成人干细胞给身体提供了一个细胞库,损坏的或者用完的组织可以从中得以补充。在诸如肠和皮肤之类的器官中??它们需要不断的更新,这些干细胞频繁地分裂。但在其他身体结构(包括毛囊)中,干细胞保持在一个静止状态??它们不繁殖,直到收到来自周围环境的信号,告诉它们到了再生的时间了。
这给人的直观感觉是,干细胞是一种宝贵的资源,要慎用。然而,科学家们对于“它们的静态是如何被调控的”还了解甚少,甚至不确定其确切的生物学功能。最近在《PNAS》上发表的一项研究中,洛克菲勒大学哺乳动物细胞生物学和发育实验室主任RebeccaC.Lancefield教授及其实验室的研究生KennethLay,对于“使毛囊干细胞在静态和再生活性之间摇摆不定”的生物学信号,提出了新的见解。
Fuchs说:“在一项早期的研究中,我们实验室表明,当小鼠衰老时,在它们皮肤中的旧脂肪会产生更高水平的分泌信号,称为BMP。这个信号是毛囊干细胞上的一个分子制动器,使它们大部分的时间处于静态。”
在目前的研究中,Lay确定了由BMP信号激活的一个干细胞基因,并发现,当这种基因缺失时,干细胞在更短的时间间隔内长出了头发。Fuchs说:“我们起初认为,头发生长的关键可能就是青春之泉,但是小鼠的皮毛出奇的变薄,并且过早地变成灰色。”
更多的生长和更少的隆突
通常,随着新的头发一起,干细胞会在创建一个新的隆突,同时确保旧的隆突和旧头发留在毛囊内。只有新的隆突可以产生另一根新的头发,但是旧的隆突被固定住,以保持一层厚厚的和茂密的皮毛。在小鼠中,毛囊可以累积多达四个这样的隆突。
Lay和Fuchs制备了缺乏FOXC1的小鼠??通过抑制或敲除产生这个蛋白的基因,他们发现,动物的毛囊干细胞需要更多的时间来生出毛发,但是处于静态的时间却减少了。在过去的九个月里,虽然正常小鼠的毛囊生长出了四根新的头发,但是,FOXC1基因敲除小鼠的毛囊却生出了七倍的新头发。Lay解释说:“敲除的干细胞进入一种过分活跃的状态,在这种状态中它们不能充分地建立静态。”
研究人员还发现,在FOXC1缺失时,尽管产生了七倍的新头发,但毛囊始终只有一根头发。这是因为,这些毛囊不能保留它们旧的隆突,虽然它们产生了一种没有问题的新隆突。随着干细胞开始增殖,它们变得越来越不能够粘在一起。因此,当新生的头发从毛囊旁边挤过去时,它们的旧隆突并没有与毛囊适当地连在一起。而且自从隆突发出休眠信号以后,其缺失可更快地激活剩余的干细胞。
灰头发和秃头
虽然FOXC1基因敲除小鼠的毛囊干细胞以相对危险的速度产生毛发,但这种恣意的生长似乎可将它们耗尽。年长的基因敲除小鼠有稀疏的灰色皮毛,它们不能像正常年龄或更年轻小鼠那样,尽快地再生出皮毛。类似的现象也在小鼠造血干细胞(它们可产生血细胞)中有过描述??这些在年轻动物中更活跃的干细胞,随着动物的生长似乎变得枯竭。
Fuchs解释说:“毛囊干细胞影响黑素细胞干细胞的行为,这些细胞与隆突微环境共同存在。因此,当毛囊干细胞的数量随着年龄增长而下降时,黑素细胞干细胞的数量也随之下降,从而导致剩下的毛发过早花白。”随着年龄的增长会发生自然脱发,对此我们还了解甚少,但这些变秃的基因敲除小鼠,可以提供一种模型来进行研究。
今年2月份,Science杂志以两篇论文、一篇评论文章的形式,揭示了脱发这一过程背后的神秘机制,阐述了衰老、脱发与干细胞之间的关系(三篇Science:脱发是因为头发变皮肤?)。如何让头发再生?科学家们对此也进行了相关研究。2014年12月,西班牙国立癌症研究中心进行的一项研究,揭示了刺激毛囊生长的一种全新角度。这也为一个更大的问题??如何在成年生物体、尤其是皮肤中再生组织,增加了新的知识。相关研究结果发表在《PLOSBiology》杂志(PLOS:通过改变免疫细胞刺激头发生长)。而在去年5月份在Cell杂志发表的一项研究表明,以特定模式和密度拔掉两百根小鼠毛发,可以诱导长出1200根新毛发.
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