Cell重要发现：干细胞听命于其子细胞

　　

生物通报道  有时候干细胞会打开开关分裂生成子细胞，有时候则会关闭开关维持在静息状态。直到现在科学家们仍未完全了解是什么引起了这些细胞在活化和静息状态之间切换。

来自洛克菲勒大学Elaine Fuchs哺乳动物细胞生物学和发育实验室的一项新研究将焦点放在了毛囊干细胞上，确定了是什么开启了它们。研究人员发现由这些干细胞生成的子细胞——过渡扩充细胞（Transit-Amplifying Cell，TACs）发送了一种信号告知静息毛囊干细胞变得活化。

Fuchs实验室前博士后Ya-Chieh Hsu说：“许多类型的哺乳动物干细胞都生成TACs，TACs是干细胞和其最终产物：血液、皮肤和别处完全分化的细胞之间的一种中间体。在过去，人们将TACs视作是坐等被动生成组织的一群细胞。没有人会想到它们起着调控作用。”

Hsu和Fuchs进一步确定了TACs发送出的信号。他们明确地找到了称作为Sonic Hedgehog的一种促细胞分裂蛋白，其在大脑、眼睛和四肢的胚胎发育中发挥作用。

由于有潜力生成一些具有特定功能的特化细胞，干细胞在医学应用领域具有重要的价值。干细胞生成这些分化细胞的能力对于机体的正常维持、生长及修复至关重要。许多的组织具有两种干细胞群：一种很少分裂，称作为静息干细胞；另一种更易于增殖，称作为始发态干细胞（primed stem cell）。无论它们的增殖频率如何，人类的大多数干细胞都不会直接生成分化的子细胞；它们会生成一种中间增殖细胞群即TACs。

毛囊是生成毛发的一种微小器官，其形成狭窄毛囊管腔向下伸入到皮肤里。毛囊不断地在生长、破坏和静息状态之间循环。当进入到生长期时，始发态干细胞群总是首先分裂并生成TACs，这些TACs在毛囊中向下聚集。始发态干细胞增殖为下一轮的毛发生长创造了条件，确保了随时间损失的毛发能够被替换。增殖TACs则生成了毛干，以及皮肤下毛发周围的所有细胞，这些细胞构成了毛囊。
 
一开始，Hsu和Fuchs怀疑TACs和Sonic Hedgehog在毛发再生中起作用。

“我们注意到，始发态干细胞群早期激活，生成了TACs，而静息干细胞群只在TACs生成时活化。这种联系促使我们去寻找TACs生成的信号。我们随后证实了Sonic Hedgehog就是我们要寻找的信号，”Fuchs说。

在发表于5月8日《细胞》（Cell）杂志上的一些实验中，Hsu通过敲除成年小鼠毛囊中的负责基因使得TACs无法生成Sonic Hedgehog蛋白。由此，毛囊干细胞和它们TACs的增殖均受到了影响。他们进一步证实静息干细胞群增殖需要Sonic Hedgehog。

令人惊讶的是，当Hsu阻断静息干细胞响应Sonic Hedgehog的能力时，毛发生长继续进行，但毛囊变短，每经历一轮毛发周期，静息和始发态干细胞群均数量减少，直至毛发完全无法再生。根据研究人员所说，这些特征与男性脱发中发生的事件极其地相似（延伸阅读：华人学者Nature子刊发表再生医学重要成果）。尽管这种机能紊乱的根源有可能是在Sonic Hedgehog的上游，这一研究提供了关于脱发现象的一些新见解，从长远来看对于开发出新的疗法具有重要的意义。

TACs是许多不同的干细胞谱系的一个阶段，研究人员断定尽管精确的机制有可能有所差异，在我们的血液和肠等其他组织中TACs有可能发挥了相似的作用。Fuchs说：“在大多数成人组织中，我们的干细胞必须能够快速响应损伤。通过利用TACs作为变阻器，可以严格地调控这一过程确保生产适当数量的新组织来修复损伤。因此，不可以再将TACs视作是一种干细胞谱系的被动中间体，而是协调组织再生的一个关键信号中心。”

（生物通：何嫱）

生物通推荐原文摘要：

Transit-Amplifying Cells Orchestrate Stem Cell Activity and Tissue Regeneration

Transit-amplifying cells (TACs) are an early intermediate in tissue regeneration. Here, using hair follicles (HFs) as a paradigm, we show that emerging TACs constitute a signaling center that orchestrates tissue growth. Whereas primed stem cells (SCs) generate TACs, quiescent SCs only proliferate after TACs form and begin expressing Sonic Hedgehog (SHH). TAC generation is independent of autocrine SHH, but the TAC pool wanes if they can’t produce SHH. We trace this paradox to two direct actions of SHH: promoting quiescent-SC proliferation and regulating dermal factors that stoke TAC expansion. Ingrained within quiescent SCs’ special sensitivity to SHH signaling is their high expression of GAS1. Without sufficient input from quiescent SCs, replenishment of primed SCs for the next hair cycle is compromised, delaying regeneration and eventually leading to regeneration failure. Our findings unveil TACs as transient but indispensable integrators of SC niche components and reveal an intriguing interdependency of primed and quiescent SC populations on tissue regeneration.