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Science 子刊:毛囊乳头细胞球来源的外泌体促进毛发生长

迄今为止,FDA批准的生发药品仅有非那雄胺(Finasteride,1992)和米诺地尔(Minoxidil,1996)。对这两种小分子药物能够促进生发的发现属于偶然,其长期使用的副作用也是不可忽视的。因此,针对脱发的研究和产品开发一直是热点话题,尤其是针对毛囊细胞的研究。北卡罗莱纳州立大学/北卡大学教堂山分校联合生物医学工程系程柯教授团队针对毛囊乳头细胞在促进毛囊生长周期中的作用,从细胞,细胞外泌体,及外泌体中的功能miRNA三个层面展开研究,证明了miRNA-218-5p在促进毛囊生长中的作用。该研究于近日发表在Science Advances上。

健康毛囊会不断经历生长期,退化期和休止期的循环,脱发区域的毛囊在数目上并没有变化,而是发生萎缩,停滞在休止期或者退化期。毛囊乳头细胞的迁徙,聚集和旁分泌效应对于毛囊再次进入生长期至关重要。研究人员发现三维培养的毛囊乳头细胞球(3D sphere)相较于单层培养的毛囊乳头细胞,能更好地促进毛囊中的β-catenin和CD133的表达。这两种蛋白的表达与毛囊干细胞的功能以及毛囊的再生息息相关。与之形成对比的是,商品药米诺地尔(Rogaine®)则主要通过促进血液循环和细胞增殖(ki67)来改善毛囊的微环境。

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图1. 商品药米诺地尔和毛囊乳头细胞治疗后皮肤毛囊的β-catenin,CD133以及Ki67的表达情况。

毛囊乳头细胞球被包覆在角蛋白水凝胶中注入小鼠单侧皮肤,治疗15天后,小鼠背部达到90%的毛发覆盖率,而米诺地尔组的小鼠治疗侧的皮肤达到40%的毛发覆盖率,非治疗侧的皮肤仅有不足20%的毛发覆盖率。说明毛囊乳头细胞球不仅有效促进了注射区域的毛囊生长,而且改变了毛囊微环境,其分泌的因子促进了周围毛囊的生长。

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图2.单层培养的毛囊乳头细胞(A,B)以及毛囊乳头细胞球(C,D)。细胞球包裹在角蛋白水凝胶中注射(E,F)。

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图3.治疗后不同天数小鼠的毛发覆盖率。从左到右:PBS,米诺地尔,角蛋白,细胞球(PBS中注射)以及细胞球(角蛋白凝胶中注射)。

自体细胞疗法虽然有效,但是存在生产周期久,且昂贵费时等缺点。研究人员进一步对单层毛囊乳头细胞和毛囊乳头细胞球分泌的外泌体进行了对比,发现毛囊乳头细胞球来源的外泌体相较于单层培养的细胞的外泌体,高表达bFGF和miR-218-5p。其中,miR-218-5p可以抑制SFRP2蛋白的表达,进而激活Wnt/β-catenin细胞通路。研究人员进一步注射了miR-218-5p的化学类似物和抑制剂,证实了这种miRNA在毛发成长中的充分和必要的作用。程柯教授团队下一步计划在探索miR-218-5p作用机制的同时,积极寻求外泌体和miRNA产品在生发领域的临床转化。

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图4.细胞球外泌体对毛囊生长的促进机制。

 

参考文献:Shiqi Hu, ZhenhuaLi, Halle Lutz, Ke Huang, Teng Su, Jhon Cores, Phuong-Uyen Cao Dinh, Ke Cheng.Dermal exosomes containing miR-218-5p promote hair regeneration by regulatingβ-catenin signaling. Science Advances 24 Jul 2020, 6: eaba1685

 

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