伍婧玥 李敏 王剛 刁波

毛囊干細(xì)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(biāo)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(xì)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(zhì)區(qū)域成為祖細(xì)胞，然后形成內(nèi)部的毛囊和發(fā)干[6]。另有研究證實毛囊干細(xì)胞還可以分化為神經(jīng)元細(xì)胞[7-9]、膠質(zhì)細(xì)胞[10]、角質(zhì)形成細(xì)胞[11-12]、平滑肌細(xì)胞[13-14]、成骨細(xì)胞[15]、黑素細(xì)胞和心肌樣細(xì)胞[16-17]。因此，毛囊干細(xì)胞作為一種頗有應(yīng)用前景的成體干細(xì)胞[18]，在再生醫(yī)學(xué)、組織修復(fù)和基因治療等方面具有較高使用價值。

一、毛囊干細(xì)胞用于誘導(dǎo)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(jīng)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(fù)提供了基礎(chǔ)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(chǎn)生不同上皮成分的干細(xì)胞群，毛囊干細(xì)胞作為皮膚來源細(xì)胞的前體細(xì)胞，具有與其他成體干細(xì)胞一樣的多向分化潛能[23]。當(dāng)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(xì)胞會以部分存活的毛囊為模板進行增生而實現(xiàn)毛囊再生[24]。孫錫金等[25]在小鼠皮膚分別注射毛囊干細(xì)胞和其他類型細(xì)胞，含毛囊干細(xì)胞的移植組可見新生毛囊形成，其他類型細(xì)胞移植組未見毛囊形成，證明了毛囊干細(xì)胞具有良好的向毛囊分化增殖的能力。Li 等[26]發(fā)現(xiàn)通過上調(diào)SIRT7 以激活靜止的毛囊干細(xì)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(chǎn)生抗藥性，毛囊干細(xì)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(xì)胞的微型移植物注射到雄激素性脫發(fā)患者的頭皮內(nèi)（每45 天注射3次），經(jīng)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(xì)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(xì)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(xiàn)斑禿和雄激素性脫發(fā)患者在接受了一次皮內(nèi)注射自體毛囊干細(xì)胞治療6個月后，毛發(fā)數(shù)量有顯著改善。因此毛囊干細(xì)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(xì)胞促進創(chuàng)面愈合

干細(xì)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(xì)胞都被認(rèn)為是有創(chuàng)傷治療潛力的，如表皮干細(xì)胞、間充質(zhì)干細(xì)胞和脂肪源性干細(xì)胞。除上述干細(xì)胞外，毛囊干細(xì)胞也引起了越來越多的關(guān)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(xì)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(xì)胞向傷口部位調(diào)動，然后分化為成熟的細(xì)胞，參與創(chuàng)面的再上皮化和皮膚屏障的修復(fù)[38-39]。毛囊干細(xì)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(yīng)延遲與毛囊干細(xì)胞功能障礙有關(guān)[43]。Heidari 等[44]從大鼠毛囊中提取毛囊干細(xì)胞，并將其注入傷口模型周圍，結(jié)果顯示有毛囊干細(xì)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(xì)胞，組成具有多種功能的表皮結(jié)構(gòu)。與其他干細(xì)胞相比，毛囊干細(xì)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(xiàn)，血管內(nèi)皮生長因子-165 可誘導(dǎo)毛囊干細(xì)胞分化為內(nèi)皮細(xì)胞，將血管內(nèi)皮生長因子-165 修飾的毛囊干細(xì)胞包被在3D 支架中移植到體內(nèi)，可明顯促進血管生成進而加速血管化。因此，毛囊干細(xì)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(xì)胞和真皮細(xì)胞為種子細(xì)胞，進行組織工程皮膚的體外構(gòu)建，并移植到山羊體內(nèi)，經(jīng)體外培養(yǎng)25 d后，發(fā)現(xiàn)有毛囊結(jié)構(gòu)形成，表皮細(xì)胞出現(xiàn)角質(zhì)化；移植270 d后，真、表皮結(jié)構(gòu)已發(fā)生重建，可見分化明顯的基底層、毛囊結(jié)構(gòu)，創(chuàng)面恢復(fù)平整，瘢痕面積小。Liu 等[48]實驗制備大鼠毛囊干細(xì)胞與人脫細(xì)胞羊膜復(fù)合物，并移植到裸鼠創(chuàng)面，觀察到復(fù)合物中的細(xì)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(xì)胞（包括含毛囊干細(xì)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(jīng)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(xì)胞在皮膚重建、受損皮膚修復(fù)以及組織工程皮膚構(gòu)建中的作用。

三、毛囊相關(guān)多能干細(xì)胞能修復(fù)神經(jīng)和脊髓

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

HAP 干細(xì)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(xì)胞和隆突區(qū)細(xì)胞的HAP 干細(xì)胞分化為神經(jīng)元和神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞，4 周內(nèi)損傷修復(fù)、運動功能逐漸恢復(fù)且增強[60-61]。在動物實驗中，將小鼠HAP 干細(xì)胞移植到小鼠的損傷脊髓后，小鼠可恢復(fù)正常運動[62]。而將人HAP 干細(xì)胞注射到裸鼠離斷的坐骨神經(jīng)區(qū)域，HAP 干細(xì)胞分化為膠質(zhì)纖維酸性蛋白陽性施萬細(xì)胞，促進原軸突的恢復(fù)和離斷坐骨神經(jīng)的再生，一段時間后其坐骨神經(jīng)被重新連接起來，接受電刺激后，腓腸肌呈現(xiàn)良好收縮功能[56]，移植小鼠恢復(fù)正常行走的能力[63]。

與胚胎干細(xì)胞或誘導(dǎo)多能干細(xì)胞[64-66]相比，HAP 干細(xì)胞在再生醫(yī)學(xué)的應(yīng)用中更具有優(yōu)勢，因為HAP 干細(xì)胞對于每個患者都是高度可獲取的，由于它們是自體細(xì)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(xì)胞能分化為心肌細(xì)胞樣細(xì)胞

HAP 干細(xì)胞可分化為多種細(xì)胞類型，包括搏動心肌樣細(xì)胞和表達(dá)肌鈣蛋白的心肌樣細(xì)胞。毛囊上部細(xì)胞分化為心肌細(xì)胞樣細(xì)胞的潛力最大，位于毛囊上部的HAP 干細(xì)胞組成的毛球可誘導(dǎo)分化為搏動的心肌樣細(xì)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(xì)胞，然后篩選出K15、K19 強陽性的細(xì)胞，加入心肌細(xì)胞誘導(dǎo)液進行誘導(dǎo)分化并做心肌細(xì)胞標(biāo)志物肌紅蛋白的免疫熒光鑒定，小鼠毛囊隆突部干細(xì)胞經(jīng)成心肌誘導(dǎo)后，細(xì)胞呈現(xiàn)典型的心肌細(xì)胞樣形態(tài)，誘導(dǎo)后的細(xì)胞能特異表達(dá)心肌細(xì)胞的標(biāo)志物肌紅蛋白，提示小鼠毛囊干細(xì)胞有分化成為心肌樣細(xì)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(xì)胞，將其懸浮在含有10%胎牛血清的細(xì)胞培養(yǎng)基中，經(jīng)過一段時間培養(yǎng)后，人HAP 干細(xì)胞分化為肌鈣蛋白陽性的心肌樣細(xì)胞。Kim 等[71]研究證明，在特定條件下，毛囊干細(xì)胞可以在體外誘導(dǎo)分化為心肌細(xì)胞樣細(xì)胞，這些心肌細(xì)胞樣細(xì)胞表現(xiàn)出與心肌相似的梭形和絲狀形態(tài)，并表現(xiàn)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(dǎo)HAP 干細(xì)胞分化為搏動的心肌樣細(xì)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(xì)胞生長因子（bFGF）可誘導(dǎo)搏動心肌樣組織片的形成。在低氧條件下，HAP 干細(xì)胞分化為肌鈣蛋白陽性心肌細(xì)胞樣細(xì)胞[72]，其分化率比常氧條件下要高，且缺氧不影響細(xì)胞向其他類型分化。

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

五、其他

毛囊干細(xì)胞基因治療將在遺傳結(jié)構(gòu)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(xì)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(xì)胞可分化為黑素接受細(xì)胞，他們適時地接受成熟黑素細(xì)胞產(chǎn)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(fù)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(xì)胞，來永久性地實現(xiàn)去除毛發(fā)[76]。

六、總結(jié)及展望

毛囊干細(xì)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(xué)、組織修復(fù)和基因治療等方面具有較高使用價值，例如誘導(dǎo)毛發(fā)新生、修復(fù)損傷皮膚、促進神經(jīng)和脊髓修復(fù)等。雖然毛囊干細(xì)胞的應(yīng)用研究目前已取得了一定進展，但大多數(shù)研究仍處于動物實驗階段，轉(zhuǎn)化為臨床應(yīng)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(xué)特征，外根鞘隆起不明顯，而且人毛囊干細(xì)胞缺乏特異的標(biāo)記物，所以人毛囊干細(xì)胞的分離也較為困難；其次，干細(xì)胞誘導(dǎo)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(xì)胞過程仍較復(fù)雜，周期較長。相信在不久的將來，隨著科研技術(shù)的不斷進步與發(fā)展，毛囊干細(xì)胞將逐步應(yīng)用于臨床并為社會做出極大的貢獻。