新研究发现微调干细胞代谢可防止脱发

奥克生物讯：

来自科隆和赫尔辛基的一组研究人员发现了一种防止脱发的机制：对头发再生至关重要的毛囊干细胞，可以通过改变它们的代谢状态来应对组织中的低氧浓度，从而延长它们的寿命。

研究团队是由副教授Sara Wickström (赫尔辛基大学和马克斯普朗克老龄化生物学研究所)和皮肤科医生教授Sabine Eming (科隆大学)领导，还包括科隆大学老龄化研究CECAD、马克斯普朗克老龄化生物学研究所的研究人员。论文题目为“Glutamine Metabolism Controls Stem Cell Fate Reversibility and Long-Term Maintenance in the Hair Follicle”，发表在《细胞代谢》杂志上。  

每天，皮肤和毛囊等组织都暴露在环境损害下，比如紫外线辐射。损坏的材料被不断地移除和更新。平均每天脱落5亿个细胞和100根毛发，相当于1.5克的物质。坏死的物质被干细胞取代，干细胞是特化的、高度增殖的、长寿的。组织功能依赖于这些干细胞的活动和健康; 干细胞功能受损或数量减少会导致衰老。Sara Wickström 表示，“尽管干细胞在衰老中的关键作用已被确立，但人们对调节这些重要细胞长期维持的机制知之甚少。毛囊的功能和可识别的干细胞是研究这个重要问题的完美模型系统。”

为了了解是什么使干细胞在功能上不同于它们分化的子细胞，研究小组研究了这两种细胞群的转录和代谢概况。“有趣的是，这些研究表明，干细胞和子细胞具有独特的代谢特征，”该项研究的联合首席科学家Christine Kim博士说，“我们的分析进一步预测，代谢主调节因子mTOR通路的重要分子成分Rictor将参与其中。”mTOR信号转导调节细胞的生长、能量和氧气消耗等过程。

在更详细的分析中，研究小组表明，干细胞的消耗是由于代谢灵活性的丧失。在每一个再生周期的末尾，一根新的毛发被制造出来，干细胞会回到它们特定的位置，恢复到静止状态。另一位共同领导的科学家Xiaolei Ding博士解释说:“这项研究的关键发现是，所谓的‘命运可逆性’需要从谷氨酰胺代谢和细胞呼吸转化为糖酵解。干细胞生活在低氧可用性的环境中，因此使用葡萄糖而不是谷氨酰胺作为能量和蛋白质合成的碳源。这种转变是由低氧浓度和Rictor信号触发的。Rictor的去除破坏了干细胞命运逆转的能力，触发了缓慢的、依赖于年龄的干细胞衰竭和年龄诱导的脱发。”

Ding和Eming最近制作了一个基因小鼠模型来研究Rictor功能，并观察到缺乏Rictor的小鼠显著延迟了毛囊的再生和循环，这表明干细胞调节功能受损。“有趣的是，随着年龄的增长，这些老鼠出现了脱发和干细胞数量的减少。” Ding说。

“未来的一个主要目标是了解这些临床前发现如何转化为人类的干细胞生物学，并有可能从药物上利用来防止毛囊老化。”Eming说，“我们尤其感到兴奋的是，应用谷氨酰胺酶抑制剂能够恢复Rictor缺陷小鼠的干细胞功能，证明了修改代谢途径可能是增强我们组织再生能力的一种强大方法。”