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技术文章
一种新型防止脱发机制

来自科隆和赫尔辛基的一个研究小组发现了一种防止脱发的机制:通过改变毛囊干细胞代谢状态来留住头发。
研究小组由赫尔辛基大学和马克斯•普朗克老龄生物学研究所副教授Sara Wickström和皮肤科专家Sabine Eming教授(科隆大学)领导,题为 “Glutamine Metabolism Controls Stem Cell Fate Reversibility and Long-Term Maintenance in the Hair Follicle”一文现已发表在《Cell Metabolism》杂志上。

每天,皮肤和毛囊等组织都会受到紫外线等环境损害,不断移除和更新受损材料。平均每天有5亿个细胞和100根毛发脱落,相当于1.5克物质。死亡的物质由干细胞替代更新,干细胞具有特异性、高增殖性和长寿命。组织功能依赖于这些干细胞的活动和健康;功能受损或数量减少会导致衰老。虽然干细胞在衰老过程中的关键作用已被证实,但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,”Wickström说

为了了解是什么使干细胞在功能上不同于分化的子细胞,研究小组调查了两种细胞群体的转录和代谢情况。“有趣的是,研究表明干细胞和子细胞具有不同的代谢特征,”该研究的共同科学家Christine Kim博士说。“我们的分析进一步预测,Rictor是代谢主调节器mTOR通路中一个重要但相对未知的分子组成部分。

在更详细的分析中,研究小组发现干细胞的衰竭是由于代谢灵活性的丧失。在每一个再生周期结束时,在这个过程中,一根新的毛发被制造出来,干细胞将回到它们的特定位置并恢复一个静止状态。另一位共同领导科学家Xiaolei Ding博士解释说:“这项研究的关键发现是,‘命运可逆性’需要从谷氨酰胺代谢和细胞呼吸转向糖酵解

干细胞生活在一个氧气利用率低的环境中,因此利用葡萄糖而不是谷氨酰胺作为能量和蛋白质合成的碳源。这种变化是由低氧浓度和Rictor信号触发的。Rictor的去除削弱了干细胞命运逆转的能力,引发了,“年龄依赖性干细胞衰竭和年龄导致的脱发”。Ding和Eming最近建立了一个研究Rictor功能的基因小鼠模型,并观察到缺乏Rictor的小鼠毛囊再生和循环明显延迟,这表明干细胞调节受损有趣的是,随着年龄的增长,这些小鼠开始脱发,干细胞数量减少。

Eming说:“未来的一个主要目标将是了解这些临床前发现如何转化为人类干细胞生物学,并可能被用于药物治疗,防止毛囊老化。我们对谷氨酰胺酶抑制剂的应用能够恢复Rictor缺陷小鼠的干细胞功能的观察感到特别兴奋,这证明了修改代谢途径可能是增强组织再生能力的有力方法的原理。”

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