Cell重要發(fā)現(xiàn)：干細(xì)胞聽(tīng)命于其子細(xì)胞

日期：2014-05-13 09:33:46

有時(shí)候干細(xì)胞會(huì)打開(kāi)開(kāi)關(guān)分裂生成子細(xì)胞，有時(shí)候則會(huì)關(guān)閉開(kāi)關(guān)維持在靜息狀態(tài)。直到現(xiàn)在科學(xué)家們?nèi)晕赐耆私馐鞘裁匆鹆诉@些細(xì)胞在活化和靜息狀態(tài)之間切換。

來(lái)自洛克菲勒大學(xué)Elaine Fuchs哺乳動(dòng)物細(xì)胞生物學(xué)和發(fā)育實(shí)驗(yàn)室的一項(xiàng)新研究將焦點(diǎn)放在了毛囊干細(xì)胞上，確定了是什么開(kāi)啟了它們。研究人員發(fā)現(xiàn)由這些干細(xì)胞生成的子細(xì)胞——過(guò)渡擴(kuò)充細(xì)胞（Transit-Amplifying Cell，TACs）發(fā)送了一種信號(hào)告知靜息毛囊干細(xì)胞變得活化。

Fuchs實(shí)驗(yàn)室前博士后Ya-Chieh Hsu說(shuō)：“許多類(lèi)型的哺乳動(dòng)物干細(xì)胞都生成TACs，TACs是干細(xì)胞和其最終產(chǎn)物：血液、皮膚和別處完全分化的細(xì)胞之間的一種中間體。在過(guò)去，人們將TACs視作是坐等被動(dòng)生成組織的一群細(xì)胞。沒(méi)有人會(huì)想到它們起著調(diào)控作用。”

Hsu和Fuchs進(jìn)一步確定了TACs發(fā)送出的信號(hào)。他們明確地找到了稱(chēng)作為Sonic Hedgehog的一種促細(xì)胞分裂蛋白，其在大腦、眼睛和四肢的胚胎發(fā)育中發(fā)揮作用。

由于有潛力生成一些具有特定功能的特化細(xì)胞，干細(xì)胞在醫(yī)學(xué)應(yīng)用領(lǐng)域具有重要的價(jià)值。干細(xì)胞生成這些分化細(xì)胞的能力對(duì)于機(jī)體的正常維持、生長(zhǎng)及修復(fù)至關(guān)重要。許多的組織具有兩種干細(xì)胞群：一種很少分裂，稱(chēng)作為靜息干細(xì)胞；另一種更易于增殖，稱(chēng)作為始發(fā)態(tài)干細(xì)胞（primed stem cell）。無(wú)論它們的增殖頻率如何，人類(lèi)的大多數(shù)干細(xì)胞都不會(huì)直接生成分化的子細(xì)胞；它們會(huì)生成一種中間增殖細(xì)胞群即TACs。

毛囊是生成毛發(fā)的一種微小器官，其形成狹窄毛囊管腔向下伸入到皮膚里。毛囊不斷地在生長(zhǎng)、破壞和靜息狀態(tài)之間循環(huán)。當(dāng)進(jìn)入到生長(zhǎng)期時(shí)，始發(fā)態(tài)干細(xì)胞群總是首先分裂并生成TACs，這些TACs在毛囊中向下聚集。始發(fā)態(tài)干細(xì)胞增殖為下一輪的毛發(fā)生長(zhǎng)創(chuàng)造了條件，確保了隨時(shí)間損失的毛發(fā)能夠被替換。增殖TACs則生成了毛干，以及皮膚下毛發(fā)周?chē)乃屑?xì)胞，這些細(xì)胞構(gòu)成了毛囊。

一開(kāi)始，Hsu和Fuchs懷疑TACs和Sonic Hedgehog在毛發(fā)再生中起作用。

“我們注意到，始發(fā)態(tài)干細(xì)胞群早期激活，生成了TACs，而靜息干細(xì)胞群只在TACs生成時(shí)活化。這種聯(lián)系促使我們?nèi)ふ?/span>TACs生成的信號(hào)。我們隨后證實(shí)了Sonic Hedgehog就是我們要尋找的信號(hào)，”Fuchs說(shuō)。

在發(fā)表于5月8日《細(xì)胞》（Cell）雜志上的一些實(shí)驗(yàn)中，Hsu通過(guò)敲除成年小鼠毛囊中的負(fù)責(zé)基因使得TACs無(wú)法生成Sonic Hedgehog蛋白。由此，毛囊干細(xì)胞和它們TACs的增殖均受到了影響。他們進(jìn)一步證實(shí)靜息干細(xì)胞群增殖需要Sonic Hedgehog。

令人驚訝的是，當(dāng)Hsu阻斷靜息干細(xì)胞響應(yīng)Sonic Hedgehog的能力時(shí)，毛發(fā)生長(zhǎng)繼續(xù)進(jìn)行，但毛囊變短，每經(jīng)歷一輪毛發(fā)周期，靜息和始發(fā)態(tài)干細(xì)胞群均數(shù)量減少，直至毛發(fā)完全無(wú)法再生。根據(jù)研究人員所說(shuō)，這些特征與男性脫發(fā)中發(fā)生的事件極其地相似（延伸閱讀：華人學(xué)者Nature子刊發(fā)表再生醫(yī)學(xué)重要成果）。盡管這種機(jī)能紊亂的根源有可能是在Sonic Hedgehog的上游，這一研究提供了關(guān)于脫發(fā)現(xiàn)象的一些新見(jiàn)解，從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看對(duì)于開(kāi)發(fā)出新的療法具有重要的意義。

TACs是許多不同的干細(xì)胞譜系的一個(gè)階段，研究人員斷定盡管精確的機(jī)制有可能有所差異，在我們的血液和腸等其他組織中TACs有可能發(fā)揮了相似的作用。Fuchs說(shuō)：“在大多數(shù)成人組織中，我們的干細(xì)胞必須能夠快速響應(yīng)損傷。通過(guò)利用TACs作為變阻器，可以嚴(yán)格地調(diào)控這一過(guò)程確保生產(chǎn)適當(dāng)數(shù)量的新組織來(lái)修復(fù)損傷。因此，不可以再將TACs視作是一種干細(xì)胞譜系的被動(dòng)中間體，而是協(xié)調(diào)組織再生的一個(gè)關(guān)鍵信號(hào)中心。”