单细胞转录组学分析揭示雄激素性脱发中毛囊干细胞保护性WNT5A-ATF3-FOSB信号轴的调控机制

《Advanced Science》：Single-Cell Profiling Reveals a Protective WNT5A-ATF3-FOSB Signaling Axis in Hair Follicle Stem Cells During Androgenetic Alopecia

　　

雄激素性脱发(AGA)是一种常见且治疗选择有限的脱发疾病，其分子机制尚不清楚。研究人员通过对脱发区与非脱发区人头皮毛囊进行单细胞RNA测序(scRNA-seq)，构建了毛囊及其微环境的高分辨率分子解剖图谱。研究人员发现，在脱发区毛囊干细胞(HFSC)中，作为非经典WNT信号通路触发因子的WNT5A（Wingless-related integration site 5A）信号显著沉默，导致转录因子ATF3及其靶基因FOSB下调。在治疗验证中，功能实验表明激活WNT5A-ATF3-FOSB轴可在AGA小鼠模型中维持HFSC的干性能力，并显著抑制AGA进展。研究揭示了AGA发病中的关键分子轴，凸显其作为脱发疾病治疗靶点的潜力。

研究背景与立项依据

雄激素性脱发(AGA)是非瘢痕性脱发的主要类型，男性全球患病率约20%–50%，现有药物非那雄胺与米诺地尔疗效有限且反应异质，提示除雄激素通路外仍有未知机制。毛囊(HF)具有复杂架构与微环境，周期经历生长期(anagen)、退行期(catagen)与休止期(telogen)；既往机制多来自小鼠模型，人类毛囊细胞异质性及AGA中毛囊干细胞(HFSC)的特异性分子改变尚未系统阐明。该文发表于《Advanced Science》，研究人员通过人头皮配对样本单细胞转录组学切入，定位脱发区HFSC中被沉默的保护性信号轴，并借体内外实验验证其治疗潜能。

主要技术方法概览

研究纳入3例男性AGA患者（25、30、39岁，未用非那雄胺/米诺地尔）经毛囊单位提取(FUE)获取的额部（脱发）与枕部（非脱发）生长期毛囊，行10x Genomics单细胞RNA测序(scRNA-seq)；结合Seurat聚类、Monocle3伪时间、CellChat细胞互作、CUT&Tag转录因子占位、ChIP-PCR与双荧光素酶报告、原代HFSC培养、DHT诱导AGA小鼠模型及Foxy-5（WNT5A激动剂）/ATF3诱导剂/腺病毒过表达或敲低功能验证。

研究结果

2.1 人毛囊单细胞转录组图谱构建：研究人员将毛囊及微环境细胞分为7大类（表皮角质形成细胞、毛囊周期细胞、黑素细胞、免疫细胞、血管细胞、成纤维细胞、平滑肌细胞），细分24亚群；首次提出SFRP1⁺标记人毛囊外层细胞、MSX2⁺标记内层/基质细胞，免疫荧光验证空间定位。

2.2 内层谱系源于基质祖细胞：MSX2⁺群分6态（HMC、mTAC、IRS、CU、MED、CO），伪时间显示HMC为起源，枕部终末偏向CO、额部偏向IRS。

2.3 外层亚群空间与互作：SFRP1⁺外层分BG、CP、bTAC、bORS（4亚）、sbORS（2亚）；伪时间与标记分析示BG(KRT15⁺CD34⁺)为HFSC起源；CellChat显示枕部外层-微环境互作（EPHB、NOTCH、DESMOSOME、THBS、COLLAGEN）强于额部，但经典Wnt上调、非经典WNT5A在BG中额部下调。

2.4 脱发区HFSC的WNT5A沉默：BG分3亚簇(LMCD1⁺、MGST1⁺、KRT7⁺)；伪批量差异分析示额部HFSC广泛下调，ncWNT outgoing信号减弱，小提琴图与IF证实WNT5A在额部KRT15⁺ HFSC中表达沉默。

2.5 WNT5A激活ATF3并抑AGA：差异基因富集转录因子ATF3最显著；Foxy-5体内外升ATF3，AGA小鼠中Foxy-5加速脱毛区再生、增大毛球、增厚皮下层，Box5（抑制剂）加重脱发。

2.6 WNT5A–ATF3–FOSB轴确立：CUT&Tag获22146个ATF3峰（19.48%启动子），JASPAR预测FOSB启动子高分位点，ChIP-PCR/双荧光素酶证实ATF3结合并激活FOSB；人额部HFSC中FOSB蛋白与转录本均降。

2.7 ATF3促毛发生长且介导WNT5A效应：ATF3诱导剂模拟Foxy-5效果，腺病毒敲低Atf3削弱Foxy-5促再生作用，证实WNT5A依赖ATF3抗AGA。

2.8 FOSB释放HFSC增殖潜能：Fosb过表达加速AGA小鼠再生、升Ki67⁺矩阵细胞数；生理敲低无表型但DHT应激下加重脱发，示FOSB为抗性效应分子。

讨论与结论翻译

讨论指出，该研究整合scRNA-seq、CUT&Tag、原代HFSC与AGA小鼠模型，建人头皮毛囊（健康与病理）单细胞图谱，明确WNT5A–ATF3–FOSB轴下调为AGA关键致病因素，恢复该轴关联抗病进展；SFRP1为人外层新标记，BG-HFSC为非经典WNT5A信号收发中心；Foxy-5不干扰经典β-catenin通路故逆转脱发，区别于重组WNT5A；ATF3为应激响应因子、FOSB属AP-1复合体，二者或超出线性调控而参与协同；局限含样本量小、FUE未捕真皮乳头细胞(DPC)、缺HFSC特异性敲除鼠、WNT5A→ATF3中间件（如Ca²⁺应激）未明及致癌性转录因子临床转化需审慎。

结论：研究发现并验证WNT5A–ATF3–FOSB轴在AGA毛囊干细胞中沉默驱动疾病进展，重建该轴可抵抗AGA恶化，为脱发治疗提供新靶点。