Pre-aggregation of scalp progenitor dermal and epidermal stem cells activates the WNT pathway and promotes hair follicle formation in in vitro and in vivo systems

doi:10.1186/s13287-019-1504-6

.2019年12月19日；10(1):403.

doi:10.1186/s13287-019-1504-6。

头皮祖细胞真皮和表皮干细胞的预聚集激活WNT通路并促进体内外系统中毛囊的形成

苏一群^1 2 三, 杰文^1 2, 朱俊荣⁴, 谢志伟^1 2 5, Chang Liu（刘畅）^1 2, 川马^1 2, 群章^1 2, Xin Xu（新旭）^6 7 8, 吴寻伟^9 10 11

附属公司

¹山东大学口腔医学院组织工程与再生系，济南，中国。
²山东省口腔组织再生重点实验室和山东省口腔材料与口腔组织再生工程实验室，济南，中国。
^三山东大学口腔医学院种植科，济南，中国。
⁴中国湖北省武汉市湖北省妇幼医院。
⁵中国山东东营胜利油田中心医院口腔科。
⁶山东省口腔组织再生重点实验室和山东省口腔材料与口腔组织再生工程实验室，济南，中国。xinxu@sdu.edu.cn。
⁷山东大学口腔医学院种植科，济南，中国。xinxu@sdu.edu.cn。
⁸山东大学口腔医学院，山东省济南市文化西路44-1号，邮编：250014。xinxu@sdu.edu.cn。
⁹山东大学口腔医学院组织工程与再生系，济南，中国。xunwei_2006@hotmail.com。
¹⁰山东省口腔组织再生重点实验室和山东省口腔材料与口腔组织再生工程实验室，济南，中国。xunwei_2006@hotmail.com。
¹¹山东大学口腔医学院，山东省济南市文化西路44-1号，邮编：250014。xunwei_2006@hotmail.com。

PMID： 31856904
预防性维修识别码： PMC6921573型
内政部： 10.1186/13287-019-1504-6

头皮祖细胞真皮和表皮干细胞的预聚集激活WNT通路并促进体内外系统中毛囊的形成

苏一群等。干细胞研究与治疗. 2019.

.2019年12月19日；10(1):403.

doi:10.1186/s13287-019-1504-6。

作者

苏一群^1 2 三, 杰文^1 2, 朱俊荣⁴, 谢志伟^1 2 5, Chang Liu（刘畅）^1 2, 川马^1 2, 群章^1 2, Xin Xu（新旭）^6 7 8, 吴寻伟^9 10 11

附属公司

¹山东大学口腔医学院组织工程与再生系，济南，中国。
²山东省口腔组织再生重点实验室和山东省口腔材料与口腔组织再生工程实验室，济南，中国。
^三山东大学口腔医学院种植科，中国济南。
⁴中国湖北省武汉市湖北省妇幼医院。
⁵中国山东东营胜利油田中心医院口腔科。
⁶山东省口腔组织再生重点实验室和山东省口腔材料与口腔组织再生工程实验室，济南，中国。xinxu@sdu.edu.cn。
⁷山东大学口腔医学院种植科，济南，中国。xinxu@sdu.edu.cn。
⁸山东大学口腔医学院，山东省济南市文化西路44-1号，邮编：250014。xinxu@sdu.edu.cn。
⁹山东大学口腔医学院组织工程与再生系，济南，中国。xunwei_2006@hotmail.com。
¹⁰山东省口腔组织再生重点实验室和山东省口腔材料与口腔组织再生工程实验室，中国济南。xunwei_2006@hotmail.com。
¹¹山东大学口腔医学院，山东省济南市文化西路44-1号，邮编：250014。xunwei_2006@hotmail.com。

PMID： 31856904
预防性维修识别码： PMC6921573型
内政部： 10.1186/s13287-019-1504-6

摘要

背景：制药公司每年投资数十亿美元，寻找治疗脱发的新方法；然而，挑战依然存在。毛囊研究的一个主要局限性是缺乏使用人类细胞的有效药物筛选系统。类器官是从干细胞衍生出来的三维体外结构，为研究器官发育、组织再生和疾病发病机制提供了新的机会。本研究主要研究人类毛囊类器官的形成。

方法：头皮源性真皮祖细胞与包皮素源性表皮干细胞以2:1的比例混合，在悬浮液中聚集形成毛囊样器官，毛囊标记物免疫染色和分子染料标记分析证实了这些器官中的真皮和表皮细胞组织。使用体内移植试验检测了类有机物的成毛潜力。

结果：真皮和表皮细胞的预聚集增强了体内毛囊的形成。体外预聚集引发表皮和真皮祖细胞的相互作用，从而激活WNT途径并形成梨形结构，称为I型聚集。细胞追踪分析表明，真皮和表皮细胞自组装成不同的表皮和真皮隔室。组织学上，I型聚集物表达早期毛囊标志物，表明毛囊形态发生的毛钉样阶段。将重组WNT3a蛋白添加到培养基中可以促进这些聚集物的形成，Wnt抑制剂IWP2可以阻断Wnt效应。

结论：总之，我们的系统支持快速形成大量毛囊类有机物（I型聚集物）。该系统为研究上皮-间充质相互作用、评估诱导性毛发干细胞和筛选支持毛囊再生的化合物提供了一个平台。

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利益冲突声明

作者声明，他们没有相互竞争的利益。

数字

图1
在移植过程中，聚集的真皮和表皮细胞产生更多的毛囊。一三组细胞移植后3个月的移植物代表性图像（第1组：Dis.FDer+Dis.Epi，第2组：FDer.Aggs+Dis.Epi，第3组：FDer-Epi-Aggs），关于每组的详细信息见表1的条件1。b定量分析移植体中毛囊的平均数量一; 共4只小鼠(n个 = 4）在每组中进行计数。**c（c）**通过皮下注射三组成人真皮细胞（ADer）与MNE细胞混合（第1组：Dis.ADer+Dis.MNE，第2组，ADer.Aggs+Dis.MME，第3组：ADer-MNE-Aggs），定量每次斑贴试验中形成的混合毛囊平均数；每组的详细信息见表1的条件3，共4只小鼠(n个 = 4）在每组中进行计数**P（P）* < 0.05,***P（P）* < 0.01;****P（P）* < 如图所示，比较两组时为0.005。请注意在年-的轴**c（c）**

图2
真皮和表皮细胞的聚集增强了WNT通路相关基因的表达。**a–l**以1:1的比例收集分离的真皮（Der）、表皮（Epi）或混合真皮-表皮（Ebi-Der）细胞，以进行总mRNA提取（Dis-0 h），而不进行聚集，或将其悬浮24 h以形成聚集物，然后在24 h（Agg-24 h）收集聚集物，以提取总mRNA。总计2×10⁵细胞被用于这个实验。对所有条件下的总mRNA进行RT-PCR显示的基因表达分析，并用看家基因36B4标准化每个基因的相对表达水平。实验重复了三次(n个 = 3). 标有黑线的各组之间的显著性由以下公式确定*P（P）*值如下所示：**P（P）* < 0.05,***P（P）* < 0.01;****P（P）* < 0.005, *****P（P）* < 0.001

图3
胎儿头皮来源的真皮细胞和包皮来源的表皮细胞形成具有极化梨形结构的聚集物。一胎儿头皮来源的真皮细胞与新生儿包皮来源的表皮细胞以1:1的比例混合，在悬浮培养3天（72小时）后形成的聚集物的代表性图像。白色箭头表示具有球形形态的II型聚集体，黑色箭头表示具有珍珠状形状的I型聚集体。右侧面板显示了I型和II型骨料的高倍图像。棒材=200μm。b胎儿头皮来源的真皮细胞和膜染料标记的包皮来源的表皮细胞的混合物形成的3天聚集体的代表性图像。上面板显示带有红色染料标记的表皮细胞的聚集物，下面板显示带有绿色染料标记的上皮细胞的聚集。细胞核用DAPI染色（蓝色）。棒材=50μm。**c（c）**悬浮培养后12、24和48小时收集的胎儿头皮来源的真皮细胞与标记有包皮素的表皮细胞混合形成的聚集物的代表性图像。细胞核用DAPI染色（蓝色）。棒材=50μm。d日使用成人头皮衍生真皮细胞（成人）或胎儿头皮衍生皮肤细胞（胎儿）与相同的包皮素衍生表皮细胞形成的2d（48小时）聚集物的代表性图像。黑色箭头表示I型骨料。巴=500μm。**e（电子）**I类骨料百分比的量化d日; *****P（P）* < 胎儿组与成人组比较时为0.001

图4
I型聚集体呈发钉状结构。**a–i**采集并处理图1a中的三天皮肤-表皮细胞聚集物，进行H&E染色以进行组织学分析，并进行IF染色（红色或绿色）以分析所示的蛋白质表达。细胞核用DAPI（蓝色）染色；黑色箭头表示上皮化结构；白色箭头表示相应蛋白染色阳性。棒材=50μm

图5
WNT途径的激活对于I型聚集体的形成至关重要。一将胎儿头皮来源的真皮细胞与包皮来源的表皮细胞以1:1的比例混合在悬浮液中培养，并在不同的时间点采集，以进行LEF1、WNT10b和K17表达的RT-PCR分析**P（P）* < 0.05, ***P（P）* < 0.01，以及****P（P）* < 与0小时组相比为0.005。b在含有二甲基亚砜（对照）、WNT3a或IWP-2的悬浮培养液中，胎儿头皮来源的真皮细胞与包皮来源的表皮细胞以1:1的比例混合形成48小时聚集物的代表性图像。棒材=500μm。黑色箭头表示I型骨料。**c（c）**I类骨料百分比的量化b, ***P（P）* < 0.01, ****P（P）* < 与对照组相比为0.005

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1. Clevers H，Loh KM，Nusse R.干细胞信号。组织更新和再生的综合计划：Wnt信号和干细胞控制。科学。2014;346(6205):1248012. doi:10.1126/science.1248012。-内政部-公共医学
1. Munera JO，Wells JM。从人类多能干细胞生成胃肠道类有机物。方法分子生物学。2017;1597:167–177. doi:10.1007/978-1-4939-6949-4_12。-内政部-公共医学
1. McCauley HA，Wells JM。多能干细胞衍生有机物：利用发育生物学原理在培养皿中培养人体组织。发展。2017;144(6):958–962. doi:10.1242/dev.140731。-内政部-项目管理咨询公司-公共医学
1. Simunovic M，Brivanlou AH。类胚、类器官和类胃泌素：理解胚胎发生的新方法。发展。2017;144(6):976–985. doi:10.1242/dev.143529。-内政部-项目管理咨询公司-公共医学

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