干细胞能否拯救濒危物种

[db:标签Tag]古以来,人们对美女肌肤的描写诗句数不胜数,所有女人对皮肤的要求也从来没有改变过,白净、白皙、细腻、紧致、润泽、弹性、白皙……更多的人是从宏观去关注皮肤的,而实际上皮肤从细胞学上的微观结构决定了皮肤整体的状态。

我们从细胞医学剖析皮肤美丽的因由——皮肤中的干细胞

在人类皮肤中,含有多种不同的成体干细胞,包括表皮干细胞、真皮干细胞、毛囊干细胞、造血干细胞以及内皮祖细胞等,这些细胞相互协调,可产生皮肤细胞谱系,发育并构建出完整的皮肤。皮肤中的不同的干细胞有着不同的任务。我们先从临床解刨细说皮肤基本结构及功能:表皮、真皮、皮下组织

表皮干细胞

表皮干细胞是各种表皮细胞的祖先细胞,来源于胚胎的外胚层,具有双向分化的能力。一方面可向下迁移分化为表皮基底层,进而生成毛囊;另一方面则可向上迁移,并最终分化为各种表皮细胞。表皮干细胞主要存在表皮基底层中,当然毛囊、毛囊间、皮脂腺也有。表皮干细胞属于未分化的干细胞,具有干性(自我更新和多向分化潜能)。通常时间,表皮干细胞处于休眠静止状态。

表皮干细胞可以说是皮肤健康(皮肤组织稳定),防御修复机制中的主力。要想皮肤好,表皮干细胞真真是需要高度关注的:

一、表皮干细胞工作正常使皮肤健康的基础

表皮从基底层到表面可分为五层,即基底层、棘层、颗粒层、透明层和角质层。每一层都有表皮细胞的参与,决定了皮肤是否能抵御阳光紫外线、冷热以及环境等外在刺激,是否足够细腻光滑(角质层、透明层、颗粒层),是否能正常补充皮肤营养(有棘层),是否能保护好真皮层,产生多或少的黑色素(基底层)。而维持表皮细胞的自我更新是表皮干细胞最基本的能力,在此过程中,表皮干细胞不断的更新分化,来维持表皮的平衡,所以要想皮肤健康、光泽,表皮干细胞一定要正常工作,发挥自我更新的作用。

二、皮肤受伤需要表皮干细胞修复再生

当皮肤受伤了(日光、烫伤、刀伤......),伤口会发出求救信号,这时候,表皮干细胞在皮肤表面逐渐上皮化,在伤口中心的上皮细胞可以和真皮细胞结合,具有更强的形成器官的可塑性,进行创伤的修复。而运用表皮干细胞的生物物学特性,将自体角质细胞的表皮干细胞进行培养,形成可供移植的表皮膜,将其作用于皮肤的损伤区域,可迅速使皮肤的屏障功能恢复。

三、表皮干细胞与医学美容应用

人类对美的追求永无止境,就如同胖子瘦子都把减肥挂在嘴上一样。因此,医疗美容、医疗整形领域的发展超速,因为表皮干细胞来源丰富、还具有免疫特性和同种异体移植的免疫优势,而且对于受体组织有高度的可塑性,也可以在受体组织中有效分化,融合力更强,所以在矫形损伤,整容医学有很大的空间。

四、表皮干细胞与化妆品安全有效性

目前欧盟化妆品法规中禁止使用动物实验对化妆品的安全性进行评价,因此动物替代实验的开发和探索逐渐受到了各国的关注。其中,构建体外皮肤模型以及利用细胞试验来评价化妆品和原料的刺激性及细胞毒性也是其中的研究热点。

真皮干细胞

真皮干细胞又叫真皮多能干细胞或真皮间充质干细胞( skinmesenchymal stem cell,SKMSC),具有自我更新和多向分化潜能。SKMSC是MSC中的一种类型,相比于表皮和毛囊,真皮也许是成体干细胞最大的储存器。

在表皮下层,占有大部分结构的是真皮层,厚度为0.2厘米左右,又可分为三层即乳头层、乳头下层及网状层等,大部分由蛋白质所构成,此部分蛋白质是同胶原蛋白及弹性蛋白(elastin)组成,其他则是神经、毛细血管、汗腺及皮脂腺、淋巴管及毛根等组织构成。

皮肤的致密性,饱满度,松弛和皱纹和真皮层密切相关,皮肤衰老与真皮胶原蛋白的含量和性质有关, 真皮结构改变是皮肤衰老的主要原因,而这真皮层中的真皮干细胞功不可没。

一、抵抗皮肤衰老,需要真皮干细胞勤奋工作

真皮干细胞具有多向分化潜能, 在一定条件下可分化为成纤维细胞,进而刺激胶原和弹力蛋白合成和分泌,让皮肤衰老的进程慢一些,再慢一些。研究真皮干细胞与皮肤衰老关系的研究人员发现,真皮来源的干细胞在环境改变的情况下将发生细胞衰老( cellular senescence)现象,并且这种现象最终将导致真皮干细胞自我更新能力的丧失。不同年龄的真皮干细胞对这种细胞衰老的过程具有不同的抵抗能力。

二、作为种子细胞,用于组织工程,发挥更大作用

作为种子细胞制备人工真皮, 用于全层皮肤缺失的移植,为皮肤创伤完全修复打下基础;利用其成骨细胞、软骨细胞的分化潜能, 用于骨组织工程。

三、真皮干细胞也可辅助毛囊再生

真皮干细胞能通过分泌一些促进毛囊生长的细胞生长因子如肝细胞生长因子、胰岛素样生长因子、血管内皮细胞生长因子等而促进毛囊生长, 可以用组织功能,也可以用于脱发人群。

四、皮肤损伤修复,也离不开真皮干细胞

真皮干细胞可分化为成纤维细胞参与损伤修复, 对创伤微环境的反应明显强于成纤维细胞和血管内皮细胞等组织修复细胞。

毛囊干细胞

毛囊干细胞(hair follicle stem cells,FSC)是毛囊中的原始细胞,人的头发和体毛都是从毛囊中生长出来的。不过,负责生发的毛囊干细胞通常处在休眠状态,但会在新一轮生发周期中迅速活化分裂。

毛囊是毛发的基本单位,而毛发是由毛囊内的细胞生长分化而来。每根毛囊里面住着一群毛囊干细胞,提供新的细胞给生长中的毛囊。毛囊干细胞也可以分化为皮脂腺,产生皮肤所需要的油脂。毛囊干细胞具有多重分化的潜能,能够分化成皮肤的表皮与皮肤的附属器,从而维持表皮的不断再生,使表皮的凋亡与再生处于大致平衡的状态。当表皮受到伤害时,毛囊干细胞移动到表皮的位置,并且分化成表皮细胞,修复伤口。毛囊干细胞还具有多方向分化潜能,可分化为脂肪、软骨、骨、血管平滑肌、神经元和神经胶质细胞等组织特异性细胞和造血细胞。

毛囊干细胞比起其他器官的干细胞更为容易取得。在我们拔下来的毛发当中,很有可能含有毛囊干细胞,于体外培养的技术,就可以进行大量的培养。从患者自身获取方法简单,数量极其可观,是最容易获得的干细胞来源之一。

一、毛囊干细胞会促进皮肤创伤修复

正常状态下,毛囊干细胞不参与皮肤表皮层的自我更新。但当皮肤受到创伤时,毛囊干细胞可被激活而迁移伤口边缘,来帮助伤口的修复和皮肤的再生。作为促进创面愈合的重要干细胞,毛囊干细胞在创伤修复过程中受到 Wnt、BMP、Notch 等多种信号通路调节,受到 LHX2、KLF4 等不同的转录因子的调控以及酶类、神经元等因素的干预。这样,不仅有利于毛囊干细胞在创伤部位的迁移、增殖与不同方向的分化,也可以通过基因修饰、诱导血管内皮细胞形成等方面使创面皮肤早期血管化,更能通过诱导使表皮和皮肤附属器官等皮肤主要结构再生,促进毛发再生和创伤后早期表皮修复。

二、毛囊干细胞可诱导和重建毛囊形成

毛囊干细胞不仅可以分化为毛囊上皮细胞,而且可以分化为皮脂腺细胞、表皮角质形成细胞,其分化过程是干细胞分化为短暂倍增细胞,最后分化为终末分化细胞。在毛囊干细胞所在的位置,有着黑色素干细胞。黑色素干细胞也会随着毛发的生长周期而活化及分化,最后随着毛发周期进入衰退期而随着基质细胞一起退化。当黑色素细胞活化后会开始分泌黑色素嵌入我们的毛发当中使头发看起来有颜色。

Wnt /β-catenin 是毛囊发育、再生循环的基本信号通路,使毛囊在再生过程出现着色一致的毛发。目前来说诱导和重建毛囊形成是组织工程皮肤最主要的目标之一,现在的脱发人群日益增加,因此保持浓密黑发是一直孜孜不倦的研发目标。

以上是在皮肤中存在的重要、主要的干细胞,了解皮肤里的干细胞,才能有可能明白皮肤各种状态的根源,从根源上去解决皮肤因为损伤,衰老而引起的各种问题,才可能研发更多的产品让皮肤如水如雪,更可能发挥皮肤干细胞的作用,为组织工程学贡献更多的力量。

参考文献

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