正常的毛囊不斷經歷生長期，退化期和休止期。毛囊乳頭細胞位於毛囊底部，是一種對毛囊進入生長期起著重要促進作用的間葉細胞。喪失功能的毛囊乳頭細胞不能有效地遷移和聚集，從而不能喚醒毛囊的再次生長【1】。研究表明，注射經過三維培養的毛囊乳頭細胞球可以增強毛囊再生的能力【2】，預示了三維微環境可能激活了細胞的某些用於毛囊再生和修復相關的通路和蛋白的表達。
近日，北卡羅萊納州立大學／北卡大學教堂山分校聯合生物醫學工程系程柯教授團隊在Science Advances雜誌發表了題為「Dermal exosomes containing miR-218-5p promote hair regeneration by regulating β-catenin signaling」的研究文章（胡詩琪博士為本文第一作者，程柯教授為通訊作者）。該文章揭示了三維培養的毛囊乳頭細胞來源的外泌體高表達miR-218-5p以及成纖維細胞生長因子（basic fibroblast growth factor,bFGF），這些有效因子的富集可能是三維細胞球可以促進毛囊再生的一個重要原因。文章分別對比了三維/二維培養的毛囊乳頭細胞，三維/二維培養細胞得到的外泌體以及miR-218-5p的化學類似物和抑制劑對毛髮生長的效果，逐層揭示了miR-218-5p在毛髮生長中的重要作用，並提出了外泌體和miRNAs影響毛囊生長的可能的作用機制。
研究人員首先對細胞球能夠促進毛髮生長的現象進行了驗證。二維/三維培養的毛囊乳頭細胞通過角蛋白凝膠注射至小鼠單側背部皮膚，對照組則塗抹商品藥米諾地爾（Rogaine ）。三維培養的毛囊乳頭細胞球（3D spheres）相較於單層培養的毛囊乳頭細胞，能更有效地促進了毛囊中的β-catenin和CD133的表達。這兩種蛋白的表達與毛囊幹細胞的功能以及毛囊的再生息息相關。米諾地爾則沒有特異性地激活毛囊相關的幹細胞，而是主要促進血液循環和細胞增殖（Ki67標誌物的表達）。
圖1. 二維和三維培養的毛囊乳頭細胞。
鑑於外泌體在細胞微環境和細胞間的通信作用，研究人員收集了二維和三維培養的毛囊乳頭細胞來源的外泌體，對其攜帶的miRNAs和蛋白進行了分析。結果表明毛囊乳頭細胞球來源的外泌體相較於單層培養的細胞的外泌體，高表達bFGF和miR-218-5p。其中，miR-218-5p可以抑制SFRP2蛋白的表達，而bFGF能夠促進ERK1/2蛋白的表達，進而激活Wnt/β-catenin細胞通路，促使毛髮進入生長期。
圖2. 三維毛囊乳頭細胞球高表達miR-218-5p和某幾種生長因子，從而激活β-catenin信號通路和毛髮生長。
總體而言，該研究表明三維培養不僅激活了毛囊乳頭細胞自身的功能，而且改變了其分泌的外泌體的成分。其中，文章主要討論了miRNAs的作用。miR-218-5p可以通過抑制SFRP2蛋白質的翻譯來調節β-catenin基因的表達。
隨著生活節奏的加快和工作壓力的累積，脫髮一直是人們高度關注的話題。現有的一些生發產品需要長期使用，伴隨的副作用不可忽視【3】，針對改善毛囊微環境進行的藥物研究和開發仍然是一個難題。該項研究為外泌體和miRNA產品在生發領域的應用提供了理論支持。
原文連結：
https://advances.sciencemag.org/content/6/30/eaba1685
來源：Bioart
參考文獻：
1. A. Osada, T. Iwabuchi, J. Kishimoto, T. S. Hamazaki, H. Okochi, Long-term culture of mouse vibrissal dermal papilla cells and de novo hair follicle induction.Tissue Eng13, 975-982 (2007).
2. C. A. Higgins, J. C. Chen, J. E. Cerise, C. A. Jahoda, A. M. Christiano, Microenvironmental reprogramming by three-dimensional culture enables dermal papilla cells to induce de novo human hair-follicle growth.Proc Natl Acad Sci U S A110, 19679-19688 (2013).
3. A. Rossi et al., Minoxidil Use in Dermatology, Side Effects and Recent Patents.Recent Patents Infla6, 130-136 (2012).