毛囊干细胞的应用领域

伍婧玥 李敏 王刚 刁波

毛囊干细胞存在于毛囊外根鞘隆突部[1]，具有周期较长、分化能力强、自我更新及体外增殖能力强等特点，有多种分子特异性标记物，如K15，K19，CD34，NFATC1，α6-Integrin，TCF3，TCF4，LHX2，SOX9 和LGR5[2]。大量研究表明毛囊干细胞具备形成毛囊、表皮和皮脂腺的能力[3-5]。它们可以向下移动到毛发基质区域成为祖细胞，然后形成内部的毛囊和发干[6]。另有研究证实毛囊干细胞还可以分化为神经元细胞[7-9]、胶质细胞[10]、角质形成细胞[11-12]、平滑肌细胞[13-14]、成骨细胞[15]、黑素细胞和心肌样细胞[16-17]。因此，毛囊干细胞作为一种颇有应用前景的成体干细胞[18]，在再生医学、组织修复和基因治疗等方面具有较高使用价值。

一、毛囊干细胞用于诱导毛发再生

成人毛囊分为恒定的上部（此部分一般不发生凋亡和再生）和在毛发循环期不断重塑的下部（此部分呈周期性生长，一般经历生长期、退化期和休止期3个阶段）[5,19-21]，为毛囊能够在被破坏后进行自身再生修复提供了基础条件[22]。研究表明，毛囊周期的维持很大程度上依赖于毛囊中能够产生不同上皮成分的干细胞群，毛囊干细胞作为皮肤来源细胞的前体细胞，具有与其他成体干细胞一样的多向分化潜能[23]。当真皮浅层受损致毛囊破坏时，受到活化后的隆突部毛囊干细胞会以部分存活的毛囊为模板进行增生而实现毛囊再生[24]。孙锡金等[25]在小鼠皮肤分别注射毛囊干细胞和其他类型细胞，含毛囊干细胞的移植组可见新生毛囊形成，其他类型细胞移植组未见毛囊形成，证明了毛囊干细胞具有良好的向毛囊分化增殖的能力。Li 等[26]发现通过上调SIRT7 以激活静止的毛囊干细胞，可促进小鼠毛发生长。

斑秃和雄激素性脱发的治疗往往具有难度，因为患者可能对目前可用的治疗方式产生抗药性，毛囊干细胞的使用可能对耐药病例来说是一种新的选择。Gentile 等[27]将含人脂肪组织衍生毛囊干细胞的微型移植物注射到雄激素性脱发患者的头皮内（每45 天注射3次），经治疗44 周后观察到平均毛发密度显著增加。实验证明含毛囊干细胞的微移植物注射对雄激素性脱发具有改善作用，且没有较大的副作用，含人表皮和皮下脂肪组织源性毛囊干细胞的微移植物可作为防止脱发安全有效的治疗选择。Elmaadawi 等[28]研究发现斑秃和雄激素性脱发患者在接受了一次皮内注射自体毛囊干细胞治疗6个月后，毛发数量有显著改善。因此毛囊干细胞可以成为治疗难治性斑秃和雄激素性脱发的一种安全且可被耐受的有效方法。

二、毛囊干细胞促进创面愈合

干细胞因为其可塑性在创伤治疗中受到重视[29-35]。许多种类的干细胞都被认为是有创伤治疗潜力的，如表皮干细胞、间充质干细胞和脂肪源性干细胞。除上述干细胞外，毛囊干细胞也引起了越来越多的关注。

众所周知，在毛囊生长区的伤口比那些没有毛囊的伤口愈合得更快[36]。研究表明CD34+毛囊干细胞可促进大鼠皮肤创面愈合[37]。在受伤后，附近的毛囊干细胞向伤口部位调动，然后分化为成熟的细胞，参与创面的再上皮化和皮肤屏障的修复[38-39]。毛囊干细胞具有高增殖潜能、多能性[40-41]和寿命长[42]的特性， 说明它们对创伤后表皮的重新填充过程是非常重要的，可通过促进再上皮化和血管化来促进创面愈合。

在动物模型中，小鼠全层皮肤创伤的初始愈合反应延迟与毛囊干细胞功能障碍有关[43]。Heidari 等[44]从大鼠毛囊中提取毛囊干细胞，并将其注入伤口模型周围，结果显示有毛囊干细胞存在的皮肤创伤组织更易形成血管且更易分化成为表皮细胞，组成具有多种功能的表皮结构。与其他干细胞相比，毛囊干细胞 对烧伤创面愈合更加有利，主要通过血管生成和抗炎发挥作用[45]。Quan 等[46]发现，血管内皮生长因子-165 可诱导毛囊干细胞分化为内皮细胞，将血管内皮生长因子-165 修饰的毛囊干细胞包被在3D 支架中移植到体内，可明显促进血管生成进而加速血管化。因此，毛囊干细胞可用于上皮化受损以及血管生成障碍的难愈性创面治疗。史明艳等[47]首次以山羊毛囊干细胞和真皮细胞为种子细胞，进行组织工程皮肤的体外构建，并移植到山羊体内，经体外培养25 d后，发现有毛囊结构形成，表皮细胞出现角质化；移植270 d后，真、表皮结构已发生重建，可见分化明显的基底层、毛囊结构，创面恢复平整，瘢痕面积小。Liu 等[48]实验制备大鼠毛囊干细胞与人脱细胞羊膜复合物，并移植到裸鼠创面，观察到复合物中的细胞直接参与毛囊的形成和毛囊周围组织血管的生成，加快了裸鼠创面愈合。

临床观察到毛囊干细胞（包括含毛囊干细胞的移植物）具有较好的治疗慢性皮肤创伤的潜力[49-52]，同时在临床研究中，有几项随机对照试验也已经证明在慢性静脉性腿部溃疡中，含有毛囊的头皮穿孔移植物疗效优于那些从无毛囊区域移植的组织[49,52-53]。上述研究都有力证实了毛囊干细胞在皮肤重建、受损皮肤修复以及组织工程皮肤构建中的作用。

三、毛囊相关多能干细胞能修复神经和脊髓

毛囊隆起部中可表达神经干细胞标记物巢蛋白的毛囊干细胞，称为毛囊相关多能（hair follicle-associatedpluripotent，HAP）干细胞[9,54]，可以分化为神经元[7-9]、胶质细胞[10]、角质形成细胞[11-12]、平 滑肌细胞[13-14]、成骨细胞[15]、黑素细胞和心肌样细胞[16-17]等。M ii 等[55]研究结果表明HAP干细胞在毛囊中的主要功能是促进毛囊感觉神经的生长，如坐骨神经、三叉神经和三叉神经节。多数实验证实，HAP 干细胞通过分化为神经型和神经胶质型细胞，从而影响周围神经[56-58]和脊髓的修复[59]。

HAP 干细胞起源于隆突区并迁移到真皮乳头区，脊髓损伤后真皮乳头区细胞和隆突区细胞的HAP 干细胞分化为神经元和神经胶质细胞，4 周内损伤修复、运动功能逐渐恢复且增强[60-61]。在动物实验中，将小鼠HAP 干细胞移植到小鼠的损伤脊髓后，小鼠可恢复正常运动[62]。而将人HAP 干细胞注射到裸鼠离断的坐骨神经区域，HAP 干细胞分化为胶质纤维酸性蛋白阳性施万细胞，促进原轴突的恢复和离断坐骨神经的再生，一段时间后其坐骨神经被重新连接起来，接受电刺激后，腓肠肌呈现良好收缩功能[56]，移植小鼠恢复正常行走的能力[63]。

与胚胎干细胞或诱导多能干细胞[64-66]相比，HAP 干细胞在再生医学的应用中更具有优势，因为HAP 干细胞对于每个患者都是高度可获取的，由于它们是自体细胞，从而消除了免疫方面的问题，而且可以冷冻保存而不丧失分化潜能，不会形成肿瘤，且不存在伦理问题。

四、HAP 干细胞能分化为心肌细胞样细胞

HAP 干细胞可分化为多种细胞类型，包括搏动心肌样细胞和表达肌钙蛋白的心肌样细胞。毛囊上部细胞分化为心肌细胞样细胞的潜力最大，位于毛囊上部的HAP 干细胞组成的毛球可诱导分化为搏动的心肌样细胞[16]。

席海燕等[67]用Ⅳ型胶原黏附法分离、培养小鼠毛囊中的毛囊干细胞，然后筛选出K15、K19 强阳性的细胞，加入心肌细胞诱导液进行诱导分化并做心肌细胞标志物肌红蛋白的免疫荧光鉴定，小鼠毛囊隆突部干细胞经成心肌诱导后，细胞呈现典型的心肌细胞样形态，诱导后的细胞能特异表达心肌细胞的标志物肌红蛋白，提示小鼠毛囊干细胞有分化成为心肌样细胞的能力。Kim 等[68]、Hoff man 等[69]和Tohgi 等[70]在研究中从人毛囊上部分离出人HAP 干细胞，将其悬浮在含有10%胎牛血清的细胞培养基中，经过一段时间培养后，人HAP 干细胞分化为肌钙蛋白阳性的心肌样细胞。Kim 等[71]研究证明，在特定条件下，毛囊干细胞可以在体外诱导分化为心肌细胞样细胞，这些心肌细胞样细胞表现出与心肌相似的梭形和丝状形态，并表现出持续3个多月的自发性搏动。Yamazaki 等[17]研究证明异丙肾上腺素可诱导HAP 干细胞分化为搏动的心肌样细胞，进一步加入激活素A、骨形态发生蛋白4（BMP4）和碱性成纤维细胞生长因子（bFGF）可诱导搏动心肌样组织片的形成。在低氧条件下，HAP 干细胞分化为肌钙蛋白阳性心肌细胞样细胞[72]，其分化率比常氧条件下要高，且缺氧不影响细胞向其他类型分化。

HAP 干细胞是自体细胞，易于获取，可以冷冻保存到细胞银行，使其在心脏疾病再生医学方面具有潜在的应用价值。

五、其他

毛囊干细胞基因治疗将在遗传结构性和酶性皮肤缺陷（如大疱性皮肤松解）等方面发挥作用，通过基因工程和修饰，移植功能完全的自体毛囊干细胞，从而逐步代替有缺陷的组织[73-74]。研究证明部分毛囊干细胞可分化为黑素接受细胞，他们适时地接受成熟黑素细胞产生的黑素，进而生成含有黑素的毛干和毛发[75]，这为白发复色问题提供了靶点治疗防护等解决途径。此外，还可以通过有针对性地破坏有再生能力的毛囊干细胞，来永久性地实现去除毛发[76]。

六、总结及展望

毛囊干细胞因其分化能力强、自我更新及体外增殖能力强等特点，使之在再生医学、组织修复和基因治疗等方面具有较高使用价值，例如诱导毛发新生、修复损伤皮肤、促进神经和脊髓修复等。虽然毛囊干细胞的应用研究目前已取得了一定进展，但大多数研究仍处于动物实验阶段，转化为临床应用仍是一个突破性难题。例如毛囊在人体皮肤中的密度相对较低，因此在这种生理条件下，很难在很大程度上促进伤口愈合；另外，由于人毛囊隆突区没有明确的形态学特征，外根鞘隆起不明显，而且人毛囊干细胞缺乏特异的标记物，所以人毛囊干细胞的分离也较为困难；其次，干细胞诱导分化的条件和机制等仍需要进一步研究，且体外培养干细胞过程仍较复杂，周期较长。相信在不久的将来，随着科研技术的不断进步与发展，毛囊干细胞将逐步应用于临床并为社会做出极大的贡献。