2022年12月11日,國際學術期刊Advanced Science在線發表中國科學院上海營養與健康研究所王瑩研究組和時玉舫研究員題為“SCD1 Sustains Homeostasis of Bulge Niche via Maintaining Hemidesmosomes in Basal Keratinocytes”的研究論文,發現并揭示硬脂酰輔酶A去飽和酶1(stearoyl-coenzyme A desaturase 1,SCD1)介導的脂肪酸代謝調控表皮細胞影響靜息毛囊干細胞(hair follicle stem cells,HFSCs)的干細胞龕形成新特征與新機制。
干細胞龕對于維持干細胞靜息狀態,調控干細胞的活動與命運具有重要作用。盡管很多研究揭示不同組織器官中干細胞龕的組織特異性特征,然而,對于其形成機制與平衡狀態的維持機制仍了解有限。在毛囊中,HFSCs的動員具有周期性,其所處的干細胞龕,即毛囊隆突部(bulge region),通過整合多種信號,調節HFSCs的靜息與活化,保證其能夠在整個生命過程中維持毛發生長。
SCD1是催化飽和脂肪酸變為單不飽和脂肪酸的限速酶,該基因的缺失或突變會引起皮膚毛發顯著減少。該研究發現,在毛發生長的周期過程中,Scd1的表達呈周期性變化。當SCD1缺失時,皮膚毛囊處于持續伸長狀態,無論在第一個毛發生長周期還是剃毛誘導毛發生長過程中,均不能呈現經典的hair cycle形態變化,引起毛囊bulge形成障礙,無法為靜息HFSCs提供儲存場所。該研究發現,SCD1缺失引起的毛發減少并不是因為其直接影響HFSCs,也不是因為其調控微環境中的間質細胞、免疫細胞,而是由于K14角質形成細胞中缺失SCD1所造成。當K14角質形成細胞中缺失SCD1時,基底角質形成細胞上整合素(integrin)α6表達顯著下降,引起皮膚半橋粒結構組裝減少,整合素下游FAK-PI3K信號通路過度活化,促進角質形成細胞的增殖和角質化,從而抑制毛囊和外根鞘縮短,無法形成毛囊bulge結構。通過阻斷PI3K過度活化或以油酸糾正SCD1介導的脂肪酸代謝異常,均可以有效地恢復SCD1缺失小鼠的半橋粒結構、毛囊bulge結構、靜息HFSCs和毛發生長。該研究發現了脂肪酸代謝調控HFSCs干細胞龕形成和穩態維持的新機制,為理解毛發生長和皮膚穩態維持提供了重要的理論基礎。
中國科學院上海營養與健康研究所博士畢業生薛月晴為該論文的第一作者,王瑩研究員、時玉舫研究員為共同通訊作者。本項研究得到了中國科學院上海營養與健康研究所孔祥銀研究員和秦駿研究員、上海大學廖新化教授、德國明斯特大學Lydia Sorokin教授的大力支持。特別感謝廣州醫科大學張笑人研究員、上海交通大學醫學院免疫學研究所王宏林教授給予的支持和幫助。該研究獲得了科技部國家重點研發計劃、中國科學院戰略性先導專項、國家自然科學基金委和中國科學院的經費支持,同時也得到了中國科學院上海營養與健康研究所公共技術平臺和動物平臺的支持。

圖. 硬脂酰輔酶A去飽和酶1影響HFSCs-bulge形成的分子機制示意圖
文章鏈接:https://doi.org/10.1002/advs.202201949