，既能產(chǎn)肉，又能產(chǎn)毛產(chǎn)皮。在兔毛和兔皮生產(chǎn)中，包括被毛密度在內(nèi)的被毛品質(zhì)是重要的經(jīng)濟指標(biāo)；毛囊是被毛生長和發(fā)育的基礎(chǔ)，毛囊的生長發(fā)育直接決定了毛皮的質(zhì)量。毛囊的生長發(fā)育不僅受年齡、季節(jié)、環(huán)境等因素的影響，還受到各種營養(yǎng)物質(zhì)及信號通路的影響，本文對近年來有關(guān)家兔毛囊生長發(fā)育及營養(yǎng)物質(zhì)調(diào)控相關(guān)文獻進行綜述，以期對以后研究毛囊生長發(fā)育提供參考。

1 家兔毛囊形態(tài)發(fā)生、結(jié)構(gòu)及發(fā)育

毛囊是哺乳動物特有的皮膚附屬物，是毛發(fā)生長的基礎(chǔ)[1]，分為初級毛囊和次級毛囊。毛囊發(fā)育從基板開始，皮膚由表皮和真皮2個主要部分組成：由一層上皮細胞組成的表皮，形成一個保護屏障，防止外部損傷；真皮中含有支持皮膚的成纖維細胞。上皮細胞增厚，真皮成纖維細胞增加聚集，誘導(dǎo)基板的形成[2]，經(jīng)過毛胚、膨大、毛管等最終產(chǎn)生毛囊。毛發(fā)由毛囊產(chǎn)生，通過生長期、退行期和休眠期的周期循環(huán)來維持被毛的完整[3]。

毛囊間充質(zhì)由2個截然不同的部分代表，即真皮乳頭(DP)和真皮鞘(DS)。毛乳頭控制著基質(zhì)細胞的數(shù)量，進而控制著毛囊及其毛干的性質(zhì)和大小。駐留在DS內(nèi)的真皮干細胞作為細胞庫，在每個新周期中維持補充DP細胞的數(shù)量[4]。

家兔(獺兔)胚胎期毛囊發(fā)育開始于20、21日齡，出現(xiàn)少量的毛囊釘球；22日齡毛囊釘球數(shù)目增多，基板增厚；23、24日齡時，毛乳頭細胞生長且毛囊內(nèi)根鞘向上延伸；25日齡時毛囊基本發(fā)育成型[5]。毛密度在1～3月齡處于平臺期；4～7月齡處于波形變動期，切片結(jié)果顯示5～7月齡為全休止期；4～6月齡為換毛期。在整個毛發(fā)周期中，毛乳頭細胞表現(xiàn)出異常強烈的堿性磷酸酶(ACP)活性[6]。

2 家兔毛囊生長發(fā)育相關(guān)信號通路及重要基因

毛囊發(fā)育過程中不同的信號級聯(lián)以及轉(zhuǎn)錄因子的不同組合，在特定階段發(fā)揮不同的作用。Wnt/β-連環(huán)蛋白(β-catenin)信號通路在毛囊形態(tài)發(fā)生和再生中起著至關(guān)重要的作用，轉(zhuǎn)化生長因子-β(TGF-β)和骨形態(tài)發(fā)生蛋白(BMP)信號主要在靜止期、退行期發(fā)揮作用。Notch信號通過抑制TGF-β和激活Kit配體，確保了在第1個生長期的最佳基質(zhì)增殖環(huán)境[7]。磷脂酰肌醇3-激酶(PI3K)/蛋白激酶B(Akt)信號通路對于維持和恢復(fù)樹突狀細胞的毛發(fā)誘導(dǎo)性至關(guān)重要[8]。音猬因子(Shh)信號由Eda激活參與初級毛發(fā)與次級毛發(fā)的形成以及后期分化[9]，調(diào)節(jié)特定的DP信號通路來維持DP成熟，同時維持Shh-Noggin環(huán)來驅(qū)動毛囊形態(tài)發(fā)生[10]。Notch1過表達導(dǎo)致表皮分化細胞腔室增加，延遲內(nèi)根鞘分化，導(dǎo)致毛發(fā)生長周期早期相關(guān)的毛干異常和脫發(fā)[11]。

此外，一些信號分子也調(diào)節(jié)毛囊周期進入生長期的時間[12]。胰島素樣生長因子-1(IGF-1)影響毛囊增殖、毛發(fā)生長周期和毛囊分化[13]。安哥拉兔皮下注射表皮生長因子(EGF)可提高毛產(chǎn)量，并可引起毛囊的再生。EGF抑制了毛囊基質(zhì)細胞的DNA合成，顯著刺激了外根鞘(ORS)的DNA合成，刺激了毛囊外根鞘下部細胞的增厚和空泡化，毛囊的基質(zhì)細胞向上遷移，形成了“棒狀毛發(fā)”結(jié)構(gòu)，通過上皮細胞與真皮乳頭保持連接[14]。IGF-1和EGF聯(lián)合治療可增強毛囊的增殖，促進毛發(fā)周期由靜止期向生長期的轉(zhuǎn)變，刺激毛發(fā)軸的生長，維持毛囊的結(jié)構(gòu)，并促進皮膚外根鞘和真皮乳頭的細胞增殖[15]。肝細胞生長因子(HGF)是一種旁分泌激素，在上皮-間質(zhì)轉(zhuǎn)化中起重要作用。HGF能使β-catenin進入培養(yǎng)的上皮毛囊干細胞的細胞核，可能通過增加β-catenin的表達促進毛囊的生長[16]。HGF通過上調(diào)Wnt6和Wnt10b的表達抑制真皮乳頭中的分泌型卷曲相關(guān)蛋白1(SFRP1)的表達，激活人頭發(fā)基質(zhì)中的Wnt/β-catenin信號通路，調(diào)控人類毛發(fā)生長和色素沉著[17]。Wnt10b在皮膚中過表達時，可能是通過增強典型Wnt信號通路來誘導(dǎo)毛囊從靜止期向初發(fā)期的生物學(xué)切換[18-19]。富含亮氨酸重復(fù)序列的G蛋白偶聯(lián)受體5(LGR5)在膜水平成為Wnt信號復(fù)合物的一部分，增強Wnt/β-catenin信號。然而，LGR5的內(nèi)化對于增強典型的Wnt信號通路并不是必需的[20]。T細胞因子3(TCF3)是一種轉(zhuǎn)錄抑制因子，參與Wnt信號轉(zhuǎn)導(dǎo)，在胚胎軸定向和干細胞分化中發(fā)揮關(guān)鍵作用[21]。血管內(nèi)皮細胞生長因子受體-2(VEGFR-2)和轉(zhuǎn)錄因子核因子-κB(NF-κB)參與了小鼠毛發(fā)周期的調(diào)節(jié)，NF-κB在小鼠毛囊干細胞的激活、維持和/或生長中是不可或缺的[22]。趨化因子配體27(CCL27)是一種主要由皮膚角質(zhì)細胞表達的趨化因子，皮膚淋巴細胞表達CCL27唯一已知受體趨化因子受體10(CCR10)。CCL27/CCR10軸的主要功能是幫助建立組織常駐淋巴細胞和維持皮膚免疫穩(wěn)態(tài)[23]。利用高通量測序技術(shù)對兔毛評估差異表達基因，發(fā)現(xiàn)WNT5A、WNT11、骨形態(tài)發(fā)生蛋白4(BMP4)、骨形態(tài)發(fā)生蛋白7(BMP7)、肌節(jié)同源盒基因同系物2(MSX2)、成纖維生長因子5(FGF5)、血小板衍生生長因子A(PDGFA)和胰島素樣生長因子結(jié)合蛋白5(IGFBP5)等基因是影響毛長的候選基因[24]。

成纖維生長因子8(FGF8)過表達抑制表皮細胞增殖，同時促進細胞凋亡，導(dǎo)致毛囊發(fā)育受阻[25]。趨化因子CXC配體12(CXCL12)在真皮成纖維細胞中高度表達，其水平在毛發(fā)周期的退行期和靜止期均有升高；CXC趨化因子受體4(CXCR4)表達于DP和ORS，CXCL12通過CXCR4的激活，增加了DP和ORS細胞中信號轉(zhuǎn)導(dǎo)和轉(zhuǎn)錄活化因子3(STAT3)和信號轉(zhuǎn)導(dǎo)和轉(zhuǎn)錄活化因子5(STAT5)的磷酸化，抑制毛發(fā)生長[26]。FGF5是毛發(fā)長度變化的主要候選因子，也是決定毛發(fā)活性生長期和毛囊退化期的調(diào)節(jié)因子；FGF5已被確定為各種哺乳動物毛發(fā)生長的抑制劑；FGF5誘導(dǎo)人毛囊的退化，使用CRISPR/Cas9系統(tǒng)敲除和破壞山羊FGF5基因?qū)е吕w維變長[27]。也有研究表明，從FGF5 mRNA的交替剪接變體翻譯而來的FGF5多肽會抑制FGF5的活性，促進毛發(fā)生長[28]。在靜止期過表達的成纖維生長因子18(FGF18)主要通過維持靜止期、抑制毛囊進入發(fā)育期來調(diào)控毛囊周期。FGF5的抑制可以延長毛囊的發(fā)育期，而FGF18的抑制則可以促進毛囊從靜止期向發(fā)育期過渡[29]。

3 營養(yǎng)物質(zhì)對家兔毛囊生長發(fā)育的調(diào)控作用

營養(yǎng)物質(zhì)與毛囊生長發(fā)育密切相關(guān)，影響著家兔產(chǎn)毛量和毛品質(zhì)。

3.1 蛋白質(zhì)/氨基酸

賴氨酸是毛發(fā)的蛋白質(zhì)支撐結(jié)構(gòu)——膠原蛋白的組成成分，也有助于機體吸收鐵，滋養(yǎng)毛囊并促進生長。含硫氨基酸是限制毛發(fā)生長的主要氨基酸之一。在培養(yǎng)基中添加適宜濃度的蛋氨酸可以提高水貂毛乳頭細胞的增殖活力[30]。在低蛋白質(zhì)飼糧條件下，長毛兔產(chǎn)毛量、粗毛比重和兔毛平均細度隨蛋氨酸水平的升高而增高[31]。增加妊娠期母兔飼糧中蛋氨酸水平有利于仔兔毛囊發(fā)育，能夠提高細毛纖維直徑；隨著飼糧蛋氨酸水平的提高，2月齡長毛兔背部皮膚初級毛囊密度呈升高趨勢[32]。人類毛囊表達免疫調(diào)節(jié)糖蛋白——骨橋蛋白，可降低毛發(fā)生長啟動子成纖維生長因子7(FGF7)的mRNA和蛋白表達，以FGF7依賴的方式有效地抑制人類毛發(fā)的生長[33]。外源性谷氨酸促進小鼠毛發(fā)生長和角質(zhì)細胞增殖[34]。毛囊干細胞譜系發(fā)展為外根鞘祖細胞需要氧化磷酸化和哺乳動物雷帕霉素靶蛋白復(fù)合物2(mTORC2)-Akt信號軸調(diào)節(jié)谷氨酰胺分解代謝進入三羧酸循環(huán)(TCA)[35]。依氟鳥氨酸是一種特定的、不可逆的鳥氨酸脫羧酶(ODC)抑制劑，被認為是通過抑制毛囊中的鳥氨酸脫羧酶來減緩毛發(fā)生長[36]。鳥氨酸脫羧酶是多胺生物合成途徑中的限速酶，在小鼠毛囊中周期性變化，與毛發(fā)生長平行，也表明多胺合成促進毛囊生長[37]。

3.2 維生素

維生素A通過改變干細胞來調(diào)控毛發(fā)周期，包括從靜止期到生長期和從生長期到退行期的轉(zhuǎn)變，以及調(diào)節(jié)濾泡間表皮(IFE)中的脂質(zhì)代謝以維持表皮屏障功能[38]。水貂飼糧中過量維生素A通過抑制轉(zhuǎn)化生長因子-β2(TGF-β2)/Smad2途徑抑制毛乳頭細胞的增殖，促進其凋亡，導(dǎo)致毛囊生長期縮短，抑制毛囊生長[39]。在獺兔皮膚毛乳頭細胞的分離培養(yǎng)中，適宜濃度的維生素B6能夠顯著抑制細胞凋亡，通過抑制ocu-miR-205-5p表達，激活PI3K/Akt、Wnt和Notch等信號通路中相關(guān)基因和蛋白的表達，延長毛囊生長期，推遲休止期到來[40]。在生長獺兔飼糧中添加適宜水平的煙酸增加了初級、次級及總毛囊密度[41]。維生素D可能對全禿、普禿、斑禿患者具有免疫調(diào)節(jié)治療作用，其受體維生素D受體(VDR)的存在成為維持正常頭發(fā)周期的先決條件[42]。泛酸通過DNA結(jié)合抑制劑3/Notch信號通路促進水貂毛囊毛乳頭細胞增殖[43]。維生素C可刺激真皮乳頭細胞生長及促進毛囊生長，能夠抑制白細胞的聚集、清除氧自由基、抑制膜脂質(zhì)過氧化，從而抑制大鼠燒傷皮膚毛囊上皮細胞的凋亡[44]。

3.3 微量元素

銅和鋅是毛纖維的組成物質(zhì)，缺乏會使毛發(fā)生長受阻。低銅可導(dǎo)致毛彎曲明顯減少，甚至無彎曲。缺銅時兔毛延伸力、彈性、染料親和力和胱氨酸含量下降。銅和鉬通過改變次級毛囊和活躍次級毛囊的數(shù)量以及次級毛囊與初級毛囊的比例對羊絨生長或直徑產(chǎn)生明顯的交互作用[45]。飼糧中添加鈷可以增加獺兔的皮張重量和毛囊密度；高水平鈷顯著降低毛囊密度，而低水平鈷對毛囊密度無顯著影響[46]。在生長獺兔飼糧中以硫酸鋅形式添加鋅，可通過上調(diào)Noggin基因的表達下調(diào)BMP4基因的表達，減少對毛囊生長的抑制并激活毛囊上皮細胞增殖，促進毛囊的形成和發(fā)育[47]。高劑量的口服鋅通過延緩小鼠毛發(fā)生長初期的發(fā)育而顯著抑制毛發(fā)生長[48]。飼糧中添加適量的碘能提高獺兔的皮張面積、毛皮撕裂強度，促進獺兔生長發(fā)育[49]。飼喂含亞硒酸鈉的飼糧會使新西蘭兔的被毛稀疏、雜亂、無光澤[50]。普遍認為硒對機體產(chǎn)生毒性是因為它取代了硫的位置，使含硫氨基酸的代謝發(fā)生障礙，導(dǎo)致含硫角質(zhì)素分解、壞死，抑制巰基酶活性，從而引起機體代謝功能失常[51]。

4 非編碼RNA對家兔毛囊生長發(fā)育的調(diào)控作用

非編碼RNA是不翻譯成蛋白質(zhì)，但參與調(diào)節(jié)各種細胞和生物過程的RNA，已知有些非編碼RNA參與毛囊發(fā)育過程的調(diào)控。lncRNA2919主要定位于細胞核，能夠極顯著下調(diào)毛乳頭細胞中骨形態(tài)發(fā)生蛋白2(BMP2)、細胞周期蛋白D1(CCND1)、淋巴樣增強因子1(LEF1)和WNT2基因的表達，并且抑制細胞增殖，促進細胞凋亡；lncRNA2919在退行期高表達，使毛囊密度減少，毛囊深度明顯降低，延緩毛干生長，延長休止期向生長期的過渡，進而抑制毛囊的周期性再生[52]。cu-miR-205-5p在低毛發(fā)密度兔的毛乳頭細胞中的表達水平高于高毛發(fā)密度兔；ocu-miR-205增加了細胞凋亡率，改變了細胞周期的進程，促進了毛囊從生長期向退行期和靜息期的轉(zhuǎn)變，改變了獺兔的毛發(fā)密度[53]。miR-129-5p通過靶向調(diào)控同源盒C13(HOXC13)表達顯著促進毛乳頭細胞的凋亡并抑制增殖，從而抑制毛囊生長[54]。miR-218-5p能夠靶向下調(diào)SFRP2基因的表達，激活Wnt信號通路的轉(zhuǎn)錄調(diào)控，影響家兔毛囊發(fā)育[55]。

5 其他因素對家兔毛囊生長發(fā)育的調(diào)控作用

除上面所述營養(yǎng)物質(zhì)外，還有一些其他物質(zhì)如激素、脂肪酸等也對毛囊發(fā)育有影響。褪黑激素大幅度減弱了細胞凋亡程度，維持細胞正常形態(tài)，增強皮板強韌度，可促進毛囊發(fā)育，提高產(chǎn)毛量[56]。18-甲基二十烷酸是哺乳動物毛發(fā)纖維中主要的共價結(jié)合脂肪酸，對毛囊發(fā)育也有重要影響[57]。膽固醇調(diào)節(jié)角質(zhì)細胞增殖和分化，膽固醇穩(wěn)態(tài)的損害會通過調(diào)節(jié)固醇敏感信號通路而破壞正常的毛囊發(fā)育循環(huán)[58]。

6 小 結(jié)

綜上所述，毛囊生長發(fā)育是一個生長期、退行期、靜止期周期性的循環(huán)，其過程受到眾多因子或信號通路的調(diào)控，其中Wnt/β-catenin、IGF-1、HGF、EGF、Shh、Notch等信號對毛囊發(fā)育有促進作用，而FGF、BMP、TGF-β等信號促進毛囊進入退行期或靜止期。從營養(yǎng)調(diào)控方向上著手，氨基酸(賴氨酸和蛋氨酸)、維生素(維生素A、維生素D和維生素C)、礦物元素(銅、鋅和碘)在調(diào)控毛囊發(fā)育的表型上都具有促進作用，但這些營養(yǎng)素具體的作用機制仍不明確，還需進一步去探索。