ASCBAM:陳明衝等預測毛囊幹細胞再生機制

2021-01-15 生物谷


根據2011年12月7日在美國丹佛市召開的美國細胞生物學協會年會(American Society for Cell Biology Annual Meeting)新聞，美國南加州大學(University of Southern California)醫學博士和哲學博士陳明衝(Cheng-Ming Chuong)說，人頭髮或者頭髮丟失是喚醒人身體每個毛囊中幹細胞的激活物和讓它們休眠的抑制物之間終生拔河的結果。

基於去年四月《科學》(Science)雜誌報導的研究，陳明衝和他的同事們與英國牛津大學數學家菲利普-邁尼(Philip Maini)博士和露絲-貝克(Ruth E. Baker)博士合作使用一種「細胞自動機(cellular automaton)」模型來描述毛囊的群體行為。

使用這種預測性模型，研究人員發現，人每個成體毛囊在沒有大環境(macro-environment)中附近毛囊的幫助下能夠依靠它的內在性促進生長的信號。相反，兔子和小鼠毛囊的生長依賴於來自周圍毛囊的信號。

這個細胞自動機模型是由正常的數學自動機網格組成的，其中每個自動機代表著一個毛囊而且該毛囊處於它的四個周期性階段之一。每個自動機周圍是8個自動機，它們都是一個毛囊的鄰居。

根據決定人頭皮或者動物毛皮上頭髮是否涉及稱作毛髮生長階段(anagen phase)的生長浪潮或者仍然處於毛髮休止階段(telogen phase)的規則，每個細胞自動機狀態發生變化。在合適的條件下---冬季或者有機體生命中一個新的生理階段，如青春期---，一個集體性再生浪潮席捲皮膚，激活單個毛囊中的毛幹細胞及其前面成十上千的那些幹細胞。

在其他季節或生命階段，單個毛囊可能被它們大環境中的抑制物一直封鎖於靜止階段。抑制物水平部分是由皮下脂肪組織和中央內分泌系統調控的。這些多重調控層次在讓毛幹細胞保持靜止狀態的抑制性骨形態發生蛋白(bone morphogenic protein, BMP)信號傳導和喚醒它們的激活性Wnt信號傳導之間構建平衡。

陳明衝發現生長浪潮在兔子中穩健擴散，在小鼠中逐漸擴散，在人皮膚中則是隨機性生長同時伴隨著毛囊丟失。這些數據提示著一種新的治療雄激素源性脫髮(androgenic alopecia)---在老年男人中一種最為常見的脫髮---的方法：改善它們的環境而不是移植幹細胞可能更容易讓毛囊在此生長。

陳明衝說，細胞自動機方法取得的成功可能能夠應用於多種生物學模型形成環境，包括傳染病的擴散或者發育中大腦的神經網絡形成。

陳明衝和他的同事們確定毛幹細胞簇之間的間隔是非常重要的。因為兔子擁有複雜的毛囊(一個毛囊有多根毛髮)，它們的幹細胞緊密偶聯在一起，它們的毛皮再生如此之快以致於這些模型類似於快速變化的分形。陳明衝說，人毛髮偶聯非常低，這可能是由於人進化的結果。(生物谷Bioon.com：towersimper編譯)

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