毛囊干細胞的應用領域

伍婧玥 李敏 王剛 刁波

毛囊干細胞存在于毛囊外根鞘隆突部[1]，具有周期較長、分化能力強、自我更新及體外增殖能力強等特點，有多種分子特異性標記物，如K15，K19，CD34，NFATC1，α6-Integrin，TCF3，TCF4，LHX2，SOX9 和LGR5[2]。大量研究表明毛囊干細胞具備形成毛囊、表皮和皮脂腺的能力[3-5]。它們可以向下移動到毛發(fā)基質區(qū)域成為祖細胞，然后形成內部的毛囊和發(fā)干[6]。另有研究證實毛囊干細胞還可以分化為神經元細胞[7-9]、膠質細胞[10]、角質形成細胞[11-12]、平滑肌細胞[13-14]、成骨細胞[15]、黑素細胞和心肌樣細胞[16-17]。因此，毛囊干細胞作為一種頗有應用前景的成體干細胞[18]，在再生醫(yī)學、組織修復和基因治療等方面具有較高使用價值。

一、毛囊干細胞用于誘導毛發(fā)再生

成人毛囊分為恒定的上部（此部分一般不發(fā)生凋亡和再生）和在毛發(fā)循環(huán)期不斷重塑的下部（此部分呈周期性生長，一般經歷生長期、退化期和休止期3個階段）[5,19-21]，為毛囊能夠在被破壞后進行自身再生修復提供了基礎條件[22]。研究表明，毛囊周期的維持很大程度上依賴于毛囊中能夠產生不同上皮成分的干細胞群，毛囊干細胞作為皮膚來源細胞的前體細胞，具有與其他成體干細胞一樣的多向分化潛能[23]。當真皮淺層受損致毛囊破壞時，受到活化后的隆突部毛囊干細胞會以部分存活的毛囊為模板進行增生而實現毛囊再生[24]。孫錫金等[25]在小鼠皮膚分別注射毛囊干細胞和其他類型細胞，含毛囊干細胞的移植組可見新生毛囊形成，其他類型細胞移植組未見毛囊形成，證明了毛囊干細胞具有良好的向毛囊分化增殖的能力。Li 等[26]發(fā)現通過上調SIRT7 以激活靜止的毛囊干細胞，可促進小鼠毛發(fā)生長。

斑禿和雄激素性脫發(fā)的治療往往具有難度，因為患者可能對目前可用的治療方式產生抗藥性，毛囊干細胞的使用可能對耐藥病例來說是一種新的選擇。Gentile 等[27]將含人脂肪組織衍生毛囊干細胞的微型移植物注射到雄激素性脫發(fā)患者的頭皮內（每45 天注射3次），經治療44 周后觀察到平均毛發(fā)密度顯著增加。實驗證明含毛囊干細胞的微移植物注射對雄激素性脫發(fā)具有改善作用，且沒有較大的副作用，含人表皮和皮下脂肪組織源性毛囊干細胞的微移植物可作為防止脫發(fā)安全有效的治療選擇。Elmaadawi 等[28]研究發(fā)現斑禿和雄激素性脫發(fā)患者在接受了一次皮內注射自體毛囊干細胞治療6個月后，毛發(fā)數量有顯著改善。因此毛囊干細胞可以成為治療難治性斑禿和雄激素性脫發(fā)的一種安全且可被耐受的有效方法。

二、毛囊干細胞促進創(chuàng)面愈合

干細胞因為其可塑性在創(chuàng)傷治療中受到重視[29-35]。許多種類的干細胞都被認為是有創(chuàng)傷治療潛力的，如表皮干細胞、間充質干細胞和脂肪源性干細胞。除上述干細胞外，毛囊干細胞也引起了越來越多的關注。

眾所周知，在毛囊生長區(qū)的傷口比那些沒有毛囊的傷口愈合得更快[36]。研究表明CD34+毛囊干細胞可促進大鼠皮膚創(chuàng)面愈合[37]。在受傷后，附近的毛囊干細胞向傷口部位調動，然后分化為成熟的細胞，參與創(chuàng)面的再上皮化和皮膚屏障的修復[38-39]。毛囊干細胞具有高增殖潛能、多能性[40-41]和壽命長[42]的特性， 說明它們對創(chuàng)傷后表皮的重新填充過程是非常重要的，可通過促進再上皮化和血管化來促進創(chuàng)面愈合。

在動物模型中，小鼠全層皮膚創(chuàng)傷的初始愈合反應延遲與毛囊干細胞功能障礙有關[43]。Heidari 等[44]從大鼠毛囊中提取毛囊干細胞，并將其注入傷口模型周圍，結果顯示有毛囊干細胞存在的皮膚創(chuàng)傷組織更易形成血管且更易分化成為表皮細胞，組成具有多種功能的表皮結構。與其他干細胞相比，毛囊干細胞 對燒傷創(chuàng)面愈合更加有利，主要通過血管生成和抗炎發(fā)揮作用[45]。Quan 等[46]發(fā)現，血管內皮生長因子-165 可誘導毛囊干細胞分化為內皮細胞，將血管內皮生長因子-165 修飾的毛囊干細胞包被在3D 支架中移植到體內，可明顯促進血管生成進而加速血管化。因此，毛囊干細胞可用于上皮化受損以及血管生成障礙的難愈性創(chuàng)面治療。史明艷等[47]首次以山羊毛囊干細胞和真皮細胞為種子細胞，進行組織工程皮膚的體外構建，并移植到山羊體內，經體外培養(yǎng)25 d后，發(fā)現有毛囊結構形成，表皮細胞出現角質化；移植270 d后，真、表皮結構已發(fā)生重建，可見分化明顯的基底層、毛囊結構，創(chuàng)面恢復平整，瘢痕面積小。Liu 等[48]實驗制備大鼠毛囊干細胞與人脫細胞羊膜復合物，并移植到裸鼠創(chuàng)面，觀察到復合物中的細胞直接參與毛囊的形成和毛囊周圍組織血管的生成，加快了裸鼠創(chuàng)面愈合。

臨床觀察到毛囊干細胞（包括含毛囊干細胞的移植物）具有較好的治療慢性皮膚創(chuàng)傷的潛力[49-52]，同時在臨床研究中，有幾項隨機對照試驗也已經證明在慢性靜脈性腿部潰瘍中，含有毛囊的頭皮穿孔移植物療效優(yōu)于那些從無毛囊區(qū)域移植的組織[49,52-53]。上述研究都有力證實了毛囊干細胞在皮膚重建、受損皮膚修復以及組織工程皮膚構建中的作用。

三、毛囊相關多能干細胞能修復神經和脊髓

毛囊隆起部中可表達神經干細胞標記物巢蛋白的毛囊干細胞，稱為毛囊相關多能（hair follicle-associatedpluripotent，HAP）干細胞[9,54]，可以分化為神經元[7-9]、膠質細胞[10]、角質形成細胞[11-12]、平 滑肌細胞[13-14]、成骨細胞[15]、黑素細胞和心肌樣細胞[16-17]等。M ii 等[55]研究結果表明HAP干細胞在毛囊中的主要功能是促進毛囊感覺神經的生長，如坐骨神經、三叉神經和三叉神經節(jié)。多數實驗證實，HAP 干細胞通過分化為神經型和神經膠質型細胞，從而影響周圍神經[56-58]和脊髓的修復[59]。

HAP 干細胞起源于隆突區(qū)并遷移到真皮乳頭區(qū)，脊髓損傷后真皮乳頭區(qū)細胞和隆突區(qū)細胞的HAP 干細胞分化為神經元和神經膠質細胞，4 周內損傷修復、運動功能逐漸恢復且增強[60-61]。在動物實驗中，將小鼠HAP 干細胞移植到小鼠的損傷脊髓后，小鼠可恢復正常運動[62]。而將人HAP 干細胞注射到裸鼠離斷的坐骨神經區(qū)域，HAP 干細胞分化為膠質纖維酸性蛋白陽性施萬細胞，促進原軸突的恢復和離斷坐骨神經的再生，一段時間后其坐骨神經被重新連接起來，接受電刺激后，腓腸肌呈現良好收縮功能[56]，移植小鼠恢復正常行走的能力[63]。

與胚胎干細胞或誘導多能干細胞[64-66]相比，HAP 干細胞在再生醫(yī)學的應用中更具有優(yōu)勢，因為HAP 干細胞對于每個患者都是高度可獲取的，由于它們是自體細胞，從而消除了免疫方面的問題，而且可以冷凍保存而不喪失分化潛能，不會形成腫瘤，且不存在倫理問題。

四、HAP 干細胞能分化為心肌細胞樣細胞

HAP 干細胞可分化為多種細胞類型，包括搏動心肌樣細胞和表達肌鈣蛋白的心肌樣細胞。毛囊上部細胞分化為心肌細胞樣細胞的潛力最大，位于毛囊上部的HAP 干細胞組成的毛球可誘導分化為搏動的心肌樣細胞[16]。

席海燕等[67]用Ⅳ型膠原黏附法分離、培養(yǎng)小鼠毛囊中的毛囊干細胞，然后篩選出K15、K19 強陽性的細胞，加入心肌細胞誘導液進行誘導分化并做心肌細胞標志物肌紅蛋白的免疫熒光鑒定，小鼠毛囊隆突部干細胞經成心肌誘導后，細胞呈現典型的心肌細胞樣形態(tài)，誘導后的細胞能特異表達心肌細胞的標志物肌紅蛋白，提示小鼠毛囊干細胞有分化成為心肌樣細胞的能力。Kim 等[68]、Hoff man 等[69]和Tohgi 等[70]在研究中從人毛囊上部分離出人HAP 干細胞，將其懸浮在含有10%胎牛血清的細胞培養(yǎng)基中，經過一段時間培養(yǎng)后，人HAP 干細胞分化為肌鈣蛋白陽性的心肌樣細胞。Kim 等[71]研究證明，在特定條件下，毛囊干細胞可以在體外誘導分化為心肌細胞樣細胞，這些心肌細胞樣細胞表現出與心肌相似的梭形和絲狀形態(tài)，并表現出持續(xù)3個多月的自發(fā)性搏動。Yamazaki 等[17]研究證明異丙腎上腺素可誘導HAP 干細胞分化為搏動的心肌樣細胞，進一步加入激活素A、骨形態(tài)發(fā)生蛋白4（BMP4）和堿性成纖維細胞生長因子（bFGF）可誘導搏動心肌樣組織片的形成。在低氧條件下，HAP 干細胞分化為肌鈣蛋白陽性心肌細胞樣細胞[72]，其分化率比常氧條件下要高，且缺氧不影響細胞向其他類型分化。

HAP 干細胞是自體細胞，易于獲取，可以冷凍保存到細胞銀行，使其在心臟疾病再生醫(yī)學方面具有潛在的應用價值。

五、其他

毛囊干細胞基因治療將在遺傳結構性和酶性皮膚缺陷（如大皰性皮膚松解）等方面發(fā)揮作用，通過基因工程和修飾，移植功能完全的自體毛囊干細胞，從而逐步代替有缺陷的組織[73-74]。研究證明部分毛囊干細胞可分化為黑素接受細胞，他們適時地接受成熟黑素細胞產生的黑素，進而生成含有黑素的毛干和毛發(fā)[75]，這為白發(fā)復色問題提供了靶點治療防護等解決途徑。此外，還可以通過有針對性地破壞有再生能力的毛囊干細胞，來永久性地實現去除毛發(fā)[76]。

六、總結及展望

毛囊干細胞因其分化能力強、自我更新及體外增殖能力強等特點，使之在再生醫(yī)學、組織修復和基因治療等方面具有較高使用價值，例如誘導毛發(fā)新生、修復損傷皮膚、促進神經和脊髓修復等。雖然毛囊干細胞的應用研究目前已取得了一定進展，但大多數研究仍處于動物實驗階段，轉化為臨床應用仍是一個突破性難題。例如毛囊在人體皮膚中的密度相對較低，因此在這種生理條件下，很難在很大程度上促進傷口愈合；另外，由于人毛囊隆突區(qū)沒有明確的形態(tài)學特征，外根鞘隆起不明顯，而且人毛囊干細胞缺乏特異的標記物，所以人毛囊干細胞的分離也較為困難；其次，干細胞誘導分化的條件和機制等仍需要進一步研究，且體外培養(yǎng)干細胞過程仍較復雜，周期較長。相信在不久的將來，隨著科研技術的不斷進步與發(fā)展，毛囊干細胞將逐步應用于臨床并為社會做出極大的貢獻。