毛囊间充质祖细胞功能障碍导致与年龄相关的脱发
文章信息
文章题目：Dysfunction of Hair Follicle Mesenchymal Progenitors Contributes to Age-Associated Hair Loss
期刊：Developmental Cell
日期：2020年4月20日
DOI:https://doi.org/10.1016/j.devcel.2020.03.019
摘要
皮肤衰老伴随着毛囊（HF）上皮祖细胞及其间充质位受损而导致脱发。这种诱导性间质，称为真皮乳头（DP），会经历进行性细胞丢失和最终小型化，从而导致HF发病机理。此研究发现HF真皮干细胞（hfDSCs）重构受损的DP，并保持毛发生长，表明hfDSC功能障碍可能触发毛囊诱导性niche的失能。超过24个月的追踪揭示了hfDSC的进行性耗竭，而对衰老的hfDSC的体内克隆分析显示其自我更新受损和分化偏向。单细胞测序确认hfDSCs为一种前体细胞，从而产生不同的间质细胞轨迹。在衰老的皮肤中，hfDSC表现出衰老样的特征，并且在衰老的HF间质中鉴定出与衰老相关的分泌表型。
结果
hfDSC 再生损伤后的DP 且保持在DP 中
对Sox2-GFP aSMATmt小鼠按照C图中的顺序操作。用激光去除毛囊中的DP，敲除后28天拔毛，刺激进入毛发生长期，检测毛囊中DP的细胞组成，可以看到D图中激光敲除DP的DP中，红色更多，也就是TdT+ hfDSC补充到损伤后的DP中。G图补充验证DP位置。
驻留在生长期DP中的TdT + hfDSC在连续的毛发周期内被保留在休止期DP中，并且不会死亡也不会退出并重新加入hfDSC niche.如下图
长期的谱系追踪揭出hfDSCs随着年龄增长而丢失
休止期保留有至少一个 YFP+ hfDSC从2个月到24个月稳定下降。表明年轻的hfDSC丢失或被取代
hfDSC 的后代填充了衰老的DP
平均来说，2个月大的休止期小鼠DP包含26.6个LEF+细胞，24个月大的小鼠下降到16.6个细胞（图F,H）。且两组小鼠中包含的细胞种类也不同（图G）。
衰老的hfDSC持续存在于upperDP中
K图，可以看到，2月龄的小鼠中，标记的hfDSC主要存在于lower DP（suppl DP），而24月龄的小鼠hfDSC在DP中的位置上移，upper DP 又叫Def DP。这种位置变化有显著性差异，如L。DC，dermal cup。
衰老的hfDSC 丢失自我更新和分化为DP的能力
长期追踪hfDSC,实验设计如下图图A。depilate能够诱导毛发进入生长期。图中转基因小鼠标记的是单个hfDSC克隆。不同状态的hfDSC展示如图D-H。分析了4只2月大小鼠 的264个克隆，和4只18月大小鼠 的219个克隆。
对增殖型和非增殖型静止 hfDSC 的定量分析，各种状态的DSC在两组中的变化I-L，而克隆的尺寸没啥变化，图K。hfDSC的自我更新能力、分化成DP的能力随着年龄增长而降低。
分离出的衰老hfDSC在体外对Mitogens PDGF-BB and RSPO3 通路反应更弱
使用ITGA8和CD200作为CTS和hfDSC的分选标志。表达情况见图C，图A-B，实验过程。分离出细胞培养的时候添加PDGF-BB和RSPO3，图D-E。体外培养的细胞对形成的细胞球大小，数量进行比较，图F-I。
单细胞测序揭示一下机制
测序细胞通过FACS分选，过程如下A-B
使用res 0.3，鉴别12个clusters, 注释后取CTS, DP’和Progenitor（PRG） 三个细胞群的子集再聚类。简单画一下marker，下图A-E。
RNA velocity分析和伪时序分析
上图F，可以清晰地看到两个trajectory，从PRG 分别朝向 CTS和DP。再用Monocle2，图G,H.
可以看到DP和CTS就是在不同的分支上，且PRG是起点。DP1，3是DP 分支的终点，看到DP 的亚群之间的谱系关系。不同marker基因在各分支的表达，图I。
以上分析揭示出PRG分化成CTS和DP。做RNAscope实验验证下，总结成下面的示意图。
hfDSC早在12月龄的时候就展示出衰老特征
图A-B中，aged的小鼠，圈出的细胞群显著降低。不同年龄的细胞组成也很不一样，图D。缺失的亚群刚好是DP4，图E中可以看到，DP4中WNT相关基因(Wif1, Frzb, Bmp4，Igfbp5, Ndnf, and Ptch1)表达是上调的。推测，可能是衰老小鼠毛囊中的mesenchymal-epithelial的互作被破坏。所以毛囊再生能力变弱。
接着看亚群中的差异基因，图F。衰老小鼠过表达的基因富集在 AP1(JUN:FOS)-CYR61【和fibroblast的衰老、凋亡相关】。此基因的表达验证见图G，原位杂交。
将差异基因进行KEGG，GSEA通路富集发现，衰老、年轻小鼠的细胞呈现的区别是 衰老相关
衰老改变基因调控网络等
SCENIC分析，图A-D。Lef1主要富集在DP，Tbx18主要在CTS细胞，Ezh2在PRG细胞
鉴定出两个衰老样本特有的区域和一个年轻小鼠特有的区域，图F。主要差别基因图G，二者都有的基因图H。
总结
干细胞衰老影响毛发再生 大龄鼠HF的间质和hfDSC表现出衰老特征 HF间质和DP 都有异质性。