毛囊各种细胞的生物学特性

毛囊的显著特点是周期性生长，处于生长、退化和休止周而复始的循环之中，因而毛发也表现出周期性脱落。这是由于毛囊的真皮细胞和上皮细胞相互作用、激素调节等影响的结果。而毛囊真皮成分的细胞是控制毛发周期性生长的基础，毛囊干细胞则是毛囊发育、再生的源泉。

一、毛乳头细胞

毛乳头是不连续的洋葱状间质结构，呈水滴形，具有以下特点：①毛乳头内细胞数量在一生中或毛囊生长周期中是不变的，见不到有丝分裂相；②毛乳头的细胞外基质属基膜型ECM，呈均一的絮状物，富含蛋白聚糖、弹性蛋白、层粘连蛋白（Laminin）、纤维粘连蛋白（Fibronectin）、Ⅳ型胶原，还有填隙性胶原纤维；③在毛囊周期中有ECM特征性和数量上的变化，硫酸软骨素在生长期时极为丰富，退化期则消失；④毛囊生长期中毛乳头内的细胞含有丰富的细胞器，提示蛋白合成活跃；⑤在休止期，毛乳头内的细胞胞质和细胞器少，ECM缺乏，以至毛乳头变得紧凑，体积减小，尤其是蛋白聚糖（如6－硫酸软骨素、多能聚糖）含量显著减少。

毛乳头内主要是毛乳头细胞，少量血管内皮细胞。体外培养的毛乳头细胞在形态特征上和生长特性不同于真皮成纤维细胞。①细胞较大，呈扁平多角形，一般有两极及多个短突起，细胞内有很多颗粒和条纹，传5～7代后这些颗粒和条纹逐渐消失，梭形细胞增加；②组织块法培养时，呈放射状从毛乳头向四周生长，增生能力低，生长相对缓慢；③显著特征是融合后的细胞会出现凝集性生长，形成多层化细胞团块。其生物学作用有：一是保留有诱导毛囊形成和毛发生长的能力，尤其是前5代细胞，毛乳头是目前已知的唯一具有诱导能力的胚胎组织，当它或其细胞团重新植入已切除了下部毛囊的毛囊底部时能诱导出毛囊再形成和毛发生长，用KC条件培养基、FGF－1和FGF－2能够维持毛乳头细胞的这些特性达到70代，因而有人认为它是一种胚胎干细胞。二是其凝集能力与细胞外基质尤其是蛋白聚糖（如多能聚糖）有关，木糖苷抑制硫酸软骨素蛋白聚糖（chondroitin sulfate proteoglycan，CSPG）的碳链延长后也会抑制凝集性生长，组织化学染色表明体内和体外培养时毛乳头能为阿新蓝（AB）、甲苯胺蓝（toluidine blue）和PAS染成强阳性，具有甲苯胺蓝的异染性，PAS阳性物质不能抵抗淀粉酶的消化（表9－1），说明毛乳头细胞体外培养时仍能合成和分泌中性和酸性黏多糖，尤其是在细胞聚集区和多层化细胞团内有丰富的细胞外基质。三是与真皮鞘细胞一样，有大量的α－平滑肌肌动蛋白，但真皮鞘细胞活体内本身就有表达，而毛乳头细胞在体内不表达。四是能产生基膜型细胞外基质。五是毛乳头细胞内分离得到了干细胞的基因，郝飞等筛选到与造血干细胞相关的2个基因（HSPC011和HSPC016），近来还证明毛乳头细胞具有干细胞的特征，能够分化形成脂肪细胞、成骨细胞，毛乳头细胞与真皮鞘细胞能够产生红细胞系、髓细胞系的细胞，是髓外造血干细胞的一个潜在来源。另外，有些特征是与毛囊类型和种属有关的，如雄激素受体。

表9－1　毛乳头细胞和真皮鞘细胞组织化学和免疫组化特征标记鉴别表

毛乳头细胞能合成和分泌许多重要的细胞因子，如VEGF、HGF、IGF－Ⅰ、KGF、TGF－β、bFGF、IL－1和IL－6等。我们通过原位杂交发现毛乳头细胞还表达bFGF和内皮素－1的mRNA。

二、真皮鞘细胞

真皮鞘细胞在胚胎发育、形态学和生物学行为等方面与毛乳头细胞紧密相关，是毛乳头细胞的储存库，活体内毛乳头切除后它可以增生并转变成毛乳头细胞，形成新的毛乳头，以维持原来毛囊的大小、形态。培养的真皮鞘细胞形态上是典型的成纤维型细胞，增生较快，两个极，有2个较长的突起，胞体较真皮Fb大，也具有凝集生长的特征。富含α－平滑肌肌动蛋白，体内真皮鞘为阿新蓝、PAS阳性，培养的真皮鞘细胞为阿新蓝阳性，没有甲苯胺蓝的异染性，说明只含有酸性黏多糖。

三、毛囊上皮细胞

（一）毛囊干细胞与隆突激活假说

表皮中大约含10%表皮干细胞，其中大部分在毛囊隆突部。Cotsarelis、孙同天和Lavker提出的隆突激活假说（bulge－activation hopythesis）认为，毛囊干细胞定位于在隆突部，从解剖学上有3个优势：①隆突部的细胞是毛囊的恒定部下端，易于与上移的毛乳头作用，诱导出新的毛囊周期；②隆突部是立毛肌的附着点；③隆突部是一个血管丰富的地方。干细胞（stem cell）具有以下特征：①从生物化学和超微结构方面来看，它是极未分化的细胞；②增殖潜能巨大，足以维持组织的再生和长期的动态平衡；③具有正常慢循环性（slow－cycling），以保证其增殖潜能和减少DNA复制时出现错误；④能被一些刺激因素（如受伤、某些生长因子）刺激，从而产生一过性增殖；⑤定位于快速增生细胞群（相当于短暂倍增细胞，the transient amplifyingcells，TA cells）的附近，由干细胞→TA细胞→终末分化细胞（terminally differentiated cell）的方向分化；⑥处于很好的保护之中，供血丰富，受神经支配。其中，最具有鉴别性的特征是慢循环性，可以反复用3 H－TdR标记出来而不容易被稀释，称为保留标记细胞（label－retaining cells，LRCs）（图9－1）。

本假说主要阐明了以下4个方面的内容：①在静止后期或生长早期（anagenⅡ），上移的毛乳头细胞通过分泌细胞因子或细胞间的相互作用激活隆突部的干细胞，导致其分化，毛囊得以向下生长，并推动毛乳头离开隆突部；②在生长中期，毛母质细胞激活毛乳头，毛乳头细胞突发增殖，其中一些增殖的细胞是内皮细胞，用以血管化，激活后的毛乳头体积增大，显得比较松散；③毛母质细胞是TA细胞，是一种增殖潜能有限的细胞，最终会衰竭而变成终末分化细胞；④毛乳头上移是毛囊干细胞激活的关键因素，在退行早期，毛乳头紧密聚集，与退化毛母质之间距离增加，但仍通过上皮索或鞘相连，可将毛乳头向上拉移，这种上移作用对下一轮隆突部细胞的激活尤其重要。

图9－1　隆突激活假说解释毛囊周期性生长

而一些没有毛囊的皮肤（如猴掌上皮），研究者认为位于钉突深处的非锯齿状基底角质形成细胞，角膜干细胞位于角膜周围的角膜缘基底细胞中。同时隆突激活假说又进一步明确提出了隆突部的细胞能向毛母质细胞、皮脂腺细胞和表皮基底细胞3个方向分化，毛母质细胞进而分化出髓质、皮质、鞘小皮等；而且毛乳头细胞在适当信号的诱导下可诱导表皮基底细胞形成毛囊。因表皮、皮脂腺和毛囊有一个共同的干细胞来源，可称为表皮－毛囊－皮脂腺单位（epidermopilosebaceous unit）。

（二）表皮干细胞的分化方向

表皮细胞有3种状态，即干细胞、短暂倍增细胞和终末分化细胞。干细胞的分化主要有2种机制，一是不对称分化，即干细胞分裂后其子代中的一个仍保留干细胞特征，另一个离开干细胞龛位，定向分为短暂倍增细胞，经过几次扩增后分化为终末分化细胞，也就是说干细胞具有高度的自我更新能力，而短暂倍增细胞仅有低的自我更新能力；另一是细胞亚群不对称分化，一些干细胞分裂形成2个子代干细胞，另一些干细胞分裂成2个子代分化细胞。在哺乳动物的表皮中，一般是认为它的分裂方式是通过亚群不对称来实现的。

尽管毛囊隆突部干细胞可以分化成表皮上皮的所有细胞系，很可能是在一定条件下它只分化成一种（或一套）细胞系，而局部特殊的位置或是细胞的微环境决定了细胞分化方向的选择。在合适的间质刺激因子的诱导下，毛囊间表皮干细胞能够分化成毛发和皮脂腺的细胞系。毛囊隆突部干细胞、毛囊间表皮干细胞及皮脂腺干细胞三者之间的关系，Watt教授提出了如下2种模式图（图9－2）。

图9－2　毛囊干细胞分化

在模式1中毛母质被认为是祖细胞，而模式2中毛母质被认为是干细胞，隆突部干细胞可转化为毛母质干细胞，但毛母质干细胞是否能转化为隆突部干细胞，目前没有证据。

（三）定向分化的选择

干细胞的微环境（常称为龛位，nich）决定着干细胞子代细胞的分化途径，由细胞外基质、弥散的细胞因子（生长因子、细胞因子和形态发生素）、相邻细胞的直接接触、氧和营养供应，甚至机械刺激因素（如拉伸力等）组成。

（四）干细胞分化的控制因素

已知多条信号通路在调节表皮生长和分化中起关键性的调节作用，包括NF－κB、Wnt／β－catenin（连环蛋白）和Sonic hedgehog（Shh）／Patched，其中Wnt／β－catenin对毛囊的发育形成非常关键，β－catenin是毛囊基板形成中最基本的信号分子，是tabby／downless（Wnt）的下游分子，为bmp／shh的上游分子，是毛囊发育形成后决定毛囊干细胞分化方向的重要分子，当缺乏β－catenin时毛囊干细胞不会向毛囊KC分化，而是向表皮分化，用dickkopf1抑制Wnt信号活性，皮肤的基板则不能形成，也不能产生胚芽，毛囊、牙齿和乳腺的发育均被阻断。Wnt家族成员中Wnt3a和Wnt10b表达于毛囊基板细胞，异常的Wnt3a可导致毛发短缩，Wnt4作用于上皮－间叶细胞的相互联系，Wnt5a调节真皮层的形成，Wnt7a调节细胞发育的极性。Wnt10b是基板表达最早和最显著的分子，经其处理后的原始表皮细胞显示出向毛干和内根鞘分化的特征。

整合素β1是维持表皮干细胞特性的重要分子，整合素β1的减少会促进KC脱离干细胞巢，并且与MAPK（有丝分裂原激活蛋白酶联反应）的活性降低相一致，说明整合素β1和MAPK的协同作用具有维持体内干细胞巢的作用。