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为什么老年人头发少?陈婷团队揭示潜在机理:毛干小型化导致毛囊干细胞耗竭

时间:2021-10-11发布者:浏览次数:20次

在衰老、雄激素性脱发和遗传性少毛症中,毛干小型化通常与毛囊干细胞 (HFSC) 丢失有关。然而,导致这种体内干细胞耗竭的机制仍然难以捉摸。

2021年10月7日,北京生命科学研究所/清华大学陈婷团队在Cell Stem Cell 在线发表题为“Hair shaft miniaturization causes stem cell depletion through mechanosensory signals mediated by a Piezo1-calcium-TNF-α axis”的研究论文,该研究表明毛干损失或直径减小会缩小物理生态位尺寸,从而导致 HFSC 的机械压缩及其凋亡损失。

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从机制上讲,细胞压缩会激活机械敏感通道 Piezo1,从而触发钙内流。衰老和遗传性少毛症期间持续的毛干小型化通过 Piezo1 诱导持续的异位细胞凋亡导致长期 HFSC 丢失。该研究结果确定了惰性毛干结构作为控制 HFSC 存活的功能性生态位组件的非常规作用,并揭示了调节体内物理-生态位-萎缩诱导的干细胞耗竭的机械感觉轴。

毛发分为毛干和毛根两部分。毛干是露出皮肤之外的部分,即毛发的可见部分,由角化细胞构成。组织可分为表皮、皮质及毛髓三层。毛干由含黑色素的细长细胞所构成,胞质内含有黑色素颗粒,黑色素使毛呈现颜色。黑色素含量的多少与毛发的色泽有关。毛干是表皮向外生长的特殊部位,由角朊必保所构成,其主要成分为角蛋白,占毛干总重量的85%-~90%,此外,还含有微量元素、类脂质、色素及水(10%~13%)。由外到内可分为三层。

在皮肤中,毛囊 (HF) 的主要功能目的是产生毛干。HF 在生长期 (anagen)、回归阶段 (catagen) 和休止期 (telogen) 之间循环。毛发周期的延续需要 HF 干细胞 (HFSC),它们位于称为隆起的 HF 永久部分的底部。圆柱形的休止期凸起构成了 HFSC 生态位,它具有三层结构组件:最外层的 HFSC,中心的毛干,以及中间的一层 Krt6+ 细胞。与 HFSC 不同的是,毛干和附着的 Krt6+ 细胞以毛发周期相关的方式动态地进出生态位空间。毛干在生长期产生并在退行期退化到达休止期隆起,在那里它成为 HFSC 壁龛空间的中心建筑组件,直到它被挤出或丢失。

毛干是一个死结构,因此之前没有显示出调节作用。对可能的毛干功能的洞察来自于以下观察:毛干小型化通常与衰老、雄激素性脱发和遗传性少毛症等各种皮肤病理中 HFSC 的丢失相关。毛干占据了大部分 HFSC 生态位空间,因此毛干直径的变化直接影响物理生态位的大小。但毛干直径减小,即所谓的毛干小型化,是否在体内 HFSC 损失中起因果作用尚不清楚。

这些观察提出了几个关键问题。第一,因为毛干占据了HFSC生态位的中心空间,所以毛干是功能性生态位组件吗?其次,物理生态位萎缩是否会导致 HFSC 数量减少,如果是这样,体内 HFSC 丢失的直接细胞和分子机制是什么?第三,考虑到 HFSCs 可以在细胞消融后由邻近的祖细胞补充,是什么导致在长期病理性少毛症条件下观察到的 HFSC 耗竭?

在这里,该研究通过结合物理显微解剖、体内药理化合物筛选、转录组分析、活体成像和细胞类型特异性基因敲除实验来解决这些问题。该研究表明,毛干是一种功能性生态位组件,具有在体内调节 HFSC 存活的重要功能。在衰老和病理条件下,毛干小型化导致物理生态位萎缩,导致HFSCs受到机械压缩;通过机械敏感钙通道 Piezo1 将机械力转化为生化信号会诱导 HFSC 细胞凋亡,并对长期组织再生潜力产生影响。

参考资料:

1.Hair shaft miniaturization causes stem cell depletion through mechanosensory signals mediated by a Piezo1-calcium-TNF-α axis

转自:生物探索

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