皮膚上皮干細(xì)胞分化的基本機(jī)制

皮膚是保護(hù)身體免受脫水、受傷和感染的第一道防線。為了滿足這些需求，皮膚進(jìn)化出了一個(gè)復(fù)雜的分化過(guò)程，形成了堅(jiān)韌、不透水的外殼，并且可以不斷更新。哺乳動(dòng)物的皮膚由真皮和表皮成分組成；本次討論僅限于表皮細(xì)胞，即角質(zhì)形成細(xì)胞。哺乳動(dòng)物表皮是分層組織，固定在基底膜上（圖 1A）。直接接觸基底膜的細(xì)胞層，稱為基底層，含有增殖細(xì)胞。與所有角質(zhì)形成細(xì)胞一樣，基底層細(xì)胞擁有 10 nm 角蛋白中間絲 (IF) 網(wǎng)絡(luò)，但它們?cè)谄渌矫嫦鄬?duì)未分化。隨著基底細(xì)胞的數(shù)量因分裂而擴(kuò)大，一些細(xì)胞從基底膜上脫離并開(kāi)始向外移向皮膚表面。發(fā)生的第一個(gè)變化是加強(qiáng) IF 網(wǎng)絡(luò)以增加每個(gè)單元格的抗拉強(qiáng)度。細(xì)胞通過(guò)合成大量新的角蛋白組來(lái)實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，這些角蛋白組裝成 IF，這些 IF 聚集成更有彈性的束或 IF 纜。IF 電纜固定在稱為橋粒的細(xì)胞-細(xì)胞連接處，因此不會(huì)將力分布在單個(gè)細(xì)胞上，而是分布在整個(gè)組織上（參見(jiàn)參考文獻(xiàn) 1）。當(dāng)現(xiàn)在由橋粒連接的基底上細(xì)胞向皮膚表面串聯(lián)移動(dòng)時(shí)，它們?cè)谫|(zhì)膜下沉積并酶促交聯(lián)蛋白質(zhì)以形成角化包膜。這些細(xì)胞還制造充滿脂質(zhì)的層狀顆粒，這些顆粒被擠壓到角質(zhì)化的包膜支架上，提供不透水的密封，防止液體不受控制地逸出 (2)。所有材料的生產(chǎn)完成后，細(xì)胞停止轉(zhuǎn)錄和代謝活動(dòng)并經(jīng)歷程序性細(xì)胞死亡，這與細(xì)胞凋亡有一些相似之處 (3)。從皮膚表面脫落的細(xì)胞（鱗屑）主要由死蛋白質(zhì)囊組成；這些細(xì)胞殘余不斷地被向外移動(dòng)的內(nèi)部細(xì)胞所取代。

(A) 皮膚上皮組織學(xué)的圖示。基底層的細(xì)胞附著在下面的基底膜上。基底細(xì)胞具有有絲分裂活性，但當(dāng)它們脫離基底膜并開(kāi)始向皮膚表面外行時(shí)，它們就失去了這種潛力。當(dāng)基底細(xì)胞進(jìn)入棘層時(shí)，它們加強(qiáng)了細(xì)胞骨架和細(xì)胞間的連接，獲得了對(duì)機(jī)械應(yīng)力的彈性。一旦這個(gè)任務(wù)完成，細(xì)胞就會(huì)進(jìn)入顆粒層，在那里它們產(chǎn)生表皮屏障。屏障前體由兩個(gè)主要成分組成：(i) 富含谷氨酰胺和賴氨酸的角化包膜前體蛋白，它們?cè)谫|(zhì)膜下合成并沉積，以及 (ii) 充滿脂質(zhì)雙層的層狀顆粒。當(dāng)細(xì)胞進(jìn)入終末分化的最后階段時(shí)，鈣流激活轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶，該酶通過(guò) ε-(γ-谷氨酰)賴氨酸異肽鍵以生物化學(xué)方式交聯(lián)角質(zhì)化包膜蛋白，并激活脂質(zhì)雙層擠壓到 這個(gè)腳手架。細(xì)胞死亡隨之而來(lái)，在皮膚表面留下死去的扁平鱗屑，這是終末分化的最終過(guò)程。這些角質(zhì)層鱗片最終從皮膚表面脫落，由向外移動(dòng)的內(nèi)層細(xì)胞不斷補(bǔ)充。(B) 表皮增殖單位圖。假定的慢循環(huán)表皮干細(xì)胞偶爾會(huì)分裂，產(chǎn)生干細(xì)胞子細(xì)胞和瞬時(shí)擴(kuò)增子細(xì)胞。瞬時(shí)擴(kuò)增細(xì)胞分裂 2 到 4 次，然后這些后代離開(kāi)基底層并執(zhí)行終末分化程序。該模型基于將 β-半乳糖苷酶基因逆轉(zhuǎn)錄病毒轉(zhuǎn)導(dǎo)到培養(yǎng)的角質(zhì)形成細(xì)胞中，然后將其用于移植到裸鼠上以追蹤干細(xì)胞譜系 (9)。

在小鼠皮膚中，通過(guò)放射自顯影測(cè)量，從基底層到鱗屑的整個(gè)分化過(guò)程需要 10-14 天 (4)。人的表皮更新更慢；然而，人類皮膚上皮干細(xì)胞的增殖儲(chǔ)備一定是巨大的，其后代足以維持 1-2 平方米的皮膚數(shù)十年。

皮膚生物學(xué)領(lǐng)域的早期觀察是表皮角質(zhì)形成細(xì)胞可以在培養(yǎng)物中生長(zhǎng)。與需要轉(zhuǎn)化才能有效培養(yǎng)的許多其他細(xì)胞類型相反，直接取自皮膚的上皮細(xì)胞在存在成纖維細(xì)胞飼養(yǎng)層 (5) 的情況下培養(yǎng)時(shí)可以傳代多代。當(dāng)在表皮生長(zhǎng)因子 (EGF) 受體配體如 EGF 或轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子 α (TGFα) 存在的情況下生長(zhǎng)時(shí)，人角質(zhì)形成細(xì)胞可以擴(kuò)增 1016 倍 (6)。對(duì)人類皮膚角質(zhì)形成細(xì)胞生長(zhǎng)潛力的仔細(xì)分析揭示了三種不同類型的細(xì)胞，基于它們能夠在單次鋪板中產(chǎn)生的克隆大小 (7)。具有最大增殖潛力的全克隆包含幾乎所有 (95%) 的細(xì)胞在傳代時(shí)繼續(xù)形成增殖集落。Meroclones 具有中等增殖潛力，而 paraclones 在很少傳代后就會(huì)中止和分化。全克隆細(xì)胞可以轉(zhuǎn)變?yōu)?meroclone 和 paraclone 細(xì)胞，但在本研究中未觀察到反向轉(zhuǎn)變。很容易推測(cè)體外產(chǎn)生全克隆細(xì)胞的細(xì)胞可能是體內(nèi)的干細(xì)胞。

在哺乳動(dòng)物皮膚的初始組織學(xué)評(píng)估中，干細(xì)胞可能所在的基底層沒(méi)有明顯的形態(tài)學(xué)上不同的區(qū)域或生態(tài)位。從 1970 年代就知道，表皮被組織成熟細(xì)胞層列 ≈ 10 個(gè)細(xì)胞寬（見(jiàn)圖 1B）(8)。最初假設(shè)整個(gè)基底層由干細(xì)胞組成，后來(lái)假設(shè)朗格漢斯細(xì)胞是干細(xì)胞。輻射劑量-存活研究表明，干細(xì)胞可能占基底層細(xì)胞的 2-7%（參見(jiàn)參考文獻(xiàn) 8）。一種回顧性地證明表皮培養(yǎng)物中存在干細(xì)胞的方法是標(biāo)記細(xì)胞群，然后使用它們?cè)隗w內(nèi)重建表皮組織。因此，當(dāng)將表達(dá) β-半乳糖苷酶報(bào)告基因的逆轉(zhuǎn)錄病毒標(biāo)記的鼠表皮培養(yǎng)物移植到小鼠身上時(shí)，重建的皮膚在宿主動(dòng)物中顯示出表達(dá) β-半乳糖苷酶的表皮細(xì)胞的克隆柱（圖 1B）（9）。12 周研究期間細(xì)胞柱的大小表明，多達(dá) 10-12% 的小鼠基底層細(xì)胞可能是能夠產(chǎn)生單個(gè)成熟細(xì)胞柱的“干細(xì)胞”。

另一種識(shí)別組織干細(xì)胞的方法利用了它們緩慢循環(huán)的特性。在脈沖追蹤實(shí)驗(yàn)中，組織的所有分裂細(xì)胞都將溴脫氧尿苷 (BrdUrd) 或氚化 [3H] 胸苷等核苷酸類似物摻入新合成的 DNA 中。當(dāng)標(biāo)記被追蹤時(shí)，只有那些很少分裂并且隨著時(shí)間的推移仍然存在于組織中的細(xì)胞才會(huì)保留它們的標(biāo)記。在口腔上皮細(xì)胞中，所謂的標(biāo)記保留細(xì)胞或 LRC 位于舌頭和腭乳頭的離散區(qū)域 (10)；在鼠耳表皮中，LRC 位于基底層，靠近分化細(xì)胞柱的外圍 (11)。因此，在 1980 年代出現(xiàn)了一種皮膚上皮維護(hù)模型，其中基底層中緩慢循環(huán)的干細(xì)胞的周期性分裂導(dǎo)致瞬時(shí)擴(kuò)增細(xì)胞占據(jù)大部分基底層，分裂 2 或 3 次，然后向上移動(dòng)同時(shí)分化成成熟的皮膚細(xì)胞（圖 1B）。

在 1990 年代，研究人員使用 [3H] 胸苷評(píng)估小鼠毛發(fā)表皮中的標(biāo)記保留，發(fā)現(xiàn)皮膚中的大部分 LRC 位于毛囊的“凸起”區(qū)域，只有一小部分 LRC 位于基底層濾泡間表皮 (12, 13)。毛囊是一種表皮附屬物，由上部永久性部分和下部循環(huán)部分組成，可產(chǎn)生毛發(fā)（圖 2；參見(jiàn)參考文獻(xiàn) 14 和 15）。外根鞘 (ORS) 與表皮的基底層相鄰并且生化相似。毛囊的內(nèi)層包括三個(gè)同心層的內(nèi)根鞘 (IRS) 和三個(gè)同心層的生毛細(xì)胞。毛囊底部是萌發(fā)基質(zhì)，其中包含快速增殖的“基質(zhì)”細(xì)胞，這些細(xì)胞分化以填充 IRS 的所有層和毛干本身。包含 LRC 的毛囊隆起位于 ORS 內(nèi)皮脂腺正下方的小壁龕中，在豎毛肌插入部位或附近。乍一看，凸起是干細(xì)胞生存的有趣地方；它位于皮膚表面下方，受到毛囊上部的一列細(xì)胞以及高度角質(zhì)化的毛干本身的保護(hù)。穿過(guò)基底膜，它被一個(gè)支持性真皮袋包圍，該真皮袋具有豐富的血管化和神經(jīng)支配。

由表皮干細(xì)胞提供的毛囊和細(xì)胞譜系圖。一個(gè)多能干細(xì)胞隔室位于隆起處，位于皮脂腺正下方的外根鞘 (ORS) 中。ORS 與表皮的基底層相鄰，形成毛囊的外鞘。內(nèi)部或內(nèi)根鞘 (IRS) 形成毛發(fā)通道；當(dāng)毛干靠近皮膚表面時(shí)，IRS 退化，釋放其附著在頭發(fā)上的物質(zhì)。毛干和 IRS 源自基質(zhì)，即毛囊的瞬時(shí)擴(kuò)增細(xì)胞。基質(zhì)圍繞著真皮乳頭，真皮乳頭是毛球中的一簇專門的間充質(zhì)細(xì)胞。在隆起處發(fā)現(xiàn)的多能干細(xì)胞被認(rèn)為有助于毛囊、皮脂腺和表皮的譜系（見(jiàn)紅色虛線）。如圖所示，在這些區(qū)域中的每一個(gè)中瞬時(shí)擴(kuò)增凸出干細(xì)胞的后代（見(jiàn)綠色虛線）。

兩項(xiàng)研究通過(guò)解剖大鼠 (16) 和人類 (17) 毛囊并在體外評(píng)估毛囊不同區(qū)域的克隆形成，證實(shí)了凸起角質(zhì)形成細(xì)胞標(biāo)記保留的相關(guān)性。在大鼠晶須毛囊中，每個(gè)毛囊約有 740 個(gè)集落形成細(xì)胞，其中 95% 位于隆起，其余 5% 位于基質(zhì)區(qū)域。在人類頭皮毛囊中，在隆起正下方的區(qū)域發(fā)現(xiàn)了最高的克隆形成；這些細(xì)胞被發(fā)現(xiàn)具有巨大的增殖能力，理論上單個(gè)細(xì)胞可產(chǎn)生多達(dá) 1.7 ×10³⁸個(gè)后代 (17)。在對(duì) LRC 具有干細(xì)胞特性的創(chuàng)造性確認(rèn)中，發(fā)現(xiàn)經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間追蹤后從表皮培養(yǎng)的 LRC 比來(lái)自年齡相似的動(dòng)物的脈沖標(biāo)記細(xì)胞更具克隆形成性 (13)。因此，哺乳動(dòng)物毛發(fā)表皮中克隆形成最多的細(xì)胞和具有最高標(biāo)記保留能力的細(xì)胞出現(xiàn)在毛囊中，在凸起區(qū)域中或附近。

頭發(fā)循環(huán)，毛囊在生物體的整個(gè)生命周期內(nèi)反復(fù)再生以產(chǎn)生新的毛干，是研究干細(xì)胞特性的有用模型。根據(jù)“凸起激活假說(shuō)”，凸起干細(xì)胞只有在接收到來(lái)自專門毛囊間充質(zhì)細(xì)胞的信號(hào)后才會(huì)被刺激分裂并產(chǎn)生新的萌發(fā)毛發(fā)基質(zhì) (12)。為支持這一理論，已證明凸起細(xì)胞在卵泡再生前分裂 (18)。

定位假定的表皮干細(xì)胞代表了該領(lǐng)域的重大進(jìn)展，使科學(xué)家能夠在這一重要細(xì)胞群的生化和功能特征方面取得進(jìn)展。其他干細(xì)胞領(lǐng)域，如造血系統(tǒng)，充滿了細(xì)胞表面標(biāo)記，這些標(biāo)記幾乎可以識(shí)別每一種細(xì)胞類型，從干細(xì)胞開(kāi)始，一直延伸到后代類型的最分化形式。然而，表皮干細(xì)胞的特異性標(biāo)記物尚不清楚。盡管這些細(xì)胞可以通過(guò)標(biāo)記保留在體內(nèi)或通過(guò)克隆形成在體外進(jìn)行鑒定，但目前兩種鑒定方法都不能輕易分離干細(xì)胞進(jìn)行分析。因此，迫切需要特定的表皮干細(xì)胞標(biāo)記物。

一類候選干細(xì)胞標(biāo)記物是跨膜受體的整合素家族，其成員負(fù)責(zé)表皮基底層與其下層基底膜的附著（參見(jiàn)參考文獻(xiàn) 19）。基底膜富含細(xì)胞外基質(zhì) (ECM) (20) 蛋白，其中許多構(gòu)成整合素 αβ 異二聚體的配體。當(dāng)培養(yǎng)的人角質(zhì)形成細(xì)胞根據(jù)其表面整合素 β1 水平通過(guò)熒光激活細(xì)胞分選 (FACS) 分離時(shí)，具有最高熒光的細(xì)胞在體外表現(xiàn)出適度增加的集落形成效率 (21)。在這項(xiàng)研究中，集落形成效率與細(xì)胞粘附整合素配體的速度相關(guān)，包括 IV 型膠原蛋白 (α2β1) 和角質(zhì)形成細(xì)胞分泌的 ECM 蛋白 (21)。在另一項(xiàng)研究中，人類角質(zhì)形成細(xì)胞針對(duì)半橋粒整合素 α6 進(jìn)行分類，它與 β4 結(jié)合以牢固地附著在基底膜成分層粘連蛋白 5 上，結(jié)果顯示比針對(duì)粘著斑整合素 β1 進(jìn)行分類的人角質(zhì)形成細(xì)胞具有更高的增殖潛力，后者與 α2 混雜在一起 （IV 型膠原蛋白）、α3（層粘連蛋白 5）、α5（纖連蛋白）和角質(zhì)形成細(xì)胞中的 α9（生腱蛋白）(22)。

當(dāng)細(xì)胞從活體皮膚轉(zhuǎn)移到培養(yǎng)條件時(shí)，整合素表達(dá)水平可能會(huì)發(fā)生變化，這可能會(huì)對(duì)將體外整合素表達(dá)數(shù)據(jù)外推到體內(nèi)干細(xì)胞提出警告。然而，在這種情況下，直接從皮膚獲得的人角質(zhì)形成細(xì)胞的集落形成效率也與 IV 型膠原蛋白的快速粘附相關(guān)，這是具有升高的 α2 整合素的細(xì)胞的特征 (23)。此外，對(duì)來(lái)自不同區(qū)域的完整人類皮膚的免疫組織化學(xué)分析似乎顯示出 β1 整合素表達(dá)水平的異質(zhì)性；已假定表達(dá)增加的斑塊含有干細(xì)胞 (23)。早期研究表明 β1 整合素信號(hào)傳導(dǎo)在預(yù)防終末分化中的作用 (20)。皮膚上皮細(xì)胞中有條件地缺乏整合素 β1 的小鼠在基底膜組裝和組織方面表現(xiàn)出嚴(yán)重缺陷，強(qiáng)調(diào)了這些整合素不僅在細(xì)胞外基質(zhì)的附著和組裝中的作用（參考文獻(xiàn) 24 和 25；另見(jiàn)參考文獻(xiàn) 26）。這些小鼠的傷口愈合受損；盡管 β1 無(wú)效角質(zhì)形成細(xì)胞在受傷后在體內(nèi)充分增殖，但它們遷移無(wú)效，導(dǎo)致再上皮化延遲 (27)。缺乏 β1 整合素的胚胎干細(xì)胞分化成角質(zhì)形成細(xì)胞的能力下降，這種缺陷可以通過(guò)真皮衍生生長(zhǎng)因子部分修復(fù) (28)。考慮到 β1 缺失皮膚表型的嚴(yán)重性，皮膚干細(xì)胞區(qū)室是否依賴于 β1 整合素更難判斷。

最近，兩項(xiàng)調(diào)查造血干細(xì)胞、神經(jīng)干細(xì)胞和胚胎干細(xì)胞轉(zhuǎn)錄譜的研究發(fā)現(xiàn)，與其瞬時(shí)擴(kuò)增的后代細(xì)胞相比，整合素在這些干細(xì)胞中上調(diào) (29, 30)。整合素 α6 存在于兩個(gè)列表中，β1 存在于兩個(gè)列表中的一個(gè)中。由于干細(xì)胞僅限于毛囊隆起或毛囊間表皮的基底層，因此有助于細(xì)胞-基質(zhì)粘附的分子在概念上是有趣的干細(xì)胞標(biāo)記物。干細(xì)胞可能需要牢固地粘附在基底膜上以維持其干細(xì)胞特性或它們?cè)诟杉?xì)胞生態(tài)位中的位置。盡管有激發(fā)，但大多數(shù)（如果不是全部）增殖細(xì)胞在粘附過(guò)程中都使用整合素。因此，整合素作為干細(xì)胞標(biāo)記物的有用性受到其相對(duì)于轉(zhuǎn)運(yùn)擴(kuò)增干細(xì)胞后代的表達(dá)水平解釋的不確定性的限制。

轉(zhuǎn)鐵蛋白受體是另一種表面標(biāo)記物，顯示其在干細(xì)胞和增殖后代之間的表達(dá)不同。在這種情況下，轉(zhuǎn)鐵蛋白受體表面表達(dá)減少與人類角質(zhì)形成細(xì)胞干細(xì)胞有關(guān)。根據(jù)整合素 α6 和轉(zhuǎn)鐵蛋白受體對(duì)原代皮膚細(xì)胞進(jìn)行分類，發(fā)現(xiàn) LRC 富含 α6 高、轉(zhuǎn)鐵蛋白受體低的細(xì)胞，而活躍分裂的細(xì)胞則富含 α6 高、轉(zhuǎn)鐵蛋白受體高的細(xì)胞群 (31) .

即使在沒(méi)有可用于分離干細(xì)胞的細(xì)胞表面標(biāo)記的情況下，皮膚生物學(xué)家在理解一些在從干細(xì)胞轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)運(yùn)放大細(xì)胞中很重要的分子方面也取得了進(jìn)展。一個(gè)這樣的例子是原癌基因 c-myc，它是多種細(xì)胞類型增殖的轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子，包括皮膚角質(zhì)形成細(xì)胞 (32, 33)。有趣的是，c-myc 在轉(zhuǎn)基因小鼠皮膚中的過(guò)度表達(dá)導(dǎo)致隆起的多能皮膚干細(xì)胞似乎被耗盡，這是通過(guò) LRC 減少和傷口愈合受損來(lái)判斷的 (34, 35)。令人驚訝的是，增加 c-myc 表達(dá)似乎也會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞命運(yùn)從毛囊祖細(xì)胞轉(zhuǎn)變?yōu)槠ぶ杉?xì)胞，這表明 c-myc 水平不僅可能影響干細(xì)胞子細(xì)胞成為轉(zhuǎn)運(yùn)放大細(xì)胞的決定，而且還決定采用哪個(gè)血統(tǒng)。

與干細(xì)胞和/或它們轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)運(yùn)擴(kuò)增細(xì)胞相關(guān)的另一個(gè)因素是轉(zhuǎn)錄因子 p63，它是 p53 的同系物。已知 p63 在體內(nèi)角膜緣的上皮干細(xì)胞和體外產(chǎn)生全克隆的皮膚角質(zhì)形成細(xì)胞中表達(dá) (36)。在 p63 基因位點(diǎn)具有靶向缺失的小鼠在表皮發(fā)育方面存在嚴(yán)重缺陷 (37, 38)。在早期發(fā)育中，當(dāng)皮膚上皮細(xì)胞是單層時(shí)，p63 缺失的皮膚看起來(lái)很正常。然而，隨著分層過(guò)程的進(jìn)行，p63-null 皮膚上皮逐漸脫落，僅留下少數(shù)剩余細(xì)胞表達(dá)基底上標(biāo)記而不是基底標(biāo)記 (37)。

這些研究表明 p63 和 c-myc 都是皮膚角質(zhì)形成細(xì)胞功能的重要調(diào)節(jié)劑。這兩個(gè)因素仍未解決的一個(gè)主要問(wèn)題是它們?cè)诙啻蟪潭壬峡刂聘杉?xì)胞維持與轉(zhuǎn)運(yùn)擴(kuò)增后代的產(chǎn)生。

大量證據(jù)支持這樣的觀點(diǎn)，即濾泡間表皮中的干細(xì)胞不如凸起干細(xì)胞有效，推測(cè)它們是多能凸起細(xì)胞的后代，也許是單能后代。與凸起細(xì)胞相反，濾泡間干細(xì)胞沒(méi)有明確定義的生態(tài)位。凸起中的慢循環(huán)干細(xì)胞比濾泡間表皮中的多 (12)，凸起細(xì)胞中標(biāo)記保留的壽命長(zhǎng)于濾泡間細(xì)胞 (39, 40)。從凸起培養(yǎng)的細(xì)胞也比濾泡間細(xì)胞具有更高的克隆形成潛力 (17)。奇怪的是，隆起的 LRC 需要用佛波酯（12-O-tetradecanoylphor- bol-13-acetate，PMA) 重復(fù)處理以誘導(dǎo)增殖，而濾泡間 LRC 更容易誘導(dǎo)分裂 (39)。最后，破壞毛囊間表皮但毛囊完好無(wú)損的淺表燒傷不需要植皮，而毛囊被破壞的更深燒傷除了邊緣外不能再生上皮 (41)。

這些特殊細(xì)胞可以產(chǎn)生所有皮膚上皮細(xì)胞譜系，包括濾泡間表皮，這一事實(shí)證明了凸起細(xì)胞的多能性（圖 1B）。當(dāng)在培養(yǎng)物中生長(zhǎng)至匯合并移植到無(wú)胸腺小鼠上時(shí)，從解剖的凸起區(qū)域分離的細(xì)胞能夠分化成分層表皮 (17)。慢循環(huán)干細(xì)胞的標(biāo)記保留特性已被用于評(píng)估凸起細(xì)胞對(duì)多種表皮譜系的貢獻(xiàn)。在 8 周追蹤后保留標(biāo)簽的細(xì)胞，通過(guò)本研究中使用的技術(shù)專門駐留在凸起中，有助于毛囊的所有層 (40)。用兩種不同的核苷酸進(jìn)行脈沖標(biāo)記，精確定時(shí)（基于細(xì)胞周期長(zhǎng)度）來(lái)標(biāo)記毛囊漏斗部區(qū)域的細(xì)胞，表明在正常和受傷狀態(tài)下毛囊細(xì)胞都流出到毛囊間表皮中 (40)。在另一項(xiàng)試驗(yàn)中，凸起干細(xì)胞的多能性通過(guò)將表達(dá) β-半乳糖苷酶的轉(zhuǎn)基因晶須凸起細(xì)胞移植到未標(biāo)記受體小鼠的毛囊凸起區(qū)域中得到證實(shí) (42)。隨著時(shí)間的推移，來(lái)自移植凸起的表達(dá) β-半乳糖苷酶的細(xì)胞填充了所得嵌合毛囊的所有上皮隔室，包括皮脂腺和凸起上方的漏斗部區(qū)域，該區(qū)域被認(rèn)為與濾泡間表皮最相似。

盡管支持凸起細(xì)胞多能性的證據(jù)令人信服，但該生態(tài)位之外的干細(xì)胞特征卻不太確定。濾泡間表皮細(xì)胞是單能還是多能？它們?cè)诙啻蟪潭壬希ㄈ绻械脑挘┡c隆起干細(xì)胞不同？這些問(wèn)題的答案等待對(duì)凸起細(xì)胞的分子特征有更廣泛的了解。然而，最近，Wnt 信號(hào)通路與皮膚上皮細(xì)胞獲得和/或維持多能干細(xì)胞特征的能力有關(guān) (43-45)。這條通路的核心是 β-連環(huán)蛋白，這是一種多功能蛋白，當(dāng)細(xì)胞接收到 Wnt 信號(hào)時(shí)會(huì)穩(wěn)定下來(lái)。β-連環(huán)蛋白以某種方式需要激活稱為 Lef/Tcf 家族的 DNA 結(jié)合蛋白家族成員（參見(jiàn)參考文獻(xiàn) 46）。在皮膚中，多能胚胎皮膚上皮細(xì)胞在承諾形成毛囊之前接收 Wnt 信號(hào) (47)。當(dāng)專門的皮膚間充質(zhì)細(xì)胞抑制第二條信號(hào)通路，即骨形態(tài)發(fā)生蛋白 (BMP) 通路時(shí)，多能上皮細(xì)胞表達(dá) Lef1 并致力于形成毛囊 (48)。根據(jù) Lef1 (49-51)、Noggin (52) 或 β-連環(huán)蛋白 (53、54) 功能受損的小鼠這一事實(shí)判斷，Wnt 和 BMP 信號(hào)通路似乎在功能上對(duì)毛囊的形成很重要，它們形成毛囊的能力都嚴(yán)重受損。

通常，只有隆起干細(xì)胞被認(rèn)為在產(chǎn)后皮膚中保留了多能性。然而，當(dāng) β-連環(huán)蛋白在轉(zhuǎn)基因小鼠皮膚中穩(wěn)定時(shí)，成年毛囊間表皮表現(xiàn)為胚胎皮膚，似乎能夠在表皮和毛囊命運(yùn)之間做出選擇 (44)。有趣的是，當(dāng)毛囊的特殊間充質(zhì)細(xì)胞（真皮乳頭細(xì)胞）暴露于 Wnt 信號(hào)時(shí)，它們似乎也保留了毛囊誘導(dǎo)能力 (55)。因此，Wnt 信號(hào)可能既能作用于上皮細(xì)胞以誘導(dǎo)干細(xì)胞樣特性，又能作用于間充質(zhì)以維持其干細(xì)胞募集特性。

Lef1/Tcf 活性的程度對(duì)于確定干細(xì)胞譜系測(cè)定的結(jié)果可能至關(guān)重要。當(dāng) Lef1 在皮膚和口腔上皮細(xì)胞中過(guò)度表達(dá)時(shí)，偶爾會(huì)在不適當(dāng)?shù)牡胤娇吹矫l(fā)和牙齒 (43)。當(dāng)無(wú)法與 β-連環(huán)蛋白結(jié)合的 Lef1 形式過(guò)表達(dá)時(shí)，毛囊細(xì)胞會(huì)在不適當(dāng)?shù)奈恢貌捎闷ぶ?xì)胞命運(yùn)，并在一些次級(jí)毛囊的位置形成表皮囊腫 (50, 51)。類似地，當(dāng)有條件地靶向去除皮膚中的 β-連環(huán)蛋白時(shí)，觀察到表皮囊腫代替毛囊 (53)。將來(lái)，探索現(xiàn)在已知影響 Lef1/Tcf 活性狀態(tài)的其他蛋白質(zhì)的水平和作用將很有趣（參見(jiàn)參考文獻(xiàn) 56）。在這方面，Kielman 等人最近的平行發(fā)現(xiàn)。(57) 顯示腺瘤性結(jié)腸息肉病 (APC) 通過(guò)控制 β-連環(huán)蛋白信號(hào)的劑量影響胚胎干細(xì)胞中干細(xì)胞譜系的確定，這很有趣。此外，現(xiàn)在有許多報(bào)告表明 β-連環(huán)蛋白及其伙伴在干細(xì)胞和命運(yùn)規(guī)范中具有更全面的作用（參見(jiàn)參考文獻(xiàn) 58-60）。

干細(xì)胞生物學(xué)的基礎(chǔ)研究部分是為了最終可能從患者身上獲取干細(xì)胞，對(duì)其進(jìn)行修飾或擴(kuò)增，然后重新植入以治療疾病。皮膚角質(zhì)形成細(xì)胞已被證明對(duì)此有用，因?yàn)樗鼈兊目杉靶院团囵B(yǎng)能力。培養(yǎng)的角質(zhì)形成細(xì)胞最突出的臨床用途是產(chǎn)生融合的上皮片，可以將其從培養(yǎng)皿中輕輕取出并用于重建燒傷、慢性傷口和潰瘍的上皮部分。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是使用患者自己的皮膚，這代表了最佳的長(zhǎng)期再增殖策略。今天，最常用的皮膚移植技術(shù)采用了一種不同的方法，即使用從未受影響的皮膚中提取的分層厚度移植物。這種方法是有效的，但它受到未受影響皮膚的可用表面積的限制，并會(huì)造成一定程度的額外傷害。使用培養(yǎng)的角質(zhì)形成細(xì)胞允許覆蓋更大的表面并且需要更小的未受影響的皮膚區(qū)域，從中收獲角質(zhì)形成細(xì)胞用于培養(yǎng)。目前，培養(yǎng)的角質(zhì)形成細(xì)胞的使用受限于在體外生長(zhǎng)上皮片所需的時(shí)間長(zhǎng)度，在此期間患者容易受到感染。上皮層也非常脆弱，不能很好地粘附在一些燒傷表面上。正在開(kāi)發(fā)的皮膚替代品可以起到真皮等效物的作用，以保持?jǐn)U張的角質(zhì)形成細(xì)胞，提高對(duì)燒傷傷口的粘附性，并形成臨時(shí)傷口覆蓋物以降低感染率。如果可以將亞融合的角質(zhì)形成細(xì)胞培養(yǎng)物植入真皮等效物中，那么這種移植物可以在燒傷后很早就應(yīng)用，隨著上皮覆蓋的成熟，而真皮等效物起到臨時(shí)敷料的作用，從而避免了兩次手術(shù)的需要 (61)。

移植培養(yǎng)的皮膚上皮干細(xì)胞除了替代燒傷皮膚外，還有其他潛在的應(yīng)用；特別是，考慮使用培養(yǎng)的角質(zhì)形成細(xì)胞作為基因治療的傳遞工具的可能性是令人興奮的。兩個(gè)小組已經(jīng)設(shè)計(jì)出使用培養(yǎng)的人類角質(zhì)形成細(xì)胞來(lái)糾正先天性代謝性皮膚病的方法 (62, 63)。從患有隱性營(yíng)養(yǎng)不良性大皰性表皮松解癥的患者身上采集角質(zhì)形成細(xì)胞，并通過(guò)使用噬菌體整合酶對(duì)正確序列進(jìn)行基因組整合或使用慢病毒進(jìn)行轉(zhuǎn)基因表達(dá)來(lái)糾正遺傳缺陷。修復(fù)后的角質(zhì)形成細(xì)胞在培養(yǎng)物中擴(kuò)增并移植到裸鼠上以產(chǎn)生缺陷得到糾正的健康上皮細(xì)胞。盡管這兩項(xiàng)研究都沒(méi)有將干細(xì)胞移植回患有皮膚病的原始人類身上，但這些努力代表著操縱干細(xì)胞治療人類疾病的可能性取得了重大進(jìn)展。

正在尋找皮膚上皮干細(xì)胞自我更新和產(chǎn)生將填充一個(gè)或多個(gè)表皮譜系的子細(xì)胞的生化調(diào)節(jié)劑。在過(guò)去的三十年里，該領(lǐng)域取得了顯著進(jìn)步，尤其是在離散干細(xì)胞隔室的存在和位置方面。一些初步工作將整合素作為細(xì)胞表面標(biāo)記物，雖然不是特異性的，但可能有助于豐富干細(xì)胞的細(xì)胞群以進(jìn)行表征。C-myc 和 p63 也被確定為干細(xì)胞命運(yùn)的調(diào)節(jié)劑。此外，近年來(lái)出現(xiàn)了一連串報(bào)道，涉及 Wnt 信號(hào)、β-連環(huán)蛋白和 Lef1/Tcf 轉(zhuǎn)錄調(diào)控在干細(xì)胞維持和/或譜系確定中的作用。盡管取得了這些進(jìn)展，科學(xué)家們?nèi)詿o(wú)法可靠地從皮膚上皮細(xì)胞中分離出干細(xì)胞，以詳盡地研究它們的轉(zhuǎn)錄和功能特征。最終，當(dāng)存在找到這些問(wèn)題答案的技術(shù)時(shí)，醫(yī)生不僅可以使用皮膚上皮干細(xì)胞生長(zhǎng)新皮膚來(lái)治療燒傷，還可以治療皮膚遺傳病，甚至可能是非皮膚病。我們還不知道未來(lái)是否有可能對(duì)角質(zhì)形成細(xì)胞進(jìn)行基因工程改造以誘導(dǎo)分泌肽類激素，例如用于治療糖尿病的胰島素，或用于治療生長(zhǎng)激素缺乏癥的生長(zhǎng)激素 (64)。我們也不知道角質(zhì)形成細(xì)胞干細(xì)胞是否具有足夠的可塑性以分化成非角質(zhì)形成細(xì)胞類型以糾正其他組織的缺陷。過(guò)去三十年的研究表明，皮膚干細(xì)胞研究的未來(lái)前景廣闊。