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Protein&Cell | 曲静/刘光慧/张维绮/王思揭示衰老保护化合物槲皮素促进毛发再生机制

日期:2022-12-27  浏览次数:8678

来源:BioArt

随着人们生活节奏的加快、生活压力的增大以及老龄化的持续加剧,脱发人数不断增加,我国现有逾亿人饱受脱发困扰。脱发的主要原因之一是毛囊干细胞激活障碍导致毛囊无法进入生长期。目前,治疗脱发的有效药物还较少,且具有一定的副作用。因此,揭示毛囊干细胞激活的分子调控机制,开发安全高效促进毛发再生的干预策略至关重要。

近日,中国科学院动物研究所曲静课题组、刘光慧课题组,中国科学院北京基因组研究所张维绮课题组以及首都医科大学宣武医院王思课题组合作,在Protein & Cell杂志在线发表题为 Single-cell Profiling Reveals a Potent Role of Quercetin in Promoting Hair Regeneration 的研究论文。该研究报道了具有延缓衰老活力的天然小分子化合物槲皮素可有效促进毛发再生,并通过绘制槲皮素促进毛发再生的高分辨率动态时序单细胞转录图谱,系统揭示了槲皮素通过激活毛囊微环境内皮细胞中HIF-1通路进而促进毛发再生的分子机制,为槲皮素治疗脱发的转化医学应用提供了科学依据。

槲皮素是一种类黄酮天然小分子化合物,广泛存在于植物性食品中,包括绿叶蔬菜、西红柿、浆果和西兰花等。以往的研究显示,槲皮素具有抗氧化、抗炎、抗癌、抗病毒及衰老调控等活性。在该项研究中,研究人员发现通过背部涂抹以及口服灌胃槲皮素两种方式均能有效促进小鼠的毛发再生。为了探究槲皮素促进毛发再生的作用机制,研究人员在小鼠毛囊的第二个静止期进行背部涂抹槲皮素处理,并分别在第0天、第3天、第9天以及第15天四个时间点收集对照组和处理组的皮肤组织样品,进行单细胞转录组测序。研究发现槲皮素处理后毛囊细胞的数量显著增加,抑制毛囊干细胞激活的BMP信号显著下调。进一步对毛囊循环部细胞进行分析,发现槲皮素处理可促进毛囊前体细胞和毛囊干细胞的持续分化。由于毛囊微环境对毛囊干细胞的激活十分重要,研究人员对毛囊周围间质细胞与毛囊干细胞间的通讯做了进一步分析。结果发现,槲皮素处理可显著增强内皮细胞与毛囊干细胞之间的通讯强度,同时促进了内皮细胞的增殖和迁移活力。在分子水平,内皮细胞中HIF-1α表达量显著升高,提示槲皮素刺激的毛囊微环境内皮细胞HIF-1信号激活可能是槲皮素促进毛发再生的机制之一。

通过系列体外实验,研究人员进一步发现槲皮素处理可促进皮肤微血管内皮细胞中HIF-1α蛋白的表达,并提升了内皮细胞的增殖和迁移能力。同样,在内皮细胞中过表达HIF-1α也能提升内皮细胞的增殖和迁移能力。此外,研究人员通过对小鼠背部涂抹HIF-1α激动剂DMOG,发现内皮细胞数量也可以被诱导增多,并伴随着毛发再生能力的增强。以上实验结果提示,槲皮素可通过激活内皮细胞中HIF-1信号通路促进毛发再生。该研究成果为槲皮素以及靶向激活HIF-1通路治疗脱发提供了新的思路和策略。


该研究首次通过绘制衰老保护化合物槲皮素促进毛发再生的高分辨率动态时序单细胞转录图谱,系统揭示了槲皮素促进毛发再生的作用机制,拓宽了槲皮素药物的适应症,强化了衰老和再生之间的科学联系,同时也为发展靶向干预内皮细胞中HIF-1信号通路治疗脱发奠定了理论基础。


图:槲皮素促进毛发再生的潜在机制

中国科学院动物研究所曲静研究员、中国科学院动物研究所刘光慧研究员、中国科学院北京基因组研究所张维绮研究员以及首都医科大学宣武医院王思研究员为该论文共同通讯作者。首都医科大学宣武医院助理研究员赵倩、中国科学院动物研究所博士研究生郑彦东、中国科学院上海药物研究所赵东昕研究员为该论文共同第一作者。


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https://ngdc.cncb.ac.cn/regeneration/landscape?project=Mouse_Skin_Que


原文链接: https://academic.oup.com/proteincell/advance-article/doi/10.1093/procel/pwac062/6845573