表皮干细胞生物学的分类、功能及应用研究

　　表皮是维持生命及保障各个组织器官发挥功能的重要屏障。表皮细胞和其他细胞一样，在整个生命过程中也会经历细胞的增殖、衰老、凋亡等过程[1].所以表皮细胞需要不断增殖和分化，以此平衡表皮细胞的数量和功能。在此过程中，表皮干细胞（Epidermal stem cells,ESCs）发挥着重要的作用，由此逐渐被人们所关注，成为研究的热点。ESCs 不仅能维持上皮的平衡和再生，同时对损伤上皮的修复也有巨大的贡献[2].本文针对表皮干细胞研究进展，着重叙述了表皮干细胞的分类、定位、特征、功能以及应用前景，旨为相关研究者对表皮干细胞生物学特性及应用有更全面的认识。

　　1表皮干细胞的分类及定位。

　　在正常表皮组织中，表皮干细胞分布于特定位置。如表皮的基底、毛囊、毛囊间、皮脂腺[3],这些干细胞主要发挥维持组织稳定和修复皮肤创伤等作用。因此，有人把表皮干细胞分为基底干细胞、毛囊干细胞、毛囊间干细胞及皮脂腺前体细胞[4].

　　在动物模型中，人们发现成长中老鼠的上皮处于不断更新的状态，尤其是其毛囊细胞，处于一个生长、衰老、静息的状态。这种不断的变化使人们对上皮干细胞定位的研究变得更加复杂[5].目前，人们对毛囊间干细胞和毛囊内干细胞研究的相对较广。

　　1.1 毛囊间干细胞。

　　我们都知道，上皮细胞的增殖和自我更新主要发生于皮肤的基底层。正常情况下，基底层细胞的增殖分裂是不需要其他附属物，如毛囊的协助的，其具有自我增殖能力[6].整个生命过程中，都有上皮细胞的不断更新，所以人们假设，在上皮的基底层存在一部分干细胞。有学者提出类似的模型，认为基底层的干细胞通过短暂的增殖，增殖后的细胞具有定向分化成某种终末分化细胞的能力，这些细胞通过几次或者几十次的增殖分裂，最终形成了表皮中其他类型的组织细胞[7,8].根据这个模型，每一个上皮细胞都可以产生一个子上皮细胞，人们把这种干细胞称为上皮增殖单位（Epidermalproliferative unit,EPU）。每一个 EPU 在都会有不同的终端分化，皮肤的每一层细胞均是以一个 EPU 为中心，然后向周围逐渐分化增殖形成的。同时，在鼠皮肤模型的研究中，通过使用逆转录病毒感染基底部位的细胞，发现一些表皮细胞来源于基底膜处[9].此外，脉冲标签的研究也证明了基底膜处确实存在表皮干细胞。

　　然而，Clayton 等[10-12]通过实验发现，有些细胞并不是完全遵循 EPU 模型。其发现基底部的一些细胞，有些并没有分化增殖而只是数目上的不断增加，于是其用数学分析的方法，提出了定向祖细胞（Committed progenitor,CP）模型。有些上皮干细胞能够定向分裂出两种新的基底细胞，同样也能随机分裂出两种不同类型的定向基底细胞。毛囊间干细胞的分裂模式究竟是 CP 模型还是 EPU 模型，目前还存在争议。但近期的研究表明，两种模型可能同时存在于毛囊干细胞的增殖过程。此外，体外培养人角质细胞时发现 β 1-integrin 阳性的细胞具有很高的增殖潜能，并且这类细胞主要分布于基底层。因此有学者认为 β 1-integrin 可以作为毛囊间干细胞的标记物之一。但是，β 1-integrin 的表达水平与表皮干细胞的直接关系尚未明确，还需进一步验证[13].

　　1.2 毛囊干细胞。

　　目前针对干细胞的研究中，面临的一个挑战是能否找到特殊的干细胞表面分子，从而确定干细胞的种类和定位。Cotsarelis 等[14]首先在毛囊的隆突部发现了毛囊干细胞。毛囊是哺乳动物重要的皮肤附属结构，在此之前，人们一直认为包囊中所产生的细胞全部为基质细胞。但是随着研究的深入，人们发现当把毛囊中的基质细胞全部杀死后，毛囊还是可以从外根鞘中重新长出。此后，Ito 等[15]用遗传跟踪的方法发现毛囊中的一类细胞不仅能促进毛囊增殖 - 凋亡的循环过程，而且能够协助表皮的生长，帮助损伤再修复。Quan 等[16]把大鼠的毛囊进行体外培养发现，体外培养的克隆中，95% 的克隆细胞来源于隆突。由此，越来越多的人认为毛囊中的干细胞发挥着重要的作用，所以人们通常把位于隆突部分的干细胞称为毛囊干细胞。并且人们在毛囊干细胞表面发现了一些特有的表面分子，如角蛋白 15（Krt 15 为大部分隆突干细胞的表面分子，表达这类分子的隆突干细胞具有协助毛囊和表皮生长的功能）、Lgr5（主要促进毛囊的生长）、CD34、Sox9、Lhx2、Tcf3 及 Nfatc 等[17].

　　1.3 其他部位的表皮干细胞。

　　此外，在皮脂腺，汗腺等部位也有表皮干细胞的存在。利用逆转录病毒追踪技术发现，在皮脂腺内有些细胞可以被标记。Horsely 等[18]的研究表明，在皮脂腺的基底层存在一群 BLIMP1 阳性表达的细胞，并且证明这群 BLIP1+细胞可以分化为皮脂腺中所有类型的细胞。在近期的研究中，Plikus 等[17]在汗腺中也发现了表皮干细胞，这些干细胞能协助汗腺导管的产生和修复。