Shelterin复合体TPP1通过激活隆突部毛囊干细胞促进毛发再生

《Aging Cell》：Shelterin TPP1 Promotes Hair Regeneration Through Activating Bulge Hair Follicle Stem Cells

　　

端粒缩短驱动毛囊衰老，然而成功逆转这一衰老过程仍然难以实现。在此，研究人员报告，干细胞中编码TPP1（telomere protection protein 1，端粒保护蛋白1）的基因Acd的过表达，加速了小鼠的毛发再生。TPP1是一种招募端粒酶的shelterin成分。通过局部应用TELODIN（一种抑制TPP1降解的合成八肽）来稳定TPP1蛋白，同样能促进毛发再生。在机制上，增加的TPP1通过协调端粒加帽和端粒酶招募来动员隆突部毛囊干细胞。通过促进毛囊从静止的休止期同步并过渡到增殖的生长期，TPP1驱动bHFSCs的增殖、分化和迁移。这些发现确定TPP1是通过端粒加帽和延伸控制毛发再生的主要调节因子，并表明局部应用TELODIN代表了一种促进毛发生长的新型治疗策略。这项工作为针对端粒的干预治疗脱发建立了一个治疗框架。

端粒作为染色体末端的DNA-蛋白质复合物，保护染色体DNA免受损伤并维持基因组稳定性。端粒的延长由干细胞中的端粒酶活性介导，以对抗衰老相关的端粒磨损。端粒维持对于干细胞的增殖、分化和功能至关重要，其功能障碍易导致多种与年龄相关的疾病，而适当的维持与组织修复和再生紧密相关。毛囊的过早衰老会导致脱发，而毛囊衰老与毛囊干细胞的衰老和端粒维持程序的缺陷密切相关。尽管已知端粒缩短会驱动器官功能下降，但维持端粒长度是否通过扩增再生细胞群直接促进再生，及其潜在机制仍不清楚。为此，研究人员采用遗传学和药理学方法，研究了TPP1对小鼠毛发再生的影响。研究发现，增加TPP1能通过端粒加帽和端粒酶招募加速毛囊从休止期向生长期的转换，从而促进bHFSCs（bulge hair follicle stem cells，隆突部毛囊干细胞）的增殖、分化和迁移，加速毛发再生。这项研究发表在《Aging Cell》上，为端粒靶向干预治疗脱发提供了治疗框架，表明TELODIN介导的TPP1稳定是一种有前景的促进毛发再生策略。

研究人员构建了mAcdflox/flox;Krt14-Cre转基因小鼠模型，在角质细胞中特异性过表达TPP1；利用FACS（fluorescence-activated cell sorting，荧光激活细胞分选术）分选bHFSCs（表面标记为Itga6^high/Itgb1⁺/Sca-1^?/Cd34⁺）；使用IF（immunofluorescence，免疫荧光）和qPCR（quantitative real-time polymerase chain reaction，定量实时聚合酶链反应）检测基因和蛋白表达；通过53BP1抗体和端粒探针进行IF-FISH（immunofluorescence-fluorescence in situ hybridization，免疫荧光-荧光原位杂交）分析端粒DNA损伤；采用scRNA-seq（single-cell RNA sequencing，单细胞RNA测序）对皮肤组织进行细胞分群和轨迹分析；此外还使用了Tert敲除小鼠模型验证端粒酶的作用。动物样本来源于杭州师范大学动物中心饲养的C57BL/6J背景小鼠。

2.1 TPP1 Promotes HFSCs Activation and Hair Regeneration
通过对mAcdflox/flox;Krt14-Cre小鼠进行毛发生长和组织学分析，研究人员发现TPP1过表达显著加速了毛发再生。突变体小鼠的毛囊更早进入生长期，毛囊数量、长度和真皮厚度均显著增加。通过FACS分选发现，过表达TPP1使HFSCs的比例显著上升，并且上调了HFSCs标记物的表达。IF-FISH分析显示，TPP1过表达显著降低了HFSCs和分选的干细胞中的端粒DNA损伤，表明TPP1通过减轻端粒损伤来刺激HFSCs增殖。

2.2 TELODIN Stabilizes TPP1 and Promotes Telogen-to-Anagen Transition in Murine Hair Follicles
通过在小鼠背部皮肤局部应用TELODIN并结合组织学分析和scRNA-seq，得出结论：TELODIN处理显著增加了毛囊数量、真皮厚度和毛发长度，促进了休止期向生长期的转换。单细胞测序分析鉴定出13种不同的细胞群，TELODIN处理后bHFSCs的比例增加了三倍以上，表明TELODIN能通过稳定TPP1促进毛囊周期进展。

2.3 TELODIN Accelerates Hair Growth Cycle by Stabilizing TPP1 and Preventing Telomere Dysfunction
通过FACS、IF和qPCR等技术分析，得出结论：TELODIN显著上调了bHFSCs的多种标记物，促进了bHFSCs的增殖。同时，TELODIN增强了端粒加帽功能，显著减少了TIFs（telomere dysfunction-induced foci，端粒功能障碍诱导的病灶），表明TELODIN通过稳定TPP1增强了端粒加帽，从而预防了端粒功能障碍。

2.4 TELODIN Does Not Rescue the Hair Regeneration Defect Caused by Telomerase Deficiency in Tert Knockout Mice
通过在Tert敲除小鼠中应用TELODIN并观察毛发生长和bHFSCs比例，得出结论：Tert缺失严重损害了毛发再生，而TELODIN处理无法挽救Tert缺乏导致的毛发再生缺陷，也无法改变Tert敲除小鼠的端粒长度。这表明功能性Tert对于TELODIN促进毛发再生和TPP1稳定介导的端粒加帽与延长至关重要。

2.5 Single-Cell RNA Sequencing Reveals TELODIN-Stimulated bHFSCs Differentiation and Migration During Hair Regeneration
通过scRNA-seq和拟时序分析，得出结论：TELODIN处理促进了bHFSCs的增殖，并诱导了隆突细胞的分化和迁移。分析显示TELODIN上调了与细胞周期、细胞分化和细胞外基质组织相关的基因。TELODIN不仅加速了毛囊周期，还显著扩大了由增殖的GCs（germinative layer cells，生发层细胞）分化而来的IRS（inner root sheath，内根鞘）细胞群，证明了TELODIN在bHFSCs动员、毛囊周期加速和干细胞分化中的多方面作用。

在讨论部分，研究人员总结了TPP1通过激活bHFSCs驱动毛发生长周期的作用。TELODIN特异性抑制TPP1降解，促进了bHFSCs的增殖、分化和迁移。此外，端粒触发的信号通路在休止期向生长期转换中介导了HFSCs的增殖和分化。TELODIN增加TPP1表达，促进TERT（telomerase reverse transcriptase，端粒酶逆转录酶）活性以驱动bHFSCs的增殖潜能，且功能性TERT对TELODIN介导的bHFSCs激活至关重要。研究结论部分翻译如下：总之，研究人员证明了在角质形成细胞中条件性诱导TPP1和局部应用TELODIN都促进了bHFSCs的增殖、分化和迁移潜能，加速了从休止期到生长期的过渡和毛发再生。这些发现为基于TELODIN的TPP1稳定和端粒维持提供了一个范式，以对抗由毛囊干细胞复制性衰老引起的脱发。