Nature：华人学者续干细胞神话
生物谷报道：来自南加州大学Keck医学院（Keck School of Medicine，生物谷注），英国牛津再生系统生物学中心等处的研究人员发现了毛发再生过程中调控干细胞活性的新机制，这对于干细胞研究，以及对于理解再生过程中干细胞活性是如何受到调控的意义重大，而且也打开了毛发再生调控，以及最终的器官再生调控的一个新尺度。这一研究成果公布在昨天出版（1月17日）的Nature杂志上。
领导这一研究的是Keck医学院首席科学家，病理学教授钟正明博士，其早年毕业于中国台湾大学医学院，赴美后读取纽约洛克菲勒大学博士，任教南加大15年，其研究项目一直得到美国保健协会(NIH)和国家科学基金会的支持。他曾经从师于诺贝尔奖获得者G.M.Edelman，迄今为止在Nature、Science等杂志上发表了很多篇学术论文。
钟教授表示，“从理论上而言，这一研究成果对于干细胞研究，以及对于理解再生过程中干细胞活性是如何受到调控的意义重大”，“这项研究代表着毛发再生调控，以及最终的器官再生调控的一个新尺度。”
毛发是一种研究器官再生的重要模式，因为这种组织是少数几个能规律性再生的器官之一。近期在这一领域的研究结果表明毛发循环是研究器官再生的主流模式之一，但是这些工作大部分只集中在一个单毛囊（hair follicle，生物谷注）上的循环再生。
钟教授认为，“我们都知道有成千上万的毛囊，在我们的这项研究中，则主要分析作为一个器官群体的循环再生行为。”
研究小组发现毛发，即使是正常小鼠中的毛发，并不是以个体为单位，而是波浪式再生的，这说明毛发干细胞不仅受到一个毛囊中微环境的调控——之前的研究认为，也被邻近的毛囊，其它的皮肤区间，以及系统激素，有等级的进行调控。
在分子水平上，这些发现表明皮肤宏观环境（macro-environment，生物谷注）下，Bmp（骨形态发生蛋白，BMP能诱导未分化间充质细胞不可逆地分化形成骨和软骨，在骨折愈合和骨修复过程中发挥着重要作用，生物谷注）的周期性表达在同等毛发干细胞活性机制中占据关键地位。当许多毛发再生的时候，毛发必须在它们其间交换活性信号，在宏观环境的不同时间位点，这些干细胞活性受到抑制或者促进。
“我们的研究表明干细胞形成新的组织或者器官——比如新毛发的形成——如果是处在一个促进的宏观环境里，就会更加健康”，文章第一作者，一位博士后研究员Maksim Plikus表示，“我希望我们的研究能吸引更多对于毛囊作为哺乳动物生理性再生的一种模式的关注，以及增加以干细胞治疗为目的的成人干细胞的来源。”
钟教授补充道，“这项工作对于利用小鼠皮肤作为肿瘤生长以及药物递送的一种模式也具有重要意义”，“许多这方面的研究都认为小鼠皮肤是一种稳定，及具有参照性的实验模式，但是结果中也会出现突变，对于这一活体小鼠皮肤的动力学理解将有助于研究人员的实验设计。”
干细胞生物学被1999年美国《科学》推举为二十一世纪最重要的十项科学领域之首，使浩大的、被誉为是与阿波罗计划、曼哈顿计划并列人类
这其中里程碑式的研究成果就是日美科学家同天宣布利用基因重组技术，向皮肤细胞中植入4个基因，将人体皮肤细胞改造成几乎可与胚胎干细胞相媲美的干细胞。理论上看，这项研究首次证实了人类已分化的体细胞同样可以被“重新编程”转化为类胚胎干细胞，从而成功避开长期以来争论不休的伦理问题，有望大大推动与干细胞有关的疾病疗法研究。
但是，日本和美国的发现都有局限。日本研究小组向皮肤细胞中植入的4个基因中，有一个是与癌症相关的基因。美国研究小组虽然没有使用这个基因，但是其研究中用于搬运基因的“慢病毒”也会改写染色体的遗传信息。这些风险使得两个研究小组的成果离临床应用还有一段距离。
因此各国都在积极改进研究方法，比如12月6日日本京都大学的研究小组通过改变培养环境而摒弃了那个与癌症有关的基因，提高了这种干细胞技术在临床应用中的安全性。12月7日，美国怀特黑德生物医学研究所的科学家在《科学》杂志上说，他们利用皮肤细胞改造而来的干细胞在治疗老鼠的镰刀状细胞血症获得进展。这是科学界利用诱导性多能细胞进行医疗研究的首次尝试。12月23日，哈佛大学研究小组在英国《自然》杂志上说，他们直接从志愿者身上提取皮肤细胞，并成功地改造成诱导性多能细胞。而11月20日发表的研究成果是利用实验室培养过的专用人体皮肤细胞进行的。这个微小的差别，表明了从任何人身上提取皮肤细胞进行该项研究都是可行的。
这些研究一步步帮助我们拉近了与干细胞神话的距离，相信未来某一天，我们将逐渐增加对干细胞的认识，将其应用于人体。
生物谷推荐原始出处：
Nature 451, 340-344 (17 January 2008) | doi:10.1038/nature06457; Received 9 July 2007; Accepted 7 November 2007
Cyclic dermal BMP signalling regulates stem cell activation during hair regeneration
Maksim V. Plikus1, Julie Ann Mayer1, Damon de la Cruz1, Ruth E. Baker2, Philip K. Maini2,3, Robert Maxson4 & Cheng-Ming Chuong1
- Department of Pathology, Keck School of Medicine, University of Southern California, Los Angeles, California 90033, USA
- Centre for Mathematical Biology, Mathematical Institute, 24–29 St Giles', Oxford, OX1 3LB UK
- Oxford Centre for Integrative Systems Biology, Department of Biochemistry, South Parks Road, Oxford OX1 3QU, UK
- Department of Biochemistry and Molecular Biology, Keck School of Medicine, University of Southern California, Los Angeles, California 90089, USA
Correspondence to: Cheng-Ming Chuong1 Correspondence and requests for materials should be addressed to C.-M.C. (Email: cmchuong@usc.edu).
In the age of stem cell engineering it is critical to understand how stem cell activity is regulated during regeneration. Hairs are mini-organs that undergo cyclic regeneration throughout adult life1, and are an important model for organ regeneration. Hair stem cells located in the follicle bulge2 are regulated by the surrounding microenvironment, or niche3. The activation of such stem cells is cyclic, involving periodic 
-catenin activity4, 5, 6, 7. In the adult mouse, regeneration occurs in waves in a follicle population, implying coordination among adjacent follicles and the extrafollicular environment. Here we show that unexpected periodic expression of bone morphogenetic protein 2 (Bmp2) and Bmp4 in the dermis regulates this process. This BMP cycle is out of phase with the WNT/-catenin cycle, thus dividing the conventional telogen into new functional phases: one refractory and the other competent for hair regeneration, characterized by high and low BMP signalling, respectively. Overexpression of noggin, a BMP antagonist, in mouse skin resulted in a markedly shortened refractory phase and faster propagation of the regenerative wave. Transplantation of skin from this mutant onto a wild-type host showed that follicles in donor and host can affect their cycling behaviours mutually, with the outcome depending on the equilibrium of BMP activity in the dermis. Administration of BMP4 protein caused the competent region to become refractory. These results show that BMPs may be the long-sought 'chalone' inhibitors of hair growth postulated by classical experiments. Taken together, results presented in this study provide an example of hierarchical regulation of local organ stem cell homeostasis by the inter-organ macroenvironment. The expression of Bmp2 in subcutaneous adipocytes indicates physiological integration between these two thermo-regulatory organs. Our findings have practical importance for studies using mouse skin as a model for carcinogenesis, intra-cutaneous drug delivery and stem cell engineering studies, because they highlight the acute need to differentiate supportive versus inhibitory regions in the host skin.
- 众说风云 (已有0条评论)
