单细胞和时空测序揭示人类头皮衰老的秘密

　　

脱发和白发是皮肤衰老的最早迹象，其根本原因在于毛囊干细胞（HFSC）及其周围微环境的功能衰退。

近日，华大细胞（BGI Cell）和同济大学医学院等机构的研究人员利用单细胞RNA测序和空间转录组学技术，对人类头皮样本开展了全面分析。

通过分析57,181个细胞的转录组，他们首次绘制出人类头皮衰老的详细图谱，并确定了随年龄增长而逐渐失效的分子机制。这项研究成果发表在《hLife》12月刊上。

角质形成细胞是构成皮肤表皮和毛囊结构的主要细胞，负责合成角蛋白，形成保护屏障，抵御外部损伤和水分流失，并在伤口愈合和皮肤免疫反应中发挥重要作用。

研究人员利用空间转录组分析鉴定出三种有丝分裂角质细胞亚型，分别定位在毛囊间表皮（IFE）、毛囊外根鞘（ORS）和毛囊基质区域。拟时序分析进一步证实，这些细胞正处于细胞分化的过渡阶段。

成纤维细胞是真皮的主要组成细胞，在毛发周期调控、毛囊再生和损伤修复中发挥着至关重要的作用。对人类头皮成纤维细胞进行亚群分析，他们鉴定出真皮乳头（DP）细胞和真皮鞘（DS）细胞，其基因表达与小鼠的对应细胞存在显著差异。

通过整合的生物信息学流程，研究人员绘制出与早期衰老过程相关的细胞类型特异性变化以及复杂的细胞间通讯网络。细胞丰度分析显示，中年组的关键祖细胞群（包括外根鞘细胞和毛囊隆突细胞）数量减少；基因集富集分析（GSEA）表明，多种细胞类型中与衰老、衰老相关分泌表型（SASP）和细胞凋亡相关的基因特征显著增加。

研究还揭示了细胞间通讯的显著减弱，尤其体现在调控毛发生长周期和干细胞维持的关键信号通路中。在中年组样本中，他们发现真皮乳头细胞与周围角质形成细胞发生交互时，BMP和非经典WNT信号通路等关键信号显著降低。

同时，研究人员还发现，在中年人群的角质形成细胞中，AP-1转录因子复合物显著激活，该复合物在细胞应激、衰老和转录重编程中发挥作用。AP-1的下游靶点构成了一个复杂的调控网络，影响炎症和干细胞稳态。

此外，与黑色素合成相关的DCT基因在黑素细胞中表达上调，表明炎症衰老（inflammaging）可能导致黑色素合成过度活跃或失调，进而引发与年龄相关的色素变化。

这项研究首次绘制出人类头皮在早期衰老过程中的高分辨率细胞图谱，填补了重要空白。研究鉴定的分子靶点，特别是AP-1的过度激活和BMP/ncWNT信号通路的崩溃，为未来的药物开发提供了潜在途径。

未来还需要进一步的研究来确认以AP-1为中心的网络和ncWNT通路在头皮衰老中的作用。