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本帖最后由 顾汉现 于 2017-8-30 15:39 编辑
毛囊干细胞最新研究进展 分化成神经元平肌胞黑素胞
2017-08-29 21:43
2017年8月29日/生物谷BIOON/---人毛囊干细胞是在人的毛囊外根鞘隆突部中发现的一种多能性细胞,属于成体干细胞,是一类存在于组织中的原始细胞,具有多能性和自我更新能力,能够产生至少一种以上其它高度分化细胞。它们具有其它成体干细胞的共性,即慢周期性、未分化性、自我更新和体外增殖能力强等特点。另外,当相邻部位受到损伤后,毛囊干细胞可从原定位的隆突部中迁出并参与损伤部位修复。它们在体外毛囊干细胞可诱导分化为神经元,神经胶质细胞,平滑肌细胞和黑色素细胞等细胞,而植入体内则可分化形成神经元、黑色素细胞和角化细胞等。
目前,虽然毛囊干细胞的相关研究还处于实验室阶段,但现有的研究成果预示其将具有广泛的应用前景,如用于创伤修复与上皮再生、用于治愈神经损伤、用于研究皮肤细胞癌变机理和新药物的筛选和可以作为药物治疗或基因治疗的靶点。
1.Nat Cell Biol:治疗脱发不是梦!科学家实现利用药物激活毛囊干细胞来促进头发再生!
doi:10.1038/ncb3575
图片来源:UCLA Broad Stem Cell Center/Nature Cell Biology
近日,一项刊登在国际杂志Nature Cell Biology上的研究报告中,来自加州大学洛杉矶分校的研究人员通过研究开发了一种新方法,该方法能够激活毛囊中的干细胞使其促进头发生长,相关研究或为后期研究人员开发新药来促进脱发或秃顶人群的头发生长;脱发的发生往往和多种因素直接相关,比如机体激素失衡、压力、老化或化疗等。
这项研究中,研究人员Christofk等人通过研究发现,毛囊干细胞的代谢不同于皮肤中的其它细胞,其细胞代谢涉及破碎营养物质促进细胞分裂,产生能量并且对环境产生反应;随着毛囊干细胞不断消耗来自血液中的葡萄糖,干细胞往往会加工葡萄糖来产生名为丙酮酸盐的代谢产物,随后细胞就会将丙酮酸盐传输至线粒体中,或者将丙酮酸盐转化成为乳酸代谢产物。
Christofk教授说道,我们对毛囊干细胞代谢过程的观察能够帮助我们检测遗传性地降低丙酮酸盐进入线粒体是否会促进毛囊干细胞制造更多的乳酸,以及是否这会激活细胞并且促进头发快速生长。研究人员首先在小鼠机体中遗传性地阻断了乳酸的产生,结果表明这能够抑制毛囊干细胞的激活,反之,当遗传性地增加小鼠机体中乳酸的产生时,也能够加速毛囊干细胞激活,增加生发周期。在本文研究之前,研究人员并不清楚增加或降低乳酸水平是否会对毛囊干细胞产生影响;当研究人员发现改变乳酸产生能够影响到头发生长时,他们便开始寻找药物来作用于皮肤观察是否能够产生相同的效应。
随后研究人员鉴别出了两种药物,当将药物作用于小鼠皮肤时,研究者发现,药物能够以不同的方式来影响毛囊干细胞从而促进乳酸生成;第一种名为RCGD423的药物能够激活名为JAK-Sat的细胞信号通路,将细胞外部的信息传输到细胞核中,研究者表示,JAK-Sat的激活能够增加乳酸的产生并且驱动毛囊干细胞激活以及头发生长;而另外一种名为UK5099的药物则能够阻断丙酮酸盐进入线粒体中,从而就能够驱动毛囊干细胞中乳酸的产生,并且加速小鼠头发的生长。
2.青岛农大新成果:防晒霜添加剂损害毛囊干细胞
doi:10.1080/17435390.2017.1310947
转眼之间天气开始炎热起来,很多爱美女士已经迫不及待地开始使用防晒霜了。近年来,“防晒霜到底对身体有没有害”一直是热门话题,不过即使是“有害论”持有者,一般认为的害处也只是“对皮肤刺激较大、容易堵塞毛孔、容易滋生暗疮粉刺、容易出现过敏症状”等。 近日,青岛农业大学教授沈伟课题组在国际著名学术期刊《纳米毒理学(Nanotoxicology)》上发表研究论文,系统阐述了涂抹在皮肤表面的防晒霜添加剂纳米氧化锌如何通过毛囊结构侵入皮肤组织,并对皮肤组织产生消极影响。
“纳米氧化锌具有特殊的物理性质,涂抹到皮肤表面之后可以有效吸收紫外线UVA和UVB,防止皮肤紫外线损伤。而且其涂抹到皮肤上后呈透明状,不会反光,也就是看上去不会油乎乎的,比较符合爱美女性的需求,所以这些特性使纳米氧化锌成为一种常用防晒霜添加剂。”沈伟告诉记者,据统计,世界范围内每年大概有2000吨金属氧化物纳米颗粒被投入到皮肤护理产业中,作为一种防晒霜添加剂使用。而已有研究表明,哺乳动物细胞在体外培养条件下添加纳米氧化锌,会导致细胞发生程序性死亡,造成严重的细胞损伤。
“而涂抹在皮肤表面的纳米氧化锌颗粒能否穿过皮肤屏障对机体造成损伤,此前还不是很清楚。”正因此,沈伟课题组通过小鼠皮肤涂抹纳米氧化锌和毛囊干细胞体外培养实验,系统阐述了涂抹在小鼠皮肤表面的纳米氧化锌通过毛囊结构侵入皮肤组织的损伤途径。研究发现,周期性的涂抹纳米氧化锌会导致这些纳米颗粒积累在小鼠毛囊中,而随着积累浓度的升高,最终导致纳米氧化锌对毛囊中干细胞的分化潜力产生损伤,影响正常的皮肤稳态。
3.三篇Science论文探讨脱发与毛囊干细胞衰老的关系
doi:10.1126/science.aad4395; doi:10.1126/science.aad5440; doi:10.1126/science.aaf1635
根据两项新的研究,人们头发脱落的原因可能与毛囊干细胞(hair follicle stem cells, HFSCs)衰老相关联。这两项研究同时发表在2016年2月5日那期Science期刊上,文章标题分别为“Hair follicle aging is driven by transepidermal elimination of stem cells via COL17A1 proteolysis”和“Foxc1 reinforces quiescence in self-renewing hair follicle stem cells”。
尽管众所周知,寿命更长的哺乳动物会脱发,但是这种命运背后的机制一直是个谜。HFSCs产生毛囊,而毛囊产生毛发。随着时间的推移,HFSCs重复地维持毛发生长。令人吃惊的是,科学家们已在小鼠实验中证实HFSCs抵抗衰老。为了更好地理解HFSCs可能在衰老相关毛发脱落中所起的作用,日本东京医科牙科大学Hiroyuki Matsumura及其同事们研究了毛发加速脱落(accelerated hair loss)模式小鼠的毛囊。在对18个月大的这些小鼠---它们在此阶段开始毛发脱落---的皮肤进行分析后,他们证实这些动物的毛囊变得小型化,而且毛发数量和厚度下降。
研究人员猜测罪魁祸首是产生毛囊的HFSCs发生变化。进一步的研究---包括参与HFSCs维持的关键性基因---证实了他们的猜测。HFSCs中积累的DNA损伤似乎在促进它们发生变化中发挥着作用。一种在调节HFSCs中发挥着特别重要作用的基因是COL17A1;在剔除这个基因的基因工程小鼠体内,HFSCs被清除了。
在第二项研究中,来自美国科罗拉多大学的Li Wang等人鉴定出一个HFSCs用来启动毛发生长的转录因子,即Foxc1。在成年小鼠的毛发生长周期,HFSCs周期性地在激活阶段和静止阶段之间切换来维持干细胞群体和产生新的毛囊。通过操纵Foxc1在毛发生长周期不同阶段中的表达,研究人员发现这种转录因子促进控制HFSCs静止的两个关键机制---Nfatc1和BMP---之间的信号转导。这些发现表明静止的HFSCs可感知它们的细胞状态变化,并利用短暂的基因激活来维持它们的身份。
归纳在一起,这两项研究有助人们进一步理解毛发生长。与此同时,来自中国重庆大学的Mingxing Lei和来自中国医药大学的Cheng-Ming Chuong在同期的Science期刊上发表了一篇标题为“Aging, alopecia, and stem cells”的观点文章,探讨了衰老、脱发和干细胞之间的关系。
http://news.bioon.com/article/6678311.html
http://science.sciencemag.org/content/351/6273/aad4395
http://science.sciencemag.org/content/351/6273/613
http://science.sciencemag.org/content/351/6273/559
4.Genes & Dev:鉴别出基因brca1可以调节皮肤毛囊干细胞存活
doi:10.1101/gad.206573.112
近日,刊登在国际杂志Genes and Development上的一篇研究报告中,来自布鲁塞尔自由大学的研究者揭开了BRCA1在调节皮肤干细胞存活上的一个新型角色。我们的DNA可以储存遗传信息,但是其会不断受到损伤,如果没有进行合理修复,DNA损伤便会导致细胞死亡,进而会导致组织老化疲惫,诱发基因突变,引发细胞无限增殖和癌症发生。Brca1是一个调解DNA修复的关键基因,其突变后会引发家族性或者散发性的乳腺癌和卵巢癌。
这项研究中,研究者揭示了Brca1在维持毛囊干细胞上所扮演的新角色和发挥的关键作用。研究者Peggy Sotiropoulou和其同事研究揭示,在表皮中剔除乳腺癌相关基因Brca1后,毛囊细胞就会表现出高水平的DNA损伤以及细胞死亡,这将诱导毛囊干细胞增殖过度以及疲惫,从而引发毛囊变性。
相反,位于表皮中其他类型的干细胞,其可以形成皮肤屏障以及皮脂腺,来维护皮肤因基因Brca1缺失后的正常功能,这就揭示了BRCA1在不同类型的成体干细胞中不同需求。研究者表示,我们很惊奇地看到,不同组织中不同类型的细胞可以对于相同的基因剔除表现出不同的效应,就比如是对于DNA修复的关键基因。
5.ASCBAM:陈明冲等预测毛囊干细胞再生机制
根据2011年12月7日在美国丹佛市召开的美国细胞生物学协会年会(American Society for Cell Biology Annual Meeting)新闻,美国南加州大学(University of Southern California)医学博士和哲学博士陈明冲(Cheng-Ming Chuong)说,人头发或者头发丢失是唤醒人身体每个毛囊中干细胞的激活物和让它们休眠的抑制物之间终生拔河的结果。
基于去年四月《科学》(Science)杂志报道的研究,陈明冲和他的同事们与英国牛津大学数学家菲利普-迈尼(Philip Maini)博士和露丝-贝克(Ruth E. Baker)博士合作使用一种“细胞自动机(cellular automaton)”模型来描述毛囊的群体行为。
使用这种预测性模型,研究人员发现,人每个成体毛囊在没有大环境(macro-environment)中附近毛囊的帮助下能够依靠它的内在性促进生长的信号。相反,兔子和小鼠毛囊的生长依赖于来自周围毛囊的信号。
这个细胞自动机模型是由正常的数学自动机网格组成的,其中每个自动机代表着一个毛囊而且该毛囊处于它的四个周期性阶段之一。每个自动机周围是8个自动机,它们都是一个毛囊的邻居。
根据决定人头皮或者动物毛皮上头发是否涉及称作毛发生长阶段(anagen phase)的生长浪潮或者仍然处于毛发休止阶段(telogen phase)的规则,每个细胞自动机状态发生变化。在合适的条件下---冬季或者有机体生命中一个新的生理阶段,如青春期---,一个集体性再生浪潮席卷皮肤,激活单个毛囊中的毛干细胞及其前面成十上千的那些干细胞。
在其他季节或生命阶段,单个毛囊可能被它们大环境中的抑制物一直封锁于静止阶段。抑制物水平部分是由皮下脂肪组织和中央内分泌系统调控的。这些多重调控层次在让毛干细胞保持静止状态的抑制性骨形态发生蛋白(bone morphogenic protein, BMP)信号传导和唤醒它们的激活性Wnt信号传导之间构建平衡。
陈明冲发现生长浪潮在兔子中稳健扩散,在小鼠中逐渐扩散,在人皮肤中则是随机性生长同时伴随着毛囊丢失。这些数据提示着一种新的治疗雄激素源性脱发(androgenic alopecia)---在老年男人中一种最为常见的脱发---的方法:改善它们的环境而不是移植干细胞可能更容易让毛囊在此生长。
6.Nature:研究发现生物钟对毛囊干细胞的控制
doi:10.1038/nature10649
存在于小鼠皮肤中特定小环境中的表皮干细胞,可以确保皮肤的动态平衡得到高效维持。毛囊隆突中的干细胞负责毛囊再生和伤口愈合。它们产生一组异质性细胞——比如说这些细胞在其对内部和外部提示的反应能力方面就是异质性的。
由Salvador Benitah及其同事进行的这项研究表明,生物钟通过调控毛囊隆突干细胞对其微环境的反应能力来控制它们的激发状态和异质性。这意味着,始终都会有一组“准备好了”的细胞来对激发刺激做出反应,同时防止该微环境内的所有干细胞都变得具有响应能力。表皮干细胞若受到扰动,会影响组织的长期平衡,并使组织容易生成肿瘤。
7.JCI:毛囊干细胞缺陷可能是导致脱发的一个主要原因
doi:10.1172/JCI44478
美国宾夕法尼亚大学的研究人员在新一期美国《临床检查杂志》上报告说,毛囊干细胞缺陷使其无法产生让头发生长的源细胞,从而导致脱发。对男性来说,这种现象称为男性秃顶,其症状为头部开始掉发,发际线后退,最终导致全秃;对女性来说,其症状为头发越来越稀,但很少导致全秃。
研究人员分析了54名40岁至65岁男子的头发和头皮组织,结果发现,无论是脱发还是没有脱发的头皮组织中,毛囊干细胞的数量都是相同的,所不同的是,脱发头皮组织中的毛囊干细胞没有产生让头发生长的源细胞,这表明毛囊干细胞产生了缺陷,使头皮无法长出头发。
领导这一研究的乔治·科斯萨利斯说,此前研究以为导致脱发的原因是毛囊干细胞已经不存在了,但最新的研究发现,毛囊干细胞还在,只是出现了缺陷。
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