人毛囊真皮乳头细胞的体外分化与毛囊重建

Hair follicle dermal papilla (DP) cells are specialized dermal fibroblasts, which play key roles in the morphogenesis and cyclic regulation of hair follicles and are closedly related to various hair diseases. Hair loss is an increasingly common human disease. Although stem cell-based hair follicle reconstitution provides a promising treatment for hair loss, the indispensable hair-inducing DP cells are hard to maintain and expand in vitro, which largely hampered their clinical use. Most of current studies aim at propagating DP cells in vitro while restoring their properties. In contrast, the present project intends to derive hair-inducing DP-like cells from human pluripotent stem cells and dermal fibroblasts, which could be easily expanded in vitro.Together with our established in-vitro system for hair follicle stem cell propagation, the present study pursues hair follicle reconstitution with in-vitro derived hair follicle epithelial cells and dermal mesenchymal cells. We shall meanwhile explore the mechanisms governing DP differentiation and trans-differentiation. Our project will not only help reveal the epithelial-mesenchymal interactions during skin development and homeostatsis, but also contribute greatly to the regenerative medical treatment for hair loss.

毛囊真皮乳头(dermal papilla,DP)是毛囊中一群特化的真皮成纤维细胞，在毛囊形态发生、性质决定及毛发周期调控中发挥重要作用，也与毛发疾病密切相关。目前脱发已成为日益普遍的社会现象，基于干细胞移植的毛囊重建是治疗脱发的一个极具潜力的方向。毛囊重建不仅需要毛囊表皮细胞，还需要能诱导毛囊形成的DP细胞，但DP细胞无法在体外大量扩增并保持其诱导能力。目前大多数研究致力于在体外扩增DP细胞并保持其特性，但效果远达不到临床需求。与这些研究不同，本项目将另辟蹊径，从可大量扩增的人多能性干细胞（ES细胞和iPS细胞）与人真皮成纤维细胞出发，在体外探究DP细胞的分化及转分化的过程与机制，并获得大量的DP细胞，结合我们已建立的毛囊干细胞体外扩增体系，进行异体毛囊重建实验。本项目将为揭示皮肤发育与更新过程中的上皮-间充质相互作用机制提供重要线索，在组织工程毛囊重建与脱发治疗领域更具有直接应用价值。

由于现代社会工作压力增大，饮食睡眠不规律等原因，脱发已经成为一个社会性的普遍问题。目前治疗脱发的另一种重要手段是毛发移植，但用于移植的毛囊不能进行扩增，因而在数量上受到限制。近年来，随着表皮干细胞与毛囊干细胞研究的不断深入，以干细胞为基础的毛囊重建为治疗脱发带来了新的希望。然而，毛囊重建不仅需要具有能够分化成毛囊上皮结构的表皮谱系干细胞，还需要具有毛囊诱导能力的DP真皮细胞。但DP细胞无法在体外大量扩增并维持其诱导能力。因此大多数研究致力于在体外扩增DP细胞并维持其毛囊诱导能力的特性的研究，但效果远达不到临床需求。因此，如何在体外获得大量具有毛囊诱导能力的真皮细胞进行移植并重建毛囊是目前该领域急需解决的问题。DP是一群特化的真皮成纤维细胞，在毛囊形态发生以及毛囊周期调控中发挥重要作用。研究表明成纤维细胞与具有毛囊诱导能力的DP细胞具有共同起源。依据DP与成纤维细胞发育起源的微妙关系，我们建立了因子诱导体系以及共培养诱导体系，将大量易获得的人真皮成纤维细胞转化为具有毛囊诱导能力的DP细胞，实现毛囊再生，为毛囊重建治疗脱发提供潜在细胞来源。在本研究中，首先通过检测人DP细胞中高表达的特征性基因，建立了检测诱导转化体系的初步评判标准；其次，建立了将人胎儿与成年包皮来源的成纤维细胞转化为毛囊诱导能力细胞的多因子诱导体系即通过加入特定浓度生长因子 (PDGF+FGF2) 与小分子化合物BIO，诱导培养六天，随后加因子三维悬浮培养24小时。研究结果表明诱导之后胎儿和成人成纤维细胞高表达大部分DP的特征性基因，我们称之为DP样细胞。将胎儿与成人DP样细胞与新生小鼠表皮细胞相混合移植到免疫缺陷小鼠的背部，可观察到毛囊结构的形成，并且发现DP样细胞参与形成毛囊的DP以及真皮鞘结构的组建。值得关注的是，成人包皮来源的成纤维细胞经因子诱导体系的转化也能促进毛囊重建过程中毛囊的形成，这一实验结果对临床毛囊重建具有重要的参考价值。本研究建立了将易大量获得的人成纤维细胞转化为具有毛囊诱导能力的DP样细胞的转化模型，该模型将在组织工程——毛囊重建与临床脱发治疗领域具有重要应用价值。同时，还将为揭示皮肤发育过程中的上皮-间充质的相互作用机制提供重要线索。