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理论上，由于干细胞的存在，体内任何类型的细胞和组织都有再生的潜力。但显然，干细胞不能乱来。成体干细胞所处的局部环境严格调控着组织再生的类型和时间。比如毛囊干细胞（HFSC），通常情况下负责促进毛发生长。当紧急情况出现时，比如它们所在的表皮被划破、擦伤，这些干细胞会“转岗”，定向到受伤部位，展现出再生表皮、修复伤口的能力。
▲为了修复皮肤屏障，毛囊干细胞（绿色所示）移动并扩大，开始向表皮细胞系（红色所示）分化（图片来源：参考资料[2]；Credit：Robin Chemers Neustein）
干细胞转变分化潜能，从制造一种细胞改为制造另一种细胞，研究干细胞的科学家称之为“谱系可塑性”。Matthew T. Tierney博士在洛克菲勒大学（Rockefeller University）研究皮肤中的干细胞，他指出，这种谱系可塑性对于再生是“双刃剑”，因为毛囊干细胞及时转入谱系可塑性状态有助于修复伤口，但如果它们不受控制，一直保持修复模式而不退出，则会造成新的问题，比如导致癌症。
最近，Tierney博士与同事在《科学》杂志发表论文，指出有一种维生素在毛囊干细胞如何切换谱系可塑性状态的过程起到了意想不到的关键调节作用：维生素A。细微的浓度差别可能就会导致伤口无法修复或毛发无法再生的两种不同后果。
维生素A，又叫视黄醇，这个名字和视觉有关，很多人知道缺乏维生素A会导致夜盲症。通常我们可以通过食物获得维生素A，比如胡萝卜中富含的β-胡萝卜素就是维生素A的前体，经过代谢生成维生素A储存在肝脏中，然后被送到各种组织。通过一系列酶促反应，维生素A的代谢物维甲酸（也称视黄酸）作为活性生物形式起作用。
一直以来，不少研究发现维生素A以及类似物（统称为类视黄醇）对皮肤和许多其他器官有不可或缺的作用，但具体作用又往往令人费解，甚至相互矛盾。例如类视黄醇对表皮修复既有积极影响又有消极影响，外用类视黄醇可以刺激伤口的毛发生长，但过量类视黄醇会让毛发周期停止导致脱发。
▲类视黄醇已被用在很多药物或化妆品中，用于解决与皮肤有关的问题（图片来源：123RF）
而在这项新研究中，科学家们用小鼠模拟了表皮擦伤的情景，通过高通量筛选的方法，发现维生素A对毛囊干细胞的调控作用是过去未知的功能，也让以前令人费解的一些结果有了解释。
具体来说，他们发现局部环境中可以获得多少全反式维甲酸（atRA）——维生素A的代谢产物，对于毛囊干细胞的命运抉择至关重要。研究人员采用基因工程、饮食干预或局部外涂等多种方式增加或减少小鼠可获得的atRA，都证实了atRA会影响毛囊干细胞在修复皮肤伤口和恢复毛发生长之间的平衡。
当atRA水平太高，毛囊干细胞无法“转岗”进入修复伤口的谱系可塑性状态；相反，atRA水平太低，干细胞会过度关注伤口修复，无法退出谱系可塑性，代价就是牺牲毛发生长。
▲在表皮修复早期，atRA短暂减少，使伤口附近的毛囊干细胞转换命运修复伤口，屏障重组后，atRA水平恢复，促进毛发再生（图片来源：参考资料[1]）
此外，新研究发现atRA并不能独立起作用，而是通过WNT、BMP等蛋白信号分子相互作用，影响干细胞表达不同的基因。而这些下游靶点的揭示，有望为将来治疗与毛发生长、皮肤修复等相关的疾病提供方向，也可以为防治谱系可塑性导致的肿瘤提供途径。
参考资料：
[1] Matthew T. Tierney et al., Vitamin A resolves lineage plasticity to orchestrate stem cell lineage choices. Science (2024) DOI: 10.1126/science.adi7342
[2] Vitamin A may play a central role in stem cell biology and wound repair. Retrieved Mar. 11, 2024 from https://www.eurekalert.org/news-releases/1036957
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