毛囊干細胞研究進展

查姍姍，吳楠楠，張瑞，郭志良，王效杰

(1.沈陽醫學院基礎醫學院臨床醫學專業2011 級1 班，遼寧 沈陽 110034;2.基礎醫學院解剖學教研室)

毛囊干細胞 (hair follicular stem cells，HFSCs)具有多能性和自我更新能力，能分化成多種表皮細胞，形成毛囊、皮脂腺等表皮附屬器等，從而維持表皮的不斷再生，使表皮的凋亡與再生處于大致平衡的狀態，并可在表皮受到損傷后，及時對其進行修復。HFSCs 還具有多方向分化潛能，可分化為脂肪、軟骨、骨、血管平滑肌、神經元和神經膠質細胞等組織特異性細胞和造血細胞［1］。HFSCs 來源于皮膚、毛發，從患者自身獲取方法簡單，數量極其可觀，是最容易獲得的干細胞來源之一，且沒有嚴重的并發癥，被認為是一種理想的種子細胞，現已成為創傷修復和皮膚組織工程學研究的焦點之一［2］。本文將對HFSCs的定位、標記物及多向分化方面的新進展作一概述。

人們最初在毛球部發現有顯著細胞分裂現象，認為毛球部是細胞分裂及毛囊長期起始的重要部位，而目前普遍認為HFSCs 存在于毛囊隆突區隆突部。耿松梅等［3］分離HFSCs 并體外培養，最終采用免疫熒光染色法，發現K19 陽性細胞主要定位于毛囊外根鞘，隨毛囊周期性生長有所遷移。此外，HFSCs 定位于隆突部還有以下合理性［4］:(1)隆突部位于毛囊恒定部的最下端，不同于毛球部隨毛囊周期不同存在周期性退化;而且作為毛囊恒定部的最低點，隆突部細胞能夠與退化期上移的毛乳頭密切接觸，相互作用，誘導出下一輪的毛發周期。移植研究證實，沒有毛乳頭存在，新一輪的毛發周期是不可能開始的。(2)隆突部是一個突出點，當拔毛時它是安全的，而毛球部在拔毛時則容易受到損傷。(3)隆突部血管豐富并有神經分布。高表達，可能與干細胞特性的保持及鱗狀細胞化有關，故可用于標記ESCs。

2.3 Lgr5 Lgr5 (GPR49)是G 蛋白耦聯受體家族成員之一，具有18個富含亮氨酸的重復單位和7個跨膜區域，是Wnt 信號通路的靶基因。最新研究證實Lgr5 是多種組織的干細胞標記物，不僅表達在小腸和結腸干細胞上，在HFSCs 也是陽性，并且和腫瘤的發生、發展密切相關。Jaks等［1］研究發現從毛囊隆突區分離得到的表達 Lgr5(Lgr5+)的細胞，為增殖活躍并可多向分化的干細胞群，能周期性地生成毛囊、表皮和皮脂腺。但Lgr5+細胞并不表達CD34，對毛發重建進行分析測定發現，Lgr5+細胞的毛發再生率高于CD34+細胞，然而這些擁有干細胞特性的Lgr5+細胞呈現出活躍的周期生長，這與原先認為的ESCs 具有慢周期性不同，預示著一種周期活躍的干細胞存在于毛囊。Barker等［10］等也證明了這點，也就是LGR 蛋白在組織細胞的自我更新等方面有著及其重要的作用。

3 HFSCs 的多向分化潛能及其應用

現有的組織工程皮膚只能起到簡單的覆蓋作用及屏障功能，而無法實現保護、排泄、感覺等全方位的功能。HFSCs 具有多向分化的潛能，隨著基因修飾技術的迅速發展，用一些目的基因修飾靶細胞，使其具有特定的生物學特性，如利用血管內皮生長因子、表皮生長因子、促血管生成素、血管緊張素等基因修飾HFSCs，使其分化為具有特性的祖細胞，以解決目前人工皮膚修復中的缺陷，在治療燒傷、壓軋傷、切割傷等導致的皮膚大而積缺損方而具有一定的意義［11－12］。此外HFSCs 還能在不同環境中，分化形成神經元、血管內皮細胞等。

3.1 HFSCs 構建組織工程尿道 彭文標等［13］富集兔HFSCs 分離培養兔毛囊細胞，將HFSCs 接種于膀胱脫細胞基質支架材料上，構建組織工程化尿道，經尿道造影和組織學檢查觀察缺損修復效果，結果顯示HFSCs K19、p63、β1 整合素表達陽性，細胞與支架緊密貼附，細胞伸展適度且有基質分泌，并且形成復層上皮結構，AE1/AE3 染色陽性。組織工程化尿道修復缺損后3個月，尿道造影顯示尿道平滑通暢。這也就意味著HFSCs 可用于修復兔尿道缺損。

3.2 HFSCs 修復坐骨神經細胞 柯錦城等［14］將HFSCs 注入神經，神經再生能力明顯提高，功能也顯著恢復，坐骨神經功能指數在實驗組表現為早期改善。隨著時間的延長，2 組大鼠的坐骨神經纖維的密度和神經細胞的數量都逐漸增多，而干細胞組神經纖維的排列比對照組更為規則，呈一定的走行，更有利于信號的傳導。Nestin、CK19、β1 整合素在神經組織上仍有較高表達，并可看到胞漿深染的陽性神經細胞克隆性增生，隨著時間延長數量增多，呈集落樣;神經纖維排列有序、連續性較好。

3.3 HFSCs 分化成神經元 Liu等［15］研究證實毛囊隆突部及真皮乳頭處，巢蛋白標記的HFSCs 均可在體外培養的條件下分化成神經細胞及膠質細胞，植入受傷的脊髓，能分化并促進其修復。

4 展望

HFSCs 具有慢周期性，遇到創傷或體外環境改變時，可被激活而進行增殖和向表皮及其相關附屬器細胞方向分化，其超微結構及生化特征均具有未分化細胞的特點，具有自我更新能力和增殖潛能，可分裂產生短暫增殖細胞，且存在部位安全隱蔽，血供豐富，較易獲取，體外克隆形成能力強，在表皮修復中起著重要的作用。此外，HFSCs 在體外可被誘導分化成多種組織細胞，如尿道上皮細胞、坐骨神經細胞、神經元等，從而參與多種器官的體外重建及修復。隨著科技的進步，HFSCs 各種標記物的深入研究，HFSCs 的提取及誘導分化的研究，使HFSCs 的研究在組織工程領域將具有深遠意義。這不但解決了人類干細胞在來源有限的問題;同時，采用患者自身的干細胞進行移植治療，還可避免機體產生免疫排斥等不良反應。但是，這些技術目前還不夠成熟，隨著HFSCs 的標記、分離、培養、誘導及其鑒定技術的不斷完善，HFSCs 在生命科學領域將具有巨大的應用價值。

［1］Jaks V，Barker N，Kasper M，et al.Igr5 marks cycling，yet long-Lived，hair follicle stem cells ［J］.Nat Genet，2008，40(11):1291－1299.

［2］Liu JY，Peng HF，Andreadis ST.Contractile smooth muscle cells derived from hair-follicle stem cells ［J］.Cardiovascular Research，2008，79 (1):24－33.

［3］耿松梅，王劍利，王萬卷，等.毛囊干細胞定位和體外向表皮分化［J］.中國醫學科學院學報，2006，28 (3):360－363.

［4］曹慶雋，孫曼妮.毛囊干細胞的研究進展［J］.基層醫學論壇，2007，11 (6):566－567.

［5］Tsai SY，Clavel C，Kim S，et al.Oct4 and klf4 reprogram dermal papilla cells into induced pluripotent stem cells ［J］.Stem Cells，2010，28 (2):221－228.

［6］Kruegel J，Miosge N.Basement membrane components are key players in specialized extracellular matrices ［J］.Cell Mol Life Sci，2010，67 (17):2879－2895.

［7］Piwko-Czuchra A，Koegel H，Meyer H，et al.Beta1 integrin-mediated adhesion signalling is essential for epidermal progenitor cell expansion ［J］.PLoS One，2009，4 (5):e5488.

［8］Lyle S，Christofidou-Solomidou M，Liu Y，et al.The C8/144B monoelonal antibody recognizes cytokeratin 15 and defines the location of human hair follicle stem cells ［J］.J Cell Sci，1998，111(Pt 21):3179－3188.

［9］Chen S，Takahara M，Kido M，et al.Increased expression of an epidermal stem cell marker，cytokeratin 19，in cutaneous squamous cell careinoma ［J］.Br J Dermatol，2008，159 (4):952－955 .

［10］Barker N，Tan S，Clevers H.Lgr proteins in epithelial stem cell biology ［J］.Development，2013，140 (12):2484－2494

［11］劉宏偉，程騰，付小兵.局部組織腎素–血管緊張素系統在皮膚損傷修復和再生中的作用［J］.中國病理生理雜志，2011，27 (1):191－195

［12］Hu DH，Zhang ZF，Zhang YG，et al.A potential skin substitute constructed with hEGF gene modified HaCaT cells for treatment of burn wounds in a rat model ［J］.Burns，2012，38(5):702－712.

［13］彭文標，劉春曉，謝群，等.富集兔毛囊干細胞構建組織工程化尿道的研究［J］.上海交通大學學報 (醫學版)，2013，33 (3):285－289.

［14］柯錦城，程波.毛囊干細胞對坐骨神經損傷修復的影響［J］.中國組織工程研究，2012，16 (32):5978－5982.

［15］Liu F，Uchugonova A，Kimura H，et al.The bulge area is the major hair follicle source of nestin-expressing pluripotent stem cells which can repair the spinal cord compared to the dermal papilla ［J］.Cell Cycle，2011，10 (5):830－839.