向萌娟 綜述 楊 斌 審校

·綜述·

毛囊干細(xì)胞定向分化過程中Wnt信號通路介導(dǎo)的基因調(diào)控

向萌娟 綜述 楊 斌 審校

皮膚的毛囊干細(xì)胞具有自我復(fù)制以及多向分化潛能，在毛囊形態(tài)發(fā)育和定向分化過程中，Wnt信號通路起決定性作用。參與這條信號通路的重要蛋白質(zhì)，如Wnt蛋白、Frizzled、β-catenin、GSK3β、APC、Axin等研究相對較早，且頗為深入。但對于這條通路下游的調(diào)節(jié)因子，尤其是細(xì)胞核內(nèi)關(guān)鍵性轉(zhuǎn)錄因子Tcf3、Lef1，以及它們所調(diào)控的一些重要基因c-myc、cyclinD1等的研究仍處于起步階段。本文就Wnt信號通路介導(dǎo)的基因調(diào)節(jié)毛囊干細(xì)胞定向分化的研究現(xiàn)狀進(jìn)行綜述，為構(gòu)建組織工程皮膚提供理論參考。

毛囊干細(xì)胞 Wnt信號通路 基因調(diào)控

皮膚細(xì)胞每天都在不停地更新。表皮層細(xì)胞凋亡脫落，由表皮基底層干細(xì)胞不斷產(chǎn)生新的細(xì)胞上移補充，干細(xì)胞逐漸演化成終末細(xì)胞，增殖與分化之間保持著相對平衡。表皮含有兩種可增殖的角蛋白細(xì)胞，即干細(xì)胞（Stem cell）和短暫擴充細(xì)胞（Transit amplifying cells，TAC）。干細(xì)胞也稱標(biāo)記儲留細(xì)胞（Label-retaining cell，LRC），是一類具有無限自我更新和高度增殖能力的細(xì)胞群。短暫擴充細(xì)胞由干細(xì)胞分化而來，并能進(jìn)一步分化成終末分化細(xì)胞而退出細(xì)胞周期[1－2]。以往的研究基本明確了毛囊干細(xì)胞的定位、特異性標(biāo)記物、生長微環(huán)境等[3-5]。但毛囊干細(xì)胞是如何定向分化的？生物信號如何調(diào)節(jié)基因表達(dá)來控制毛囊干細(xì)胞的命運？本文就毛囊干細(xì)胞定向分化中Wnt信號介導(dǎo)基因調(diào)控的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。

1 Wnt信號通路

1.1 Wnt信號通路的概述

Wnt信號通路包括經(jīng)典Wnt信號通路，即Wnt/β-catenin信號通路；以及10個非經(jīng)典Wnt信號通路：Wnt/PCP信號通路、Wnt-cGMP信號通路、Ca2+信號通路等。參與毛囊干細(xì)胞增殖分化的信號通路主要為經(jīng)典Wnt信號通路。在胚胎的生長發(fā)育以及成體干細(xì)胞的增殖分化過程中，這條通路將細(xì)胞外或細(xì)胞間的信息傳遞到細(xì)胞核內(nèi)，并通過一系列級鏈反應(yīng)影響著基因的表達(dá)，從而對細(xì)胞的分化方向、細(xì)胞增生、細(xì)胞極性及遷移、細(xì)胞老化等進(jìn)行調(diào)控。不僅如此，最近的研究還表明，Wnt信號通路在調(diào)節(jié)干細(xì)胞多能性以維持機體內(nèi)穩(wěn)態(tài)上也發(fā)揮了關(guān)鍵性的作用[6]。

1.2 Wnt蛋白及β-catenin

Wnt蛋白家族是一個及其復(fù)雜龐大的信號系統(tǒng)，包含有多個亞類。哺乳動物有19個Wnt蛋白基因，可以產(chǎn)生12個Wnt蛋白亞家族[7]。人類至少存在有19個Wnt家族成員，其中包括Wnt-3、4、5a、6、7a、7b、10a、10b、11等。Wnt蛋白進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)引起級鏈反應(yīng)的關(guān)鍵分子之一便是β-連環(huán)蛋白 （βcatenin）。β-catenin是 1980年Walt Birchmeier在研究細(xì)胞黏附分子—E-鈣粘連素 （E-cadherin）相關(guān)分子時首次發(fā)現(xiàn)的。β-catenin基因位于3p21，由CTNNB1基因編碼，其產(chǎn)物在人體的相對分子質(zhì)量約92 KDa。從低等動物果蠅至哺乳動物和人類，其同源性高達(dá)80%，具有高度的進(jìn)化保守性。βcatenin有 3個重要的功能域：N末端為糖原合酶激酶 3（GSK3β）磷酸化降解區(qū)，對于調(diào)節(jié) β-catenin的穩(wěn)定性有重要作用；C末端是轉(zhuǎn)錄激活域，可與轉(zhuǎn)錄活化因子TCF/LEF結(jié)合；中間的連接臂重復(fù)區(qū)是arm重復(fù)域，是β-catenin與多種配體如腫瘤抑制基因結(jié)腸腺瘤息肉病基因蛋白 （APC）、軸素（Axin)、E-鈣粘連素等結(jié)合的重要部位。

已有的研究表明，β-catenin在毛囊干細(xì)胞的激活及定向分化中起關(guān)鍵作用。β-catenin具備兩方面的生物學(xué)功能，黏合連接與信號轉(zhuǎn)導(dǎo)[8]。Wnt信號通路靜止時，β-catenin只參與細(xì)胞間的黏合連接；當(dāng)Wnt信號通路啟動時，β-catenin起核心信號分子作用。毛囊干細(xì)胞內(nèi)表達(dá)高水平的β-catenin時，干細(xì)胞分化成為毛囊結(jié)構(gòu)的細(xì)胞，而低水平的β-catenin將使毛囊干細(xì)胞分化成為表皮細(xì)胞。此外，有研究表明，成人表皮中的β-catenin被激活后，會有新的毛囊形成[9]，而在毛囊隆突部干細(xì)胞群的β-catenin表達(dá)沉默后，會引發(fā)毛囊干細(xì)胞向表皮細(xì)胞轉(zhuǎn)歸。有研究認(rèn)為，通過轉(zhuǎn)基因表達(dá)[10]或者創(chuàng)傷而提高穩(wěn)定的β-catenin含量，也將誘導(dǎo)皮膚產(chǎn)生新的毛囊；反之，丟失β-catenin后毛囊也隨之缺失，皮膚腫瘤生長受到抑制[11]。

1.3 Wnt蛋白與受體的相互作用及信號通路

在經(jīng)典Wnt信號通路中，無Wnt信號刺激時，細(xì)胞質(zhì)中的β-catenin與Axin、GSK3β、APC、酪蛋白激酶1（Casein kinase 1，CK1）等結(jié)合在一起構(gòu)成降解復(fù)合體，β-catenin的第41、37、33位殘基被GSK3β絲氨酸/蘇氨酸磷酸化，第45位殘基被CK絲氨酸/蘇氨酸磷酸化，受到泛素的共價修飾而被蛋白酶降解，從而保持了胞內(nèi)低水平的β-catenin。隨著Wnt蛋白的增加，Wnt蛋白與細(xì)胞膜上跨膜的卷曲蛋白受體Frizzled（FZ）及低密度脂蛋白受體相關(guān)蛋白（Low density lipoprotein receptor-related protein，LRP）結(jié)合，激活了細(xì)胞質(zhì)中的散亂蛋白（Dishevelled，DSH）。DSH與Axin作用并添加上其它蛋白質(zhì)，如GSK結(jié)合蛋白 （GBP/FRAT）以及蛋白磷酸化酶2C，抑制了Axin·APC·GSK3β復(fù)合體的形成，降低了GSK3β的活性，抑制β-catenin的磷酸化，阻斷細(xì)胞質(zhì)中的泛素-蛋白酶小體對游離β-catenin的降解，從而引起細(xì)胞質(zhì)內(nèi)βcatenin的水平升高。細(xì)胞質(zhì)內(nèi)低磷酸化的β-catenin聚集，濃度升高進(jìn)入細(xì)胞核，與T細(xì)胞因子（T cell factor，TCF）/淋巴樣增強因子（Lymphiod enhancer factor，LEF）形成復(fù)合體，作為細(xì)胞核轉(zhuǎn)錄激動劑來調(diào)節(jié)靶基因的轉(zhuǎn)錄。

2 Wnt信號通路介導(dǎo)的基因調(diào)控

TCF/LEF轉(zhuǎn)錄因子家族是含有HMG結(jié)合域的DNA連接蛋白，為Wnt信號通路重要的下游效應(yīng)因子。大部分TCF/ LEF分子含有3個主要的結(jié)合域：N端的β-catenin結(jié)合域、Groucho/TLE結(jié)合域以及連接DNA的HMG結(jié)合域。在Wnt信號通路中，Wnt蛋白存在時，β-catenin轉(zhuǎn)移定位于細(xì)胞核，替換掉結(jié)合在TCF/LEF上的四聚物Groucho（Grg/TLE），形成β-catenin-TCF/LEF二聚體，并能引導(dǎo)更多的激活因子聚集在該二聚體上，激活下游靶基因c-myc、cyclin D1、Tcf1和PPARδ等的轉(zhuǎn)錄與表達(dá)，調(diào)節(jié)細(xì)胞的增殖和分化，調(diào)控細(xì)胞的命運。但在替換過程中，能否形成β-catenin-TCF/LEFGroucho/TLE-DNA中間態(tài)復(fù)合體，目前仍沒有明確的報道。

2.1 Wnt信號通路下游的重要轉(zhuǎn)錄因子

脊椎動物TCF轉(zhuǎn)錄因子家族成員包含4個：Tcf1、Lef1、Tcf3和Tcf4[12]。在毛囊的誘導(dǎo)分化中起到重要作用的是Tcf3和Lef1。Tcf3在隆突部（Bulge）及外根鞘（ORS）下份的干細(xì)胞中表達(dá)豐富且含量不同，Bulge區(qū)干細(xì)胞通常只表達(dá)Tcf3而不表達(dá)Lef1，毛囊干細(xì)胞呈現(xiàn)靜止?fàn)顟B(tài)，而ORS中的毛囊干細(xì)胞表現(xiàn)出激活的狀態(tài)，能進(jìn)一步作為替補細(xì)胞出現(xiàn)在毛囊的基底層，形成基底細(xì)胞和毛發(fā)[13]，Tcf3在ORS中表達(dá)相對減少；Lef1則主要表達(dá)于毛囊基底細(xì)胞中，這些細(xì)胞可定向分化為短暫擴充細(xì)胞、前皮質(zhì)細(xì)胞，長出毛發(fā)。當(dāng)隆突部細(xì)胞向毛囊基底細(xì)胞分化時，TCF3丟失，而LEF1表達(dá)出現(xiàn)，這一轉(zhuǎn)變似乎在干細(xì)胞向毛發(fā)細(xì)胞分化的過程中是必須的，可能與接受了Wnt信號傳導(dǎo)有關(guān)。

當(dāng)穩(wěn)定表達(dá)的β-catenin水平增加時，干細(xì)胞激活，許多細(xì)胞增殖相關(guān)的基因表達(dá)隨之上調(diào)，毛囊毛發(fā)生長發(fā)生[14]。大量的實驗證明，Tcf3在缺乏Wnt信號的情況下，可抑制毛囊干細(xì)胞的定向分化，使毛囊干細(xì)胞保持其多向分化潛能；Wnt信號參與時，Tcf3則能介導(dǎo)毛囊干細(xì)胞分化。Lef1必須在有Wnt信號存在的情況下才能發(fā)揮作用，促進(jìn)毛囊干細(xì)胞分化成為構(gòu)成毛囊結(jié)構(gòu)的細(xì)胞，在毛囊的形態(tài)發(fā)生中起著至關(guān)重要的作用。異位誘導(dǎo)Tcf3表達(dá)于表皮的基底層，將會抑制表皮基底層細(xì)胞分化為表皮細(xì)胞，并能改變轉(zhuǎn)錄使之成為類似于胚胎的非定向分化的表皮結(jié)構(gòu)[15]。另外，Tcf3在細(xì)胞周期中也起到減慢細(xì)胞循環(huán)的作用。Lef1的顯性負(fù)突變能夠?qū)е翷ef1或β-catenin過度表達(dá)，然后引起 β-catenin信號通路阻斷，對Wnt信號通路產(chǎn)生負(fù)性調(diào)節(jié)作用，抑制毛囊濾泡分化，導(dǎo)致毛囊形成異常；但卻促進(jìn)了毛囊干細(xì)胞向皮脂腺和毛囊濾泡間上皮分化。同時，過度表達(dá)的Lef1還可引起毛囊腫瘤的發(fā)生[16]。

Tcf3能抑制Wnt信號通路靶基因的轉(zhuǎn)錄，保持毛囊干細(xì)胞多向分化能力的特性，可以通過其他一些標(biāo)記物的共同表達(dá)得到進(jìn)一步的說明。在一些動物模型中，表達(dá)Tcf3的表皮還能出現(xiàn)K5、SOX9等相對未分化形態(tài)學(xué)的陽性表達(dá)，說明Tcf3能保持細(xì)胞的干性。Tcf3的這些作用也可用來解釋為什么Tcf3局限于毛囊的Bulge區(qū)表達(dá)，這與Bulge區(qū)細(xì)胞的自我更新、慢周期特性是一致的。

Lef1和β-catenin在毛囊的形態(tài)學(xué)發(fā)生中起著重要的作用。早在1994年，就有研究發(fā)現(xiàn)Lef1陰性的大鼠表現(xiàn)出毛囊的缺乏。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，利用角蛋白14（Keratin 14）為啟動子載有 Lef1基因的載體在轉(zhuǎn)基因大鼠的表皮、ORS以及Bulge區(qū)表達(dá)Lef1以后，在表皮也能觀察到類似于毛芽樣的內(nèi)陷，即產(chǎn)生了代表毛發(fā)的信號。當(dāng)以同樣方法利用K14為啟動子表達(dá)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的 β-catenin（ΔN87β-catenin）以后，來自于表皮、ORS以及Bulge區(qū)的細(xì)胞發(fā)生毛囊樣分化，并有毛囊形態(tài)學(xué)發(fā)生。在這些轉(zhuǎn)基因大鼠中，Lef1的表達(dá)與毛囊干細(xì)胞向毛囊毛發(fā)分化是一致的，說明了Lef1對于毛囊干細(xì)胞定向分化的調(diào)節(jié)起到至關(guān)重要的作用。

最近的研究發(fā)現(xiàn)，無論是在胚胎祖細(xì)胞還是出生后的毛囊干細(xì)胞中，Tcf4與Tcf3都是共同表達(dá)的，而且Tcf4的表達(dá)位置和作用都與Tcf3一致，都能抑制毛囊干細(xì)胞的分化，保持毛囊干細(xì)胞的多能性[17]。

在人類和鼠科動物中，編碼的Groucho蛋白同系物分別被命名為TLE1-4、hAES和Grg1-5，其中TLE1-4與Grg1-4包含Goucho蛋白全長的5個結(jié)構(gòu)域，即Q、GP、CCN、SP和WD40，而hAES和Grg5只有Q、GP兩個結(jié)構(gòu)域。Goucho蛋白通過其N末端Q域的亮氨酸拉鏈組成四聚體結(jié)構(gòu)，可與組蛋白去乙?；赶嗷プ饔?。在核內(nèi)沒有β-catenin的情況下，Groucho連接在TCF/LEF上，聚集的組蛋白去乙?；笗谷旧|(zhì)更加緊密而失活。當(dāng)Wnt信號存在時，β-catenin在核內(nèi)聚集，與β-catenin的酸性 C末端直接相連的蛋白CBP/ p300[18]發(fā)生反應(yīng)，CBP/p300有組蛋白乙?；富钚?，可使連接在TCF/LEF上的DNA激活，抵消Groucho/TLE的作用[19]，協(xié)助β-catenin轉(zhuǎn)錄下游靶基因。近年來的研究發(fā)現(xiàn)，CtBP既可作為共激活因子也可作為共抑制因子，它表現(xiàn)出什么樣的活性依賴于細(xì)胞的表型，但這一系列反應(yīng)的具體過程目前仍不清楚。

2.2 TCF/LEF與β-catenin

Merrill等[20]的轉(zhuǎn)基因小鼠實驗中，無論是野生型的TCF3，還是N端β-catenin結(jié)合域缺失的TCF3（ΔNTcf3），均能起到相同的作用，即抑制靶基因的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生相同的表型，說明Tcf3的作用可能并不依賴于β-catenin信號。Merrill等[21]的胚胎實驗也發(fā)現(xiàn)，在胚胎的形成過程中，Tcf3與TCF/LEF家族的其他成員是不相同的，無論有沒有Wnt信號，Tcf3均可發(fā)揮其調(diào)節(jié)基因的作用。但與TCF3不同的是，Lef1對于轉(zhuǎn)錄的激活必須依賴Wnt信號及穩(wěn)定的 β-catenin存在。N端βcatenin結(jié)合域缺失的Lef1（ΔN Lef1）由于無法與β-catenin結(jié)合，阻止了Lef/Tcf的激活功能，毛發(fā)形成被終止，代之形成皮脂腺細(xì)胞。

目前對于β-catenin是如何進(jìn)入細(xì)胞核內(nèi)的機制尚不明確。但通過使TCF過度表達(dá)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)存在有大量TCF時，βcatenin進(jìn)入細(xì)胞核內(nèi)變得相對容易。利用逆轉(zhuǎn)錄病毒轉(zhuǎn)染角化細(xì)胞，使細(xì)胞表達(dá)不同的β-catenin突變體。研究結(jié)果表明，氨基酸截短的β-catenin突變體（因沒有GSK3結(jié)合位點而不被降解）可增加培養(yǎng)細(xì)胞中干細(xì)胞克隆的比例，而且這種作用與TCF/LEF轉(zhuǎn)錄因子活性改變密切相關(guān)。當(dāng)轉(zhuǎn)基因小鼠表皮基底層過度表達(dá)氨基酸截短的β-catenin時，基底細(xì)胞呈現(xiàn)多能干細(xì)胞的特征，并可分化形成毛囊和表皮。相反，干細(xì)胞中β-catenin表達(dá)減少時，則無法分化形成毛囊中的角化細(xì)胞，而只向毛囊之間分布的表皮方向發(fā)展。雖然βcatenin/TCF3、β-catenin/LEF1復(fù)合體與毛囊干細(xì)胞增殖、分化間的關(guān)系已有了初步的認(rèn)識，但其潛在機制及功能重要性仍有待進(jìn)一步研究闡明。

2.3 TCF/LEF調(diào)節(jié)基因轉(zhuǎn)錄的影響因素

細(xì)胞質(zhì)與細(xì)胞核中catenin伴侶分子的相互競爭影響著TCF/LEF與β-catenin之間的連接。鈣黏素的胞外部分含有五個與Ca2+連接的結(jié)構(gòu)域，與相鄰的細(xì)胞緊密連接，而其胞內(nèi)部分則與 β-catenin、α-catenin、γ-catenin、 細(xì)胞骨架及catenin p120緊密連接。過度表達(dá)鈣黏素將導(dǎo)致大量的βcatenin之間及β-catenin和鈣黏素之間相互黏連，這樣就減少了β-catenin進(jìn)入核內(nèi)與TCF/LEF形成復(fù)合體的機率，轉(zhuǎn)錄受到抑制，靶基因的表達(dá)減少。生長因子受體及酪氨酸激酶可以下調(diào)鈣黏素的轉(zhuǎn)錄水平或分解鈣黏素/catenin復(fù)合體，從而使β-catenin與E-鈣黏素和細(xì)胞骨架脫離，細(xì)胞間黏附減弱，有利于Wnt信號的轉(zhuǎn)導(dǎo)及細(xì)胞的遷移和分化[22]。

轉(zhuǎn)錄因子之間也存在著競爭。β-catenin除了與TCF/LEF結(jié)合外，其他的一些活性域可與另外的轉(zhuǎn)錄因子相結(jié)合。如HGM活性域可與SOX亞家族的轉(zhuǎn)錄因子成員結(jié)合，而Arm重復(fù)序列區(qū)則能與視黃醛受體（RARα）結(jié)合。TCF/LEF家族成員種類繁多，作用各不相同，其成員之間與β-catenin的競爭也是影響轉(zhuǎn)錄的重要因素。另外，與β-catenin高度同源的plakoglobin(γ-catenin)也可競爭性地結(jié)合轉(zhuǎn)錄因子。

ILK（integrin-linked kinase）可以與 β-catenin結(jié)合而發(fā)生作用，從而調(diào)節(jié)β-catenin從胞漿轉(zhuǎn)運到核內(nèi)的過程，下調(diào)GSK-3β的活性，下調(diào)E-鈣黏素導(dǎo)致β-catenin的重新分布，ILK還能參與調(diào)節(jié)Lef1的表達(dá)[23]。一些外來因素，例如角質(zhì)細(xì)胞生長因子（KGF）、氯化鋰（LiCl）等也可與TCF/LEF發(fā)生作用影響靶基因的轉(zhuǎn)錄。Fathke等[24]通過采用小鼠背部全厚皮膚缺損的模型，檢測在創(chuàng)傷修復(fù)過程中不同時間段的Wnt蛋白表達(dá)情況，并用β-gal報告β-catenin的表達(dá)，發(fā)現(xiàn)LiCl可抑制GSK3β的活性，從而激活β-catenin/Tcf信號通路，部分樣本觀察到皮膚附屬器的形成，包括簡單的毛囊和皮脂腺結(jié)構(gòu)。

3 Wnt信號通路中的關(guān)鍵調(diào)控基因

3.1 c-Myc

c-Myc是原癌基因Myc家族中的一員，基因定位于8號染色體長臂上（8q24），編碼由349氨基酸組成的蛋白質(zhì)。其編碼的蛋白質(zhì)能與核內(nèi)的DNA特異結(jié)合行使轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)功能。c-Myc是Wnt信號通路下游的靶基因，在毛囊上皮的基底膜和毛囊隆突部高表達(dá)。當(dāng)β-catenin信號到達(dá)時將促進(jìn)c-Myc基因表達(dá)的啟動，使細(xì)胞從G1期向S期轉(zhuǎn)變，調(diào)節(jié)細(xì)胞周期、抑制β1整合素的表達(dá)。在無干細(xì)胞存在的其他上皮如濾泡間上皮中，過度表達(dá)的Myc則能誘導(dǎo)增殖，抑制分化。簡言之，c-Myc在毛囊干細(xì)胞中表達(dá)可促進(jìn)細(xì)胞分化成為皮脂腺和表皮[25]，而在其他類型細(xì)胞中則促進(jìn)細(xì)胞生長、增殖和凋亡。毛囊干細(xì)胞在其微環(huán)境中的正常存在依賴于c-Myc的正常表達(dá)，c-Myc轉(zhuǎn)錄水平的下降會導(dǎo)致干細(xì)胞衰竭，使干細(xì)胞無法參與創(chuàng)面修復(fù)過程；而其高表達(dá)則抑制角質(zhì)形成和創(chuàng)面修復(fù)過程[26]。采用轉(zhuǎn)基因大鼠c-Myc-ERTM過量異位表達(dá)人的c-Myc基因于毛囊和表皮的基底層，發(fā)現(xiàn)這些轉(zhuǎn)基因大鼠表皮增厚，皮脂腺增大，毛發(fā)周期失調(diào)[27]。表明c-Myc基因的失控會使干細(xì)胞脫離微環(huán)境分化成短暫擴增細(xì)胞，從而影響皮膚及其附屬器官的正常更新。

c-Myc在不同的細(xì)胞中其表達(dá)量也不相同。在毛囊干細(xì)胞中表達(dá)較低，在短暫擴充細(xì)胞中表達(dá)水平較高，然而到了終末細(xì)胞時，其表達(dá)水平及轉(zhuǎn)錄的mRNA數(shù)量又下降。這樣才能確保TAC能夠繼續(xù)進(jìn)入細(xì)胞周期，進(jìn)行數(shù)次快速分裂，擴充細(xì)胞數(shù)量，并刺激其分化成為終末細(xì)胞[28]，而c-Myc低表達(dá)的終末細(xì)胞分化能力下降。這也可用來解釋毛囊干細(xì)胞與短暫擴充細(xì)胞相比，更具有多向分化潛能，而終末分化細(xì)胞的分化潛能已經(jīng)喪失。

由于c-Myc原癌基因啟動子上有Tcf4結(jié)合位點，Wnt信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路中的關(guān)鍵組分β-catenin還可能通過與TCF4的結(jié)合，而啟動c-Myc原癌基因誘導(dǎo)干細(xì)胞分化，這與上述Wnt信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路中β-catenin主要促使干細(xì)胞的增殖作用之間似乎相互矛盾，故而可以推測兩者之間可能存在特殊的反饋環(huán)路[29]。另外，大量動物模型證明c-Myc與β-catenin之間存在著相互排斥的作用。這與c-Myc基因激活促進(jìn)毛囊干細(xì)胞向皮脂腺和毛囊間表皮分化，β-catenin誘導(dǎo)新生毛囊發(fā)生是一致的[30]。

3.2 cyclin D1

細(xì)胞周期蛋白D1（cyclin D1）是調(diào)節(jié)細(xì)胞進(jìn)入細(xì)胞周期增生期的主要因子，通過相應(yīng)的周期素依賴性激酶（在皮膚主要為CDK4、CDK6）及其抑制因子對細(xì)胞周期關(guān)鍵限制點的G1/S轉(zhuǎn)換起正性調(diào)節(jié)作用，促進(jìn)細(xì)胞由靜止期進(jìn)入增殖期，激活干細(xì)胞使之增殖、分化。cyclin D1基因也是 βcatenin/Lef1復(fù)合體的目的基因，Lef1分子上含有 cyclin D1結(jié)合位點，與cyclin D1的啟動子結(jié)合激活cyclin D1基因的表達(dá)以及細(xì)胞的增殖。通過在毛囊基底及基底以上區(qū)域取樣進(jìn)行一系列研究發(fā)現(xiàn)，cyclin D1編碼的mRNA在整個基底上區(qū)層都高于基底區(qū)，而且在免疫組化染色中這一差異呈線形，說明cyclin D1介導(dǎo)的細(xì)胞增殖主要發(fā)生在最接近Bulge區(qū)的細(xì)胞，同時也能說明cyclin D1在細(xì)胞退出干細(xì)胞環(huán)境的過程中發(fā)揮著重要的作用[31]。cyclin D1合成異常將會導(dǎo)致細(xì)胞生長循環(huán)即使在沒有生長因子的情況下也能發(fā)生，并能啟動其他原癌基因的表達(dá)。cyclin D1蛋白含量的高低是由多種因子共同調(diào)節(jié)的，主要通過泛素的靶向降解而減少，過度表達(dá)β-catenin可誘導(dǎo)cyclin D1的活性，然而過度表達(dá)鈣黏素的胞漿區(qū)則能減弱其活性。有研究表明，在轉(zhuǎn)基因小鼠的表皮單獨表達(dá)過量cyclin D1、D2或D3，僅僅只會導(dǎo)致表皮的增生，而不會產(chǎn)生腫瘤。

4 展望

毛囊干細(xì)胞作為種子細(xì)胞應(yīng)用于組織工程中，構(gòu)建具有生物活性的皮膚，并應(yīng)用于臨床以治療脫發(fā)、燒創(chuàng)傷、瘢痕性禿發(fā)等毛囊皮膚缺損，已經(jīng)成為近年來研究的熱點。對于毛囊干細(xì)胞的研究，大多數(shù)研究都致力于定位、鑒定及增殖分化等，生物信號介導(dǎo)基因調(diào)控其定向分化的研究還處于初始階段。Wnt/β-catenin-TCF/LEF路徑是毛囊干細(xì)胞重要的生長調(diào)控信號，Wnt信號通路中各種生物大分子、受體、配體和無機分子之間相互作用而產(chǎn)生的生物學(xué)效應(yīng)，TCF/LEF以及下游調(diào)控的靶基因c-Myc、cyclinD1的表達(dá)對于干細(xì)胞的增殖都具有極其重要的作用。隨著基因組研究、基因工程技術(shù)的不斷進(jìn)步，將能夠進(jìn)一步解釋毛囊干細(xì)胞基因表達(dá)調(diào)控機制從而通過有效的方法使其向人們需要的方向分化。

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Gene Regulation by Wnt Signaling Pathway in the Oriented Differentiation of Hair Follicle Stem Cells

XIANG Mengjuan1,YANG Bin2.1 GuangZhou Medical University,Guangdong 510182,China;2 Plastic Surgery Hospital,Chinese Academy of Medical Sciences,Beijing 100144,China.Corresponding author:YANG Bin(E-mail:ybdoctor_psh@163.com).

Hair follicle stem cells; Wnt signaling pathway; Gene regulation

Q813.1+2

A

1673－0364（2011）04－0181－05

2011年7月11日；

2011年8月20日）

10.3969/j.issn.1673-0364.2011.05.001

國家自然科學(xué)基金（30772099），北京市自然科學(xué)基金（7112111）。

510182 廣東省廣州市 廣州醫(yī)學(xué)院 （向萌娟）；100144 北京市 協(xié)和醫(yī)學(xué)院中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院整形外科醫(yī)院（楊斌）。

楊斌（E-mail:ybdoctor_psh@163.com）

【Summary】Wnt signaling pathway plays a decisive role in morphological development and oriented differentiation of hair follicle stem cells(HFSCs)with the ability of self-replication and the potential of multiplex differentiation.Investigation of many important proteins involving in Wnt signaling pathway such as Wnt,Frizzled,β-catenin,GSK3β,APC,Axin has been carried out relatively earlier and deeper.While investigation of some downstream effectors especially the transcription factors located in cell nucleus,like Tcf3,Lef1 and gene c-myc,cyclinD1 regulated by Tcf3 and Lef1 is still at the primary phase. This paper reviews gene regulation of oriented differentiation of hair follicle stem cells by Wnt signaling pathway,so as to provide theoretical reference in tissue engineered skin.