摘要：毛囊，作为皮肤的重要附属器官，不仅关系到头发的生长，还与皮肤保护、感知和温度调节等功能密切相关。随着年龄增长、压力增加以及环境因素的影响，毛囊功能逐渐退化，导致头发变细、密度降低，甚至出现脱发问题。这不仅影响外貌，还可能带来心理负担。目前，治疗脱发的主要方法是
毛囊，作为皮肤的重要附属器官，不仅关系到头发的生长，还与皮肤保护、感知和温度调节等功能密切相关。随着年龄增长、压力增加以及环境因素的影响，毛囊功能逐渐退化，导致头发变细、密度降低，甚至出现脱发问题。这不仅影响外貌，还可能带来心理负担。目前，治疗脱发的主要方法是毛囊移植，但对于毛囊资源不足的患者来说，这种方法效果有限。因此，毛囊再生技术的研究成为解决脱发问题的关键。近年来，科学家们在毛囊再生领域取得了显著进展，开发了多种创新技术，有望为脱发患者带来新的希望。今天，就让我们一起走进毛囊再生的世界，探索这一前沿领域的最新突破。
文章介绍
题目：毛囊功能再生策略：进展与挑战
杂志：Stem Cell Research and Therapy
影响因子：IF=7.1
发表时间：2025年2月
#1
研究背景
Background
毛囊是皮肤的重要附属器官，负责保护、感知和调节体温。其生长依赖毛囊干细胞的周期性激活，但易受衰老、压力和环境因素影响，导致毛发变细和密度降低。目前脱发治疗主要通过重新分配现有毛囊，对毛囊资源不足的患者效果有限，因此毛囊再生研究意义重大。
过去的研究集中在毛囊形态发生和周期调控上，其发育依赖上皮-间充质相互作用，涉及Wnt、BMP和FGF等信号通路。早期再生研究通过共培养上皮细胞和间充质细胞形成毛囊原基后再移植，但效率有限。此外，毛囊再生的细胞来源多依赖胚胎或新生小鼠皮肤祖细胞，这些细胞在临床上难以获取，且成体细胞的毛发生诱导能力在体外培养中容易丧失。
尽管毛囊再生研究已取得进展，但完全恢复毛囊功能仍面临挑战，包括复制胚胎信号、维持生长周期的复杂性，以及寻找适合临床应用的细胞来源。因此，深入理解毛囊再生机制、优化生物工程程序，并开发创新解决方案，对于实现毛囊的长期稳定再生至关重要。
#2
研究结果
Methods
1. 毛囊的形态发生
了解毛囊形态发生的机制对重建功能性毛囊至关重要。毛囊的形成依赖于上皮-间充质相互作用（EMI），类似于肾、肺和牙齿的发育过程。由于伦理限制，毛囊发育的研究主要基于小鼠模型。在胚胎第13天左右，表皮在间充质信号的诱导下形成增厚的基板，标志着毛囊形态发生的早期阶段。这一过程涉及EDA/EDAR、Wnt和BMP信号通路的激活，其中EDA/EDAR和Wnt通路促进基板命运，而BMP抑制邻近区域的基板发育。随后，间充质细胞聚集形成真皮凝析液，通过Wnt/SHH信号促进毛芽生长，最终形成被基质细胞包裹的真皮乳头，标志着毛囊雏形的出现。随着毛囊的成熟，凸起成为重要的上皮干细胞池，为CD34/CD49f+毛囊干细胞提供自我更新的庇护。
2. 头发的周期动力学
毛囊是一个动态系统，依赖于细胞的严格调控、分化和增殖，以及真皮乳头对毛囊干细胞的调控。毛囊表现出周期性的生长（生长期）、消退（退化期）和休止（休止期）。在休止期，真皮乳头释放BMP等抑制信号维持毛囊干细胞静止；进入生长期时，FGF、BMP抑制剂和Wnt信号激活毛囊干细胞，促进新轴形成。毛囊再生依赖EMI，尽管已知信号通路不完整。单细胞转录组学的突破推动了对毛囊再生调控网络的研究，但仍有待进一步探索。近年来，毛囊再生策略包括胚聚集、多能干细胞诱导和生物打印等技术取得了显著进展，为优化毛囊生物工程提供了新的思路（图1）。
图1
3. 卵泡胚组装
毛囊再生的研究始于1970年，基于EMI的恢复。早期实验表明，只有表皮细胞和真皮细胞共同移植时，毛囊才能新生。随后，通过贴片或腔室实验，分离的上皮和间充质祖细胞的共递送实现了毛囊修复，但效率有限。器官细胞培养技术的引入推动了毛囊再生的发展，Tsuji实验室通过自组装毛囊细胞（HFG）成功在体内生成了具有天然区室和循环生长能力的毛囊。然而，该方法中毛囊的发芽效率较低。Fukuda团队通过添加2%的基质胶，将发芽效率提高至接近100%，并实现了HFG的高通量生产（图2）。
图2
3.1 适当的细胞来源
HFG的研究主要依赖于胚胎或新生儿小鼠皮肤中的祖细胞，少数研究使用成年毛囊的真皮乳头细胞（DPC）。然而，胚胎细胞的使用面临伦理和免疫排斥问题，而患者来源的DPC在体外培养时会失去特性。这些限制促使研究者探索新的细胞来源，如通过重编程和小分子治疗诱导的前体细胞。尽管多能干细胞（PSC）衍生的前体表现出类似表型，但其细胞规格不准确，难以组装成毛囊。因此，改进PSC诱导协议是实现毛囊再生的关键，同时需确保安全性和资源丰富性。
3.2 使成体细胞恢复活力
环境重编程可解决成熟细胞的可重复性问题。Lei团队通过分析细胞差异表达谱，设计了恢复形态发生能力的系统。他们发现，补充IGF2、VEGF、Wnt3a、Wnt10b、MMP14并使用PKC抑制剂，可使成年小鼠细胞的自组织能力重启，将新生来源的细菌产生毛囊的比例提高到40%。另一种策略通过PKC/PKR抑制和IFNγ/VEGF补充，也实现了成年细胞的毛囊重建，表明成熟细胞可通过环境因素恢复活力。
3.3 保留DPC的诱导性
毛囊周期中，DPC是关键的毛原性细胞。尽管新鲜的啮齿动物和人类DPC能成功刺激毛囊生长，但培养后的DPC诱导能力降低。研究表明，Wnt、BMP和FGF信号通路与DPC的毛发生长潜能密切相关。为此，研究者开发了一种含有这些通路激动剂的特殊培养基，可部分恢复DPC的特征基因表达和功能。三维培养和Lefty-1过表达进一步恢复了毛发生长特征，体外毛囊形成率可达70%。此外，Wu团队通过免疫调节和纳米颗粒技术促进DPC存活和毛发再生。研究还探索了将真皮成纤维细胞转化为DPC样细胞的方法，通过特定混合物刺激其三聚体形成。尽管如此，DPC移植后的事件，特别是滤泡上皮的起源，尚未完全明确。深入研究DPC与原生细胞的相互作用对于理解毛囊再生和退行至关重要，也有助于建立长期稳定的毛囊再生策略。
4. 多能干细胞诱导皮肤类器官
干细胞研究推动了从PSC（包括iPSC和ESC）生成皮肤类器官的发展。PSC在特定条件下可分化为角质形成细胞和成纤维细胞，进而构建双层结构的皮肤等效物。这些结构虽缺乏毛囊和皮脂腺，但为真正的皮肤替代品提供了基础框架。随着对形态发生机制的深入理解，通过模拟关键信号通路来生成完整的皮肤类器官前景乐观。
4.1 PSC诱导小鼠皮肤
2016年，Tsuji团队从小鼠iPSC中成功构建了包含毛囊和皮脂腺的表皮系统，通过移植诱导多能干细胞衍生的胚状体，形成了完整的皮肤和皮下脂肪组织。研究发现，补充Wnt10b可通过EMI促进毛囊的萌发和成熟。2018年，Koehler实验室基于颅表面外胚层诱导方案，从PSC逐步形成小鼠滤泡性皮肤。该方法通过特定的生长因子处理，模拟胚胎发育过程，生成的毛囊具有与天然毛囊相似的关键特征，但在长期培养中存在局限性，如基质恶化和毛囊无法进入下一个生长周期。
4.2 PSC诱导人体皮肤
2020年，Koehler实验室将皮肤再生策略扩展到人类，通过在分化的第3天添加LDN/FGF，成功诱导形成被颅神经嵴细胞包裹的上皮囊肿。毛发在第70天出现，培养100多天后，类器官发育出类似18周胎儿皮肤的结构，包括分层表皮、富含脂肪的真皮和色素毛囊。第140天，将类器官植入裸鼠体内，成功重建了平面皮肤、血管和毛囊皮脂腺单位。该方法具有较高的可重复性，已成为疾病建模的前沿工具（图3）。
图3
4.3 将封闭的类器官转化为开放的皮肤模型
类器官的一个缺陷是其内向外的形态,表皮细胞被真皮成分包围，导致培养时间最长为150天，否则核心会积累鳞状细胞。为纠正这种倒置结构，Jung团队引入Wnt激活和气液界面培养，得到扩大的开放皮肤模型，但类器官寿命仍约为150天。研究建议探索人工催熟或延长培养的方法以获得完全发育的结构，或确定更合适的嫁接阶段。尽管诱导PSC形成皮肤类器官需4-5个月，但单细胞RNA测序显示，第48天时细胞群与胚胎皮肤相似。研究推测，原位孵育可能比复杂的培养条件更有效，因为它能涵盖生化信号和机械力。
4.4 头皮皮肤诱导有待研究
在类器官研究中，颅神经嵴细胞负责面部真皮发育，因此现有类器官主要模拟面部皮肤。然而，头皮毛囊的形成既可以依赖中胚层细胞，也可以不依赖。这种差异是利用PSC进行整体皮肤重建的一大障碍。
5. 皮肤替代品生物打印
3D打印和制造技术的发展为毛囊工程带来了新的维度。最初，3D打印被用于制造非细胞支架，随后通过人工播种细胞来构建类似毛囊的结构。随着生物打印技术的引入，这一过程得以简化。生物打印是一种计算机辅助技术，能够精确沉积装载细胞的生物墨水。在打印靶组织时，需要综合考虑细胞类型、生物材料特性、制造方式和打印后的成熟度。尽管原代细胞和商业细胞系被广泛使用，但干细胞的应用受到其对机械剪切和黏性敏感性的限制。生物材料作为细胞的载体和支持者，需要具备灵活性、生物相容性和可控的生物降解性。常用的生物打印聚合物包括胶原蛋白、透明质酸、海藻酸盐、琼脂糖、壳聚糖和纤维蛋白，具体选择取决于所需的组织模式。最后，通过气液界面和生物反应器处理等后处理程序，促进打印结构的成熟和功能化（图4）。
图4
5.1 逐层生物打印
生物打印主要有四种方式：基于液滴的生物打印（DBB）、基于挤压的生物打印（EBB）、激光辅助生物打印（LAB）和基于立体光刻的生物打印（SBB）。在皮肤构建领域，EBB因其多功能性被广泛应用。Miao实验室通过EBB成功设计了具有HF再生能力的小鼠皮肤，通过分层沉积细胞，形成真皮层、中间层和表皮。DPC的加入对毛囊形成至关重要，培养7天后，DPC和上皮细胞形成类似毛囊的结构，移植后能大量生长毛发。Karande团队的研究中，通过EBB将毛囊成功植入人体皮肤结构，形成的毛囊具有天然组织的特征，但未进行体内移植评估其发芽或循环能力。
5.2原位生物打印
一种新型生物打印机器人利用新生小鼠皮肤前体细胞，实现了原位再生配备毛囊的皮肤。该技术可直接打印到皮肤缺损处，优于传统移植方法。基质胶和明胶甲基丙烯酸酯被证明是支持细胞存活和分化的有效底物。此外，生物打印人类脂肪来源的细胞外基质和干细胞可形成类似毛囊的结构，表明脂肪细胞参与毛囊再生，为未来研究提供了新方向。
5.3 定制生物墨水的挑战
生物打印重建毛囊的目标是恢复DPC的毛原性潜力和祖细胞的命运承诺。然而，获取DPC和其他原代细胞面临供体变化和临床需求的挑战，且细胞分离和扩增效率低。因此，研究者探索替代细胞来源，例如异种细胞，尤其是转基因猪细胞，以简化生物打印过程并实现即时修复。此外，生物打印的细胞密度受限，且打印结构常发生收缩。Fukuda实验室利用这一特性，通过细胞牵引力实现自发收缩，使毛囊类器官的细胞富集超过10倍，增强了毛原潜能。这种收缩为未来生物打印提供了可行的解决方案。
研究结论
本综述深入探讨了毛囊再生的最新进展和面临的挑战。尽管在毛囊再生领域已经取得了显著的进展，但完全恢复毛囊的功能仍然是一个未完成的任务。未来的研究需要更加注重毛囊再生的自然属性，特别是从可靠的细胞来源中产生毛囊，以推动器官重建从基础科学走向临床应用，最终造福患者。通过深入了解再生毛囊的动态变化及其与周围环境的相互作用，我们或许能找到解决毛囊寿命受限的方法。随着对毛囊再生机制的深入理解，我们有望定义真正的毛囊重建，规范工程程序，并更新脱发和皮肤缺陷的治疗方法。更重要的是，毛囊新生的成功将为更大规模的器官再生提供灵感和借鉴。
参考文献
Chu X, Zhou Z, Qian X, Shen H, Cheng H, Zhang J. Functional regeneration strategies of hair follicles: advances and challenges. Stem Cell Res Ther. 2025 Feb 21;16(1):77. doi: 10.1186/s13287-025-04210-y.
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来源：培养盒守护者