毛囊如何感知其环境

How hair follicles sense their environment

西北大学医学院的科学家们发现，负责头发生长的细胞是如何感知其环境中的物理力，并利用这些信息来调节其生长状态的。这项研究发表在《科学进展》杂志上。

毛囊干细胞（HF-SCs）是毛囊中寿命较长的细胞，负责人一生中的头发生长和再生。在许多组织中，包括毛囊，干细胞大部分时间都处于静止、休息的状态。了解它们如何维持这种状态对于开发治疗脱发和伤口愈合的疗法至关重要，Paul E. Steiner病理学研究教授、皮肤病学教授Rui Yi博士说。

“问题是细胞如何感知机械力，以及它们如何将这种力转化为信号来告诉它们该做什么，这之前并不清楚，”该研究的资深作者Yi说。

在这项研究中，Yi和他的合作者观察了小鼠的毛囊干细胞，并发现这些干细胞使用PIEZO1离子通道来检测机械力，如细胞间的张力或周围组织的压力。PIEZO1是一种机械敏感的离子通道，这意味着它会在受到物理力作用时打开，允许钙离子流入细胞。

接下来，研究人员使用先进的成像技术分析了钙离子进入细胞的情况。毛囊干细胞通过一种称为E-钙粘蛋白的蛋白质相互连接，这种蛋白质就像分子尼龙搭扣一样。研究人员发现，当E-钙粘蛋白受到约20皮牛顿（一万亿分之一牛顿）的力时，PIEZO1会被激活。

这种激活导致少量的钙离子——称为“钙闪烁”——进入细胞。这些钙信号有助于保持干细胞处于静止状态。

当研究人员删除这些干细胞中的PIEZO1基因时，细胞接收到的钙信号减少，更有可能退出休眠状态。这表明PIEZO1对于维持毛囊干细胞在休眠和生长之间的平衡至关重要，Yi说。

通过单细胞基因组分析，研究团队还识别出由PIEZO1控制的一系列基因。这个网络中的两个关键参与者是AP1和NFATC1——编码转录因子的基因，这些转录因子帮助调节与细胞结构和粘附相关的基因。这些基因有助于强化毛囊干细胞保持休眠所需的独特机械环境。

Yi表示，PIEZO1的作用似乎是感知干细胞周围的力有多强，然后触发干细胞表达更多的基因以确保机械特性得以维持。

这些发现为在再生医学和衰老研究中操纵干细胞行为开辟了新的可能性，Yi说。

“机械力感应及其下游调控对控制毛囊干细胞活动非常重要，”Yi说。“当我们变老时，头发生长的频率会降低。我们想知道是否可以通过操纵特定的机械力来改变干细胞的行为，以刺激它们的分裂或激活。”

尽管这项研究是在小鼠身上进行的，但Yi希望能在人类身上验证这些发现。

“这项研究只是在小鼠身上进行的一个原理证明，”他说。“也许有一天我们可以开始治疗人类的脱发疾病。”

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