单细胞转录组重构人类毛发周期：揭示皮肤组织重塑的时序动态机制

本研究通过单细胞RNA测序技术(scRNA-seq)对19个含单根毛囊的人体皮肤样本进行时序分析，构建"伪毛发周期(pseudo-hair cycle)"模型，首次系统解析了毛发周期中16种细胞群体的动态基因表达谱及细胞互作网络。研究发现真皮鞘成纤维细胞(FB-LDS)、血管内皮细胞(VEC)和白细胞(LEU)在退行期(catagen)通过ECM重塑、血管新生和吞噬作用协同参与毛囊退化，为理解皮肤组织稳态重塑提供了高分辨率分子图谱。

　　

毛发作为皮肤重要的附属器官，其周期性生长（生长期anagen）、退化（退行期catagen）和静止（休止期telogen）过程是哺乳动物组织重塑的经典模型。然而，人类毛囊的周期性变化难以通过外观判断，且不同毛囊的周期阶段不同步，这给系统研究带来巨大挑战。传统研究方法受限于时间分辨率不足，难以捕捉毛发周期中连续的分子事件。此外，退行期毛囊周围组织重塑的细胞机制仍不清楚，特别是细胞外基质(ECM)降解与重建的时空调控、血管网络重构等关键过程缺乏系统解析。

为突破这些限制，Jun Yokota等研究团队在《Cell Reports》发表创新性研究，通过单细胞转录组技术构建了人类毛发周期的伪时间轴。研究采集3名年轻女性供体的腹部皮肤组织（含76个毛囊），经组织学鉴定包含21%休止期、50%生长期和29%退行期样本。通过酶解去除表皮层并保留毛囊结构后，对19个单毛囊样本进行10X Genomics单细胞测序，获得44,601个高质量细胞数据。

关键技术包括：（1）单毛囊样本分离与单细胞悬液制备；（2）10X Genomics Chromium单细胞转录组测序；（3）基于毛囊角质形成细胞(HFKC)表达谱的伪时间轴构建；（4）高斯曲线拟合识别相位特异性可变基因(PVGs)；（5）NicheNet和OmniPath数据库分析细胞互作网络。

单细胞图谱揭示毛发周期细胞多样性

通过无监督聚类鉴定出10个主要细胞群体，包括成纤维细胞(FB)、周细胞(PER)、血管内皮细胞(VEC)等。其中FB群体进一步分为7个功能亚群，免疫组化证实FB4（MME⁺）定位在毛囊下部真皮鞘(FB-LDS)，FB6（CRABP1⁺）位于上部真皮鞘(FB-UDS)。

伪毛发周期模型构建

基于HFKC转录组将19个样本排序为环形时间轴，通过高斯拟合识别793个相位相关基因(PVGs)。聚类分析显示：第1簇含休止期标志物FGF13和抗凋亡基因BCL2；第2簇包含生长期角蛋白KRT35/KRT25；第3簇富集退行期相关基因EDN1和凋亡调节因子CARD18。

退行期组织重塑的时空机制

研究发现FB-LDS在退行期中期上调MMP2等蛋白酶降解ECM，晚期表达ADAMTS2/DCN重建ECM；VEC通过FLT1-ETS1通路促进血管新生；LEU则上调TREM2/CD36介导吞噬作用。免疫荧光显示MMP2⁺细胞出现在退行期中期毛囊周围，而MFAP4⁺纤维分布于晚期的CTS streamer结构。

细胞互作网络解析

配体-受体分析揭示HFKC通过EDN1信号激活FB-LDS的TGF-β通路（受体TGFBR2/3），而FB-LDS/VEC/LEU通过MET-ETS2通路促进HFKC凋亡。关键转录因子CEBPA和JUN调控FB-LDS中80%的ECM相关基因，免疫组化证实其在退行期真皮鞘持续表达。

该研究首次绘制了人类毛发周期的高分辨率分子图谱，揭示退行期组织重塑遵循"ECM降解-血管形成-基质重建"的时序规律。这不仅为脱发疾病治疗提供新靶点（如EDN1/MMP2通路），其伪时间轴构建方法更为研究人体其他周期性生理过程树立了新范式。特别值得注意的是，FB-LDS与伤口修复中活化的成纤维细胞(FB-I)具有相似分子特征，提示稳态与病理状态下的组织重塑可能共享保守机制。研究局限性在于未能充分捕获毛乳头(DP)细胞等稀有群体，未来扩大样本量或采用头皮毛囊可能解决此问题。