毛囊的体外培养及相关生长因子研究进展

・综述・论著毛囊的体外培养及相关生长因子研究进展STUDY ON CUL TURE OF HA IR FOLL I CL E IN V ITRO AND RELAT IVE GROW TH FACT ORS

屠军波　综述　杨壮群　审校

(西安交通大学口腔医学院颌面整形外科　西安710004)

毛发是人体非常重要的组织器官。毛发的生长部位、密度、质地、缺失等都有其重要的生理和美容方面的价值,有些分化的毛发,如眉毛、胡须、睫毛等还具有特殊的功能。因此,毛发在美容医学领域是相当重要的研究课题。近年来,有关毛发的基础研究取得了很大进展,现就毛囊的体外培养及相关生长因子的研究进展作以下综述。

1　毛囊的体外培养与重建

毛囊是控制毛发周期性生长的有意义结构,它是由上皮成分和真皮成分组成的。上皮成分包括内皮根鞘(IRS)和外皮根鞘(ORS);真皮成分包括毛乳头(D P)和真皮鞘(D S)。毛囊的发育是由表皮细胞及其下方的间质相互诱导形成的,其形态发生可人为的分为8个阶段〔1〕。大多数哺乳动物的毛囊具有三个阶段的循环周期:生长期(anagen)、退行期(ca tagen)、休止期(telogen)。毛囊的周期性变化受多种因素的调控(如生长因子、细胞因子、皮质激素、表-真皮间相互作用、药物等),同时也决定着毛发的生长。毛囊体外培养与重建对阐明毛囊生物学有重大意义,毛囊生长发育的相关生物学因子在毛囊体外培养的实验中有不同作用,此类实验为认识毛囊、发现病因、治疗疾病、整形美容等打下了坚实的基础。随着毛囊组织工程学的不断成熟,其临床上将会有广泛的应用前景。

111　胚胎鼠皮肤重建毛囊　最初的毛囊培养与重建是将未分化毛囊的胚胎鼠皮肤(整片或游离细胞)进行培养,可见毛囊样结构,但这些皮胚维持毛发生长的能力随着培养时间以及胎龄的增加而减弱,如果培养超过一周则毛囊细胞将退化死亡,故而无法详尽观察外界因素的影响。

112　离体有毛皮片的培养　1980年前后,随着细胞培养技术的发展〔2〕,组织培养技术日趋成熟。L e ighton、Hoffman、L i等对有毛皮片进行气液界面培养(即三维培养),较为成功,为研究某些促进毛发生长的药物提供了模型。但是由于皮片整体细胞大量增殖的影响,不能详尽的分析单个毛囊的生长情况〔3〕。

113　游离毛囊的器官模型培养　随体外乳头细胞和外毛根鞘细胞相继培养成功,1990年Ph ipott等〔4〕首先成功地培养了游离的人头皮毛囊。解剖分离出无损伤的生长期毛囊,将其置于W illi am s E培养基中,前四天增长速度为013mm 日,接近体内生长速度。此法可用于观察单个毛囊的生长规律,并可加入相关因子及药物进行研究。

114　毛囊重建　毛囊重建是将游离的毛囊、培养过后的毛囊或毛囊芽的悬液置于生物活性基质上或基质中,重建毛囊或有毛的皮肤。O liver〔5,6〕、Jahoda7〕通过部分切除与移植实验说明毛乳头在毛囊再生中有诱导作用;Rogers〔8〕用裸鼠所做的移植实验证明了游离毛囊细胞体内重建毛囊是成功的。W e i nberg〔9〕认为,真皮细胞存在着能使毛囊芽生长毛发的基本因子,在诱导不成熟毛囊发育成为成熟毛囊的过程中,真皮成分是必需的;而在成熟一些的毛囊中,本身就包含了这些成分。后来证明,这些成分为上皮形成素。

目前,成熟毛囊重建毛囊的数量极为有限,操作复杂,应用中难以满足要求;体外毛囊器官模型诱导出毛发尚无报道;真正具有胚芽生发作用的毛母质细胞体外培养难以成活;毛囊干细胞在毛囊生长更替中起重要作用,但有关它的定位还不清楚,仍为“隆突激活假说”。因此,毛囊组织工程学研究有待于进一步发展。

2　影响毛囊培养及生长的相关生长因子

211　生长因子的作用机理及分泌方式〔10〕

21111　生长因子的作用机理尚不十分清楚,一般认为生长因子与细胞上相应受体结合后导致受体构象的变化和一些蛋白激酶的激活,将信号传导至细胞核,对细胞生长进行调控。生长因子的信号传导机制涉及到酪氨酸、丝氨酸和苏氨酸残基的磷酸化和转录因子的激活等复杂的相互作用,特别是酪氨酸的磷酸化具有非常重要的意义。

21112　生长因子的分泌方式:①自分泌:细胞同时产生同一生长因子及其受体,如TGF-Β、EGF和PD GF等。②旁分泌:一种细胞的生长因子作用于另一种含其受体的细胞,如成纤维细胞分泌的KGF作用于角质细胞,而成纤维细胞不含其受体。③近分泌:与旁分泌相似,分泌细胞与受体细胞连接紧密,生长因子从细胞释放后,立即直接作用于其受体细胞。④内分泌:生长因子经过管道作用于一定距离的细胞,如IGF。

212　促进毛囊生长的生长因子

21211　肝细胞生长因子(HGF):HGF是一种多功能多肽,可刺激各种上皮细胞、黑素细胞和内皮细胞的生长及其功能。亦有研究表明HGF对毛囊的上皮成分毛乳头细胞和真皮部分毛球内的角朊细胞均有重要的刺激作用。J i ndo等〔11〕

453中国美容医学2001年8月第10卷第4期　Ch inese Journal of A esthetic M edicine.A ugust.2001,vo l.10,N o.4

报道在新生小鼠触须毛囊体外培养实验中10Λg m l HGF可明显促进毛发生长和D NA合成量增加。我国范卫新等〔12〕研究当HGF浓度增加到1Λg m l～10Λg m l,促生长作用达高峰。

21212　角朊细胞生长因子(KGF):KGF(即KGF-7)是从成纤维细胞中纯化的,从结构分析是成纤维细胞生长因子(FGF)家族的成员,但其专一靶细胞是表皮细胞,刺激所有皮肤内的表皮基本单位包括头发毛囊、皮脂腺、汗腺生长〔10〕。LaRochelle等〔13〕发现毛囊中含有KGF受体;Ca ther i ne等〔14〕认为KGF可以保护生长期和休止期毛囊免受X射线损害,增加毛囊存活率达14%。前期研究表明KGF尚能保护毛囊角质形成细胞免受细胞周期特异性化疗药阿糖胞苷、5-Fu和甲氨蝶呤引起的损伤。

21213　胰岛素样生长因子(IGF)　IGF家族有两个成员即IGF-1和IGF-2,受体分别是IGFR-1和IGFR-2。GIF-1和IGF-2都可刺激培养的角朊细胞增生。Barkan等用免疫组化法证实IGF-1存在于鼠毛囊及真皮纤维细胞内。Ph illpott 等〔15〕研究发现IGF-1和IGF-2皆可显著刺激毛囊生长,以IGF-1显著。

21214　血管内皮细胞生长因子(VEGF)　VEGF是一种肝素结合蛋白,对内皮细胞是有利的促生长剂。Lachgar等〔16〕从毛乳头条件培养基中分离出VEGF。后又发现雄激素可抑制头皮毛乳头细胞表达VEGF,使毛囊生长期缩短。这可能是雄激素性脱发的原因之一。Gold man〔17〕等发现斑秃患者毛囊中VEGF的表达减弱或消失。范卫新等〔18〕亦证明VEGF 在毛囊培养的早期有促毛发生长作用,且与HGF有协同作用,机制尚不完全清楚。

21215　表皮生长因子(EGF)　EGF是最早发现的生长因子之一。成熟的毛囊外皮根鞘(ORS)内有EGF和大量的EGF 受体存在,而EGF对毛囊的作用较为复杂。体内实验证明EGF能抑制小鼠毛生长,注入羊体内则可抑制羊毛生长并且引起羊毛脱落。EGF对游离毛囊有促进作用,主要是促进毛囊上皮的生长并且诱导毛囊提前由生长期进入退行期〔19〕。Α-转化生长因子(TGF-Α)与EGF有同一受体,对毛囊影响类似。

21216　其他生长因子　如神经生长因子(NGF)在毛囊发生初期有重要的促进作用。Na ta li a等〔20〕发现NGF促进新生胚胎鼠皮片三维培养的毛囊形态发生。最近报道〔21〕成纤维细胞生长因子-5S(FGF-5S)大量存在于毛囊生长期的后半期(the la tter ha lf of anagen),其作用可能是抑制毛囊进入休止期(ca tagen)。

213　抑制毛囊生长的生长因子

21311　转化生长因子Β(TGFˉΒ)　TGFˉΒ是一个新的生长因子家族,它的一个显著特点是可逆的抑制多种细胞的生长,特别是来源于外胚层的细胞,如角化细胞和白细胞〔10〕。TGFˉΒ以TGFˉΒ1、TGFˉΒ2和TGFˉΒ3三种形式存在于真皮乳头及毛囊内,体内功能不详。在体外实验中,已证明TGF-Β对培养毛囊的抑制作用呈剂量依赖性,而利用转基因小鼠证实TGF-Β可以影响角化过度及使毛囊数量减少。Tsuto m u等〔22〕证实TGF-Β诱导体外的毛囊细胞由生长期进入退行期。Ru m io等〔23〕发现人生长期毛囊表达C-m yc基因。TGF-Β能使培养的角化细胞C-m yc基因表达减少,而细胞分裂需要C-m yc蛋白〔10〕。

21312　肿瘤坏死因子Α(TNF-Α):TNF主要由巨噬细胞产生,T细胞和NK细胞也可分泌。Ph ilpott等〔24〕研究表明TNF-Α可抑制毛囊生长,使毛乳头聚集和毛基质前皮质细胞异常角化。在毛囊无血清培养基中加入TNF-Α发现其明显抑制胸腺嘧啶摄取量。Tsuto m u〔22〕发现毛球周围被激活的T 细胞分泌的TNF-Α可能导致基质细胞凋亡,具体机理不详。21313　碱性纤维细胞生长因子(bFGF):Perters〔25〕发现bFGF的高亲和受体,不仅存在于表皮基底的角朊细胞,而且同样存在于毛囊球部细胞和真皮乳头细胞。du Cros〔26〕将bFGF注射到新生鼠皮肤内可影响毛囊的发生,随之又延缓毛发的生长。

21314　成纤维细胞生长因子-5(FGF-5):FGF-5基因产生两种蛋白,一种是短的FGF-5S蛋白,另一种是长的称为FGF-5蛋白。二者在毛囊生长周期中的作用恰恰相反;FGF-5S如前所述,而FGF-5则在毛囊休止期聚集在真皮乳头周围,说明FGF-5有诱导毛囊进入休止期的作用〔21〕。

3　问题与展望

311　一种生长因子对各种靶细胞有多种作用,如EGF的靶细胞有上皮细胞、内皮细胞、成纤维细胞等;而一种靶细胞可受多种生长因子作用,如EGF、TGF-Β、TNF等都对内皮细胞有作用。

312　生长因子间具有协同和抑制作用:如前述的HGF和VEGF有协同作用;而PD GF则可降低bFGF与其受体的亲和力。

313　生长因子浓度不同,生物学效应也不尽相同,如TGF-Β对毛囊生长抑制呈剂量依赖性;且许多生长因子需持续应用才能维持效应,如EGF。因此临床应用时尚需考虑使用缓释技术及选择性介导技术(如脂质体包裹)等。

总之,毛囊重建器官模型在实际应用中仍存在一些缺陷,生长因子在这些模型中的应用也仅从实验条件出发,与体内实际情况有一定差距,其结果仅为组织工程学奠定基础,为临床应用提供参考,为研究药物起引导和促进作用。但是毛囊组织工程学和生长因子未来的发展前景是显而易见的。

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中国美容医学2001年8月第10卷第4期　Ch inese Journal of A esthetic M edicine.A ugust.2001,vo l.10,N o.4