毛囊是毛髮的基本單位，而毛髮是由毛囊內的細胞生長分化而來。每根毛囊裡面住著一群毛囊幹細胞，提供新的細胞給生長中的毛囊。毛囊幹細胞通常處在休眠狀態，但會在新一輪生發周期中迅速活化分裂。人毛囊幹細胞屬於成體幹細胞的一種，具有成體幹細胞的共性。
當相鄰部位受到損傷後，毛囊幹細胞可從原定位的隆突部中遷出並參與損傷部位修復，比如生發。
毛囊幹細胞
微環境的改變或許是成體幹細胞衰老的主要原因。德國科學家研究發現：在毛髮的再生過程中，低氧會促進組織微環境中的穀氨醯胺代謝轉變為糖酵解，從而維持毛囊幹細胞的數量。
毛囊是毛髮的基本單位，在每個毛囊內都住著一群毛囊幹細胞，毛囊幹細胞可以不斷的分化成其他細胞，促進頭髮的生長。就算掉了頭髮，只要有毛囊幹細胞在，就會有源源不斷的新頭髮長出。那麼，脫髮人群是由於毛囊幹細胞的減少所以才形成脫髮的嗎？
最近研究人員發現，原來毛囊幹細胞一直都在。脫髮人群的脫髮區域內仍然存在著許多毛囊以及毛囊幹細胞，和健康人的毛囊數量並沒有差別。但是這些毛囊幹細胞卻不再繼續工作，而是進入了「休眠」模式。
發表在《Cell Stem Cell》以及《Nature Communications》上的兩項研究就找到了幫助毛囊重新生長頭髮的方法，並且首次在培養皿內使得毛囊長出毛髮。
研究人員發現，在JAK-stat途徑中，一種叫做Trichophages的細胞通過分泌Onescatin M物質作用於毛囊幹細胞，讓它處於休眠狀態。通過JAK抑制劑可以有效的阻止Onescatin M物質的分泌，刺激毛囊幹細胞再度分化，重新打開毛囊的生長周期。
研究人員通過3D列印技術製作出了只有半毫米寬的超長超薄塑料模具，為毛囊細胞提供了適宜生長的微環境，並在培養皿中投入了喚醒毛囊幹細胞的JAK抑制劑。僅僅在三周後，培養皿內就出現了人體毛囊並長出了毛髮。
人的頭髮和體毛都是從毛囊中生長出來的，而毛囊幹細胞則是它們的來源。一種新方法能夠激活毛囊中的幹細胞使其促進頭發生長，或為後期研究人員開發新藥來促進脫髮或禿頂人群的頭發生長；脫髮的發生往往和多種因素直接相關，比如機體激素失衡、壓力、老化或化療等。那麼，究竟是什麼機制在調控這個休眠和活化的過程呢？
最新的研究發現，跟其它表皮細胞相比，毛囊幹細胞通過糖酵解代謝產生更多的乳酸鹽，這可能對它的活化很重要，因為沒有了乳酸脫氫酶的毛囊幹細胞會喪失活化能力。反過來，如果通過遺傳手段促進毛囊幹細胞的乳酸生產，則它們的活化以及毛髮再生循環加速。最後，研究人員們還發現，如果通過某些化合物小分子局部促進毛囊幹細胞的乳酸生產，也能達到誘導毛髮再生的效果。
負責生發的毛囊幹細胞通過維持不同的乳酸代謝狀態來保持休眠或快速活化增殖，同時也暗示人們，或許可以通過調節毛囊幹細胞的乳酸水平達到生發或不生發的效果。
Flores, A. et al. Lactate dehydrogenase activity drives hair follicle stem cell activation. Nat Cell Biol. 2017.
為了保護好自己的髮際線，科研人員一直在研究徹底解決脫髮的方法。毛囊幹細胞的活力是決定頭髮長短和生長周期的決定性因素。簡單地說，毛囊幹細胞產生毛囊，而毛囊產生毛髮。毛囊幹細胞是頭髮毛囊中的「長壽細胞」，在人的一生中都會持續的存在並分化，然而通常情況下毛囊幹細胞處於靜息狀態，並在靜息期不斷地「總結」激活劑和抑制劑，當激活劑佔主導地位時，將被快速激活進入生長期，這就是新頭發生長的開始。
換句話說，是外部因素對毛囊幹細胞的刺激決定了其生長還是衰退。
頭髮的生長周期
東京醫科齒科大學Hiroyuki Matsumura等人稱，脫髮是由DNA損傷誘導的COL17A1蛋白水解引起的。在毛髮周期中毛囊幹細胞如果收到「衰老」刺激，它們將完成自己的「生命」周期，並最終分化為表皮角質，然後從皮膚表面清除。
因此，改善毛囊幹細胞的外部刺激，是未來最有希望的改善脫髮的方法。
毛囊幹細胞的老化和脫髮的機制
美國科羅拉多大學的研究者通過對幹細胞的研究，發現Foxc1是「啟動」小鼠的毛囊幹細胞的轉錄因子，即在成年小鼠的毛髮生長周期，毛囊幹細胞周期性地在激活階段和靜止階段之間切換來維持幹細胞群體的穩定性，產生新的毛囊。通過操縱Foxc1在毛髮生長周期不同階段中的表達，或許就能調控毛囊幹細胞的生長周期。
Foxc1對毛囊幹細胞的調控
[1] Lei M , Chuong CM . Aging, alopecia, and stem cells. Science, 2016
[2] Matsumura H ， et al. Hair follicle aging is driven by transepidermal elimination of stem cells via COL17A1 proteolysis. Science, 2016,
[3] Wang L , et al. Foxc1 reinforces quiescence in self-renewing hair follicle stem cells. Science, 2016,
近日，在國際雜誌Genes and Development上的一篇報告中，研究者揭開了BRCA1在調節皮膚幹細胞存活上的一個新型角色。我們的DNA可以儲存遺傳信息，但是其會不斷受到損傷，如果沒有進行合理修復，DNA損傷便會導致細胞死亡，進而會導致組織老化疲憊，誘發基因突變，引發細胞無限增殖和癌症發生。Brca1是一個調解DNA修復的關鍵基因，其突變後會引發家族性或者散發性的乳腺癌和卵巢癌。
研究者揭示了Brca1在維持毛囊幹細胞上所扮演的新角色和發揮的關鍵作用。研究揭示，在表皮中剔除乳腺癌相關基因Brca1後，毛囊細胞就會表現出高水平的DNA損傷以及細胞死亡，這將誘導毛囊幹細胞增殖過度以及疲憊，從而引發毛囊變性。
相反，位於表皮中其他類型的幹細胞，其可以形成皮膚屏障以及皮脂腺，來維護皮膚因基因Brca1缺失後的正常功能，這就揭示了BRCA1在不同類型的成體幹細胞中不同需求。研究者表示，我們很驚奇地看到，不同組織中不同類型的細胞可以對於相同的基因剔除表現出不同的效應，就比如是對於DNA修復的關鍵基因。
BRCA1 deficiency in skin epidermis leads to selective loss of hair follicle stem cells and their progeny，Genes and Development
表皮幹細胞可以確保皮膚的動態平衡得到高效維持。毛囊隆突中的幹細胞負責毛囊再生和傷口癒合。它們產生一組異質性細胞——比如說這些細胞在其對內部和外部提示的反應能力方面就是異質性的。
研究表明，生物鐘通過調控毛囊隆突幹細胞對其微環境的反應能力來控制它們的激發狀態和異質性。這意味著，始終都會有一組「準備好了」的細胞來對激發刺激做出反應，同時防止該微環境內的所有幹細胞都變得具有響應能力。表皮幹細胞若受到擾動，會影響組織的長期平衡，並使組織容易生成腫瘤。
Peggy J et al., . The circadian molecular clock creates epidermal stem cell heterogeneity. Nature, 2011
為了保護好自己的髮際線，科研人員一直在研究徹底解決脫髮的方法。美國賓夕法尼亞大學的研究者分析了54名40歲至65歲男子的頭髮和頭皮組織。
結果發現，無論是脫髮還是沒有脫髮的頭皮組織中，毛囊幹細胞的數量都是相同的，所不同的是，脫髮頭皮組織中的毛囊幹細胞沒有產生讓頭發生長的源細胞，這表明毛囊幹細胞產生了缺陷，使頭皮無法長出頭髮。
Garza LA , et al. Bald scalp in men with androgenetic alopecia retains hair follicle stem cells but lacks CD200-rich and CD34-positive hair follicle progenitor cells. Journal of Clinical Investigation
一般而言，所有毛囊在小鼠出生時就已開始發育。毛囊幹細胞從何而來，如何形成微結構尚不清楚。毛囊來自於表皮，而不是微環境。毛囊幹細胞有多種標記物，主要包括CD34，還有轉錄因子Lhx2、Sox9、Tcf3、Nfatc1等。轉錄因子的表達開始於毛囊形成時期。在研究中，對毛囊幹細胞進行了分析。結果發現，慢周期細胞在皮膚發育早期就已經出現，並且表達幹細胞標記物，接著形成成體幹細胞。
毛囊幹細胞在毛囊形成最早期階段就發生分化，並且初期的幹細胞分化依賴於Sox9。更重要的是，早期的毛囊幹細胞對於3種皮膚上皮細胞系形成都有貢獻，一旦缺少這些細胞，毛囊和皮脂腺的正常形態發生就會受到阻礙，而同時上皮損傷修復也會被影響。
Nowak JA , et al. Hair follicle stem cells are specified and function in early skin morphogenesis. Cell Stem Cell
哺乳動物的毛皮裡含有豐富的毛囊，這些毛囊經歷著從生長到靜息的周期，並且每個毛囊幹細胞都能被調控分化成毛髮。在控制毛囊活動周期中，骨形態發生蛋白（BMP）及其抑制因子起中心作用。對那些剔毛後毛髮再生的小鼠來說，BMP2和BMP4都會調控各個毛囊中毛髮的生長，並與附近的毛囊進行協調。這一對信號分子符合對「chalone」的描述，「chalone」是50年前就有人假設的分子，用以解釋毛髮生長的模式。
這項工作對於癌症形成和幹細胞工程研究有參考意義，因為很多這類研究都假設小鼠皮膚在長時間實驗中都是均勻一致的。