撰文 | nagashi
在當下快節奏的生活中，每個人都背負著巨大的壓力，每天的工作、學習和生活都令我們倍感壓力。在成年人的世界裡，除了肥胖、犯困和脫髮之外，其他的都相當不容易。
在全世界範圍內，有高達十億男性、女性甚至兒童飽受脫髮的困擾。與此同時，據國家衛健委統計，我國有超2.5億人脫髮，平均每6人當中就有1人飽受脫髮困擾。更令人遺憾的是，儘管受脫髮困擾的群體如此之大，但目前並沒有很好解決脫髮問題的治療方法。
2021年6月9日，日本理化學研究所（RIKEN）的研究人員在國際頂尖學術期刊 Nature 在線發表了題為：Tracing the origin of hair follicle stem cells 的研究論文。
這項研究結合成像和基因表達分析發現，形成毛囊的盤狀結構中細胞呈同心圓排列，這預先決定了它們在成熟毛囊中的最終命運和位置。
這一發現提高我們對毛囊發育的理解，未來的研究可能揭示再生毛囊的方法，最終可用於治療脫髮。
當你還是個孩子的時候，你可能今天夢想著成為一名宇航員，明天又夢想著成為一名演員，那時候的你，未來擁有著無限可能。與之類似，早期胚胎中的前體細胞在外部力量和內部因素的支配下，做出一系列逐步「決定」，從而產生成人生物體中存在的各種細胞類型，這一過程被稱之為「細胞分化」。
我們知道，皮膚主要由兩部分組成——表皮和真皮，前者是一層扁平的上皮細胞，形成抵禦外界侵害的保護屏障，後者則包含支持皮膚的纖維母細胞。毛囊的發育是從一個乾淨的「基板」開始的，真皮層纖維細胞誘導基板的形成——上皮層的細胞增厚，最終形成毛囊。
基板在皮膚表面形成扁平的圓圈，但這些扁平的圓盤結構如何最終轉變成長圓柱形的3D形狀，不僅是皮膚和頭髮研究人員感興趣的問題，也是研究通過發育機制發揮作用的潛在頭髮替代療法的科學家們感興趣的問題。
在這項研究中，研究團隊優化了一種稱為實時成像的技術，以記錄從受孕後11.5天開始在小鼠胚胎中提取的培養皮膚組織中細胞的運動。研究人員用3到5天的時間對皮膚樣本進行三維和微觀成像，從而製作出毛囊發育的延時視頻。通過反向播放這些視頻，研究人員追溯了完全生長的毛囊細胞的胚胎基板起源。
細胞命運的確定依賴於細胞的位置
研究團隊發現，在早期的基板結構中，毛囊幹細胞組織成同心圓的形狀，就像是箭靶一樣。這樣，最中心的細胞形成了毛囊的底部，而基板的外部邊緣的細胞則停留在毛囊之間的皮膚表面。
隨著時間的推移，這些細胞的增殖和運動使毛囊從基板向下生長成完全發育的毛囊，這就像一個可伸縮望遠鏡的延伸。因此，研究團隊也將這種發展稱為「望遠鏡模型」。
二維同心轉錄景觀是幹細胞起源的特徵
實際上，在自然界中，生物從平面上形成圓柱形或其他3D形狀的附肢（如腿和觸角）的例子並不鮮見，最早科學家在果蠅身上第一次描述了這種現象。因此，儘管這也許不足為奇，但令人興奮的是，這種「望遠鏡機制」在物種間進化上似乎是保守的。
值得注意的是，在毛囊發育過程中幹細胞的出現進一步增加了這個系統的複雜性。在成年動物身上，這種細胞儲存在上部毛囊的突起部分，對於使毛囊在毛髮周期的生長階段擴張至關重要，這是動物一生中正常組織更替的一部分。
不僅如此，這些幹細胞甚至可以修復表皮其他部分的損傷。之前的研究也通過對轉錄因子SOX9的追蹤證實毛囊幹細胞在早期基板的起源。這表明，當基板開始向下延伸時，凸出的幹細胞前體就會產生並保持在基板的表面，然後最終在凸出區域定植。
在發育的毛囊中協調上皮譜系和幹細胞誘導基礎的轉錄景觀
基於此，研究團隊有選擇地標記和分離早期小鼠毛囊中的細胞，並與他們在活體成像實驗中分析的細胞的時間點一一對應，以此進行單細胞轉錄組學分析。通過這種方法，研究團隊確定了一群在基板發育的早期階段表達凸出幹細胞標記的細胞。
通過對所有評估時間點的細胞進行數學建模，研究團隊確定這些標記表達的細胞在早期基板分化為膨大幹細胞，遠遠早於之前報道的分化發生的時間點。與之前的報道一致，這些幹細胞前體表達了編碼SOX9的基因。然而，通過進一步的細胞譜系追蹤和活體成像，這些前體被明確地證明來源於先前未被識別的早期基板的外周環區域。
膨大幹細胞來源於胎盤基底層的外圍
這一新的細胞空間定位提示我們，可能需要重新檢查之前發表的、與膨大幹細胞相關的研究發現，並重新討論誘導這種細胞群所需的調控條件的問題。
總而言之，這項研究在解剖不同細胞群對成熟毛囊的作用方面取得了巨大的進展，這一新的發現不僅提高了我們對毛囊發育的理解，還將推動進一步的研究以揭示再生毛囊的方法，並將最終促進脫髮療法的開發。
論文鏈接：
https://www.nature.com/articles/s41586-021-03638-5
https://www.nature.com/articles/d41586-021-01482-1
