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干细胞是一类具有自我更新和分化潜能的细胞 ， 是肿瘤、移植和心血管疾病及其他恶性疾病研究或治疗的重要手段 。
在一项新的研究中 ， 来自日本理化学研究所的研究人员通过提供一种动态的四维图谱 ， 解释了包括成体毛囊干细胞（hair follicle stem cell）在内的各种毛囊细胞的起源和发育 ， 从而解开了毛囊发育的过程并为人们摆脱脱发烦恼指明方向 。
在之前一期的《Nature》期刊中 ， 标题为“Tracing the origin of hair follicle stem cells”的文章以四维图谱的形式 ， 倒推出由毛发到毛囊的逆生长过程 ， 从而为对症施治提供依据 。 论文通讯作者为日本理化学研究所生物系统动力学研究中心的Hironobu Fujiwara博士 。
在全世界范围内 ， 有高达十亿男性、女性甚至儿童饱受脱发的困扰 。 与此同时 ， 据国家卫健委统计 ， 我国有超2.5亿人脱发 ， 平均每6人当中就有1人饱受脱发困扰 。 更令人遗憾的是 ， 尽管受脱发困扰的群体如此之大 ， 但目前并没有很好解决脱发问题的治疗方法 。
Tracing the origin of hair follicle stem cells”论文中描述：结合成像和基因表达分析发现 ， 形成毛囊的盘状结构中细胞呈同心圆排列 ， 这预先决定了它们在成熟毛囊中的最终命运和位置 。 这一发现提高我们对毛囊发育的理解 ， 未来的研究可能揭示再生毛囊的方法 ， 最终可用于治疗脱发 。
像我们身体的其他成体组织一样 ， 毛囊是由成体组织干细胞（即毛囊干细胞）再生的 。 但毛囊干细胞的发育起源在很大程度上没有得到探索 ， 因为缺乏识别和跟踪每个细胞谱系的标志物 。
在这项新的研究中 ，Fujiwara及其研究团队克服了这个问题 。 该团队让从小鼠胚胎中提取的皮肤样本在体外进行培养 ， 制作了数天内毛囊发育的延时视频 。 逆向播放这些视频使他们能够追溯到已发育的毛囊中的细胞命运 ， 并追溯到它们的最早起源 。
Fujiwara团队看到了类似于圆靶（dartboard）的东西 。 称为基板（placode）的原始毛囊上皮中的细胞根据其未来的命运以同心的方式排列 。 位于圆靶中心的细胞形成了毛囊的底部 ， 而外边缘的细胞则停留在皮肤表面 。
他们还在毛囊发育的不同时间点进行了单细胞基因表达分析 ， 并重建了细胞谱系信息 。 该分析与成像数据一致 ， 加强了毛囊干细胞起源于早期基板外环的一个特定区域的观点 。
多种细胞的增殖导致基板上的二维同心圆环转变为一系列圆柱形隔间 ， 这些隔间的排列就像可伸缩望远镜的组件 ， 这使得这些作者将这种发育过程称为望远镜模型（telescope model） 。
Fujiwara说 ， “这项研究提供了一种正常毛囊发育的路线图 ， 详细描述了整个细胞谱系的细胞动力学和基因表达变化 。 ”
研究团队发现 ， 在早期的基板结构中 ， 毛囊干细胞组织成同心圆的形状 ， 就像是箭靶一样 。 这样 ， 最中心的细胞形成了毛囊的底部 ， 而基板的外部边缘的细胞则停留在毛囊之间的皮肤表面 。
随着时间的推移 ， 这些细胞的增殖和运动使毛囊从基板向下生长成完全发育的毛囊 ， 这就像一个可伸缩望远镜的延伸 。 因此 ， 研究团队也将这种发展称为“望远镜模型” 。
实际上 ， 在自然界中 ， 生物从平面上形成圆柱形或其他3D形状的附肢（如腿和触角）的例子并不鲜见 ， 最早科学家在果蝇身上第一次描述了这种现象 。 因此 ， 尽管这也许不足为奇 ， 但令人兴奋的是 ， 这种“望远镜机制”在物种间进化上似乎是保守的 。
值得注意的是 ， 在毛囊发育过程中干细胞的出现进一步增加了这个系统的复杂性 。 在成年动物身上 ， 这种细胞储存在上部毛囊的突起部分 ， 对于使毛囊在毛发周期的生长阶段扩张至关重要 ， 这是动物一生中正常组织更替的一部分 。
不仅如此 ， 这些干细胞甚至可以修复表皮其他部分的损伤 。 之前的研究也通过对转录因子SOX9的追踪证实毛囊干细胞在早期基板的起源 。 这表明 ， 当基板开始向下延伸时 ， 凸出的干细胞前体就会产生并保持在基板的表面 ， 然后最终在凸出区域定植 。
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