1.皮肤干细胞的分类、定位
皮肤是人体最大的器官,它被覆在身体表面,由表皮、真皮、皮下组织及附属器组成。在抵御微生物入侵、紫外线辐射以及防止水分的丢失、调节体温和维持人的外貌等方面,皮肤干细胞都起着十分重要的作用。
皮肤具有极强的修复和再生能力,这与皮肤干细胞的存在有着直接的关系。虽然目前对皮肤干细胞的位置、种类和数量报道不一,但科学家研究较多的主要有表皮干细胞和毛囊干细胞。
表皮干细胞是各种表皮细胞的祖细胞,来源于胚胎的外胚层,具有双向分化的能力。一方面它可向下迁移分化为表皮基底层,进而生成毛囊;另一方面则可向上迁移,并最终分化为各种表皮细胞。
表皮干细胞在胎儿时期主要集中在初级表皮嵴,至成人时呈现片状分布在表皮基底层。表皮干细胞在组织结构中位置相对稳定,一般位于毛囊隆突部皮脂腺开口处与竖毛肌毛囊附着处之间的毛囊外根鞘。
表皮干细胞与定向祖细胞在表皮基底层呈片状分布,在没有毛发的部位如手掌、脚掌,表皮干细胞位于与真皮乳头顶部相连的基底层;在有毛发的皮肤处,表皮干细胞则位于表皮基部的基底层。其中有1%~10%的基底细胞为干细胞。
不同发育阶段的人,皮肤表皮干细胞的含量不同。胎儿期表皮基底层增殖细胞均为表皮干细胞和短暂扩增细胞;而少儿表皮基底层中部分细胞为表皮干细胞和暂时扩增细胞;成人表皮干细胞和暂时扩增细胞所占比例则进一步降低。
美国的研究人员发现,在毛囊中发现的干细胞毛囊是皮肤附属物之一,多位于真皮之上。由于最初在毛球部发现有显著的细胞分裂,因而早期人们认为毛球是细胞分裂及毛囊生长期起始的重要部位。
1990年,科学家曾经对小鼠皮肤进行实验,在掺入标记4周后发现毛母质细胞不含有标记而95%以上的毛囊隆突部细胞仍保持标记。同时,从形态学上看,隆突细胞体积小,有卷曲核,透射电镜检查发现其胞浆充满核糖体,而且缺乏聚集的角蛋白丝。细胞表面有大量微绒毛,是典型的未分化或“原始状”细胞。
因而科学家提出了毛囊干细胞处在隆突部的结论。随后,多个实验进一步支持了毛囊干细胞定位于隆突部的理论。
2.皮肤干细胞在临床上的表现
皮肤干细胞在临床上主要表现在以下几个方面:
第一,在细胞替代治疗中的应用。当皮肤受到外伤、疾病等的损伤时,位于皮肤表皮基底层和毛囊隆突的皮肤干细胞就会在内外源因素的调控下,及时增殖分化生成相关细胞,以修复机体受损表皮、毛囊等结构。
特别是大面积重度烧伤、广泛斑痕切除、外伤性皮肤缺损以及皮肤溃疡等导致的严重皮肤缺损,仅仅依靠创面自身难以实现皮肤的再生,这需要足够的皮肤替代物进行修复。这时,可以进行自体皮肤细胞的培养并应用于创面覆盖。
培养的皮片在体外及移植在创面后,都保持有正常表皮的自我更新能力,即保留了干细胞自我更新与分化潜能的特性。培养的表皮除用于自体移植外,还用于异体移植,如应用于慢性溃疡与二度烧伤创面,直接利用皮肤干细胞进行组织原位修复。
第二,在组织工程中的应用。人工真皮是利用组织工程技术形成商品化用于临床的真皮替代物,它可诱发正常的皮肤愈合过程。
现在,人工真皮已用于治疗大面积烧伤病人的暂时性皮肤覆盖及慢性皮肤溃疡的治疗。
第三,在基因治疗中的应用。干细胞由于具有高度自我更新和多向分化的潜能,因此其一直是基因治疗首选的靶细胞。
将表皮干细胞作为皮肤遗传性疾病等基因治疗的靶细胞已经成为可能,将外源基因通过逆转录病毒导入表皮干细胞并植入体内后,机体可长期维持转导基因的表达,这就为表皮干细胞应用于基因治疗提供了可靠的依据。
基因治疗除可用于皮肤遗传性疾病治疗外,对于各种原因引起的皮肤肿瘤等也同样适用。如毛囊肿瘤,在了解其发生机制的基础上,通过导入肿瘤抑制基因阻断或抑制肿瘤发生过程,还可将耐药基因或造血生长因子基因导入正常毛囊干细胞或耐药细胞株,从而提高了化疗的耐受力。