毛囊是皮肤的小型上皮器官，在毛发周期（分为休止期、生长期和退行期）中维持毛发再生。在毛发周期从休止期过渡到生长期期间，毛胚 (HG)首先感知来自微环境的信号并比隆起区细胞更早增殖，提供能量并成为毛发再生初始步骤的主要环节。这个过程是涉及大量代谢的能量消耗。
自噬作为一个动态的循环系统，为细胞更新和体内平衡产生新的构件和能量。线粒体自噬对组织再生至关重要，线粒体自噬是毛发再生的充分和必要条件。研究发现，在脱毛小鼠模型背部施加激活自噬的小分子可促进毛发再生。
2024年8月1日，重庆大学雷明星教授团队在综合类TOP期刊Research（中科院一区，IF=11）发表题为Mitophagy Promotes Hair Regeneration by Activating Glutathione Metabolism”的文章，发现发现线粒体自噬通过调节谷胱甘肽 (GSH) 代谢促进毛胚 (HG) 细胞的增殖。
毛囊干细胞（HFSC）的发育和毛发再生过程离不开代谢的参与，其中乳酸脱氢酶活性可加速毛囊干细胞（HFSC）的活化和毛发周期。谷胱甘肽（GSH）在干细胞分化和细胞增殖过程中起着重要作用。下调谷胱甘肽（GSH）代谢可增强和稳定干细胞分化过程，谷胱甘肽（GSH）含量较高的干细胞具有更强的干性、转移和增殖能力。谷氨酸-半胱氨酸连接酶催化亚基（GCLC）和溶质载体家族成员SLC7A11表达增加可调节谷胱甘肽（GSH）代谢，促进谷胱甘肽（GSH）合成，并显著增加华氏巨球蛋白血症细胞的增殖。
本研究中为了探索线粒体自噬在毛发再生中的作用，研究人员分析了处于休止期和生长期早期的小鼠毛囊，观察到生长期早期毛胚 (HG) 的线粒体自噬活性增强。使用脱毛、剃毛和皮肤类器官模型进行的功能研究表明，毛胚 (HG) 细胞首先启动线粒体自噬，以消除退行期可能因细胞凋亡而受损的线粒体。线粒体自噬通过调节为毛胚 (HG) 细胞增殖提供能量的谷胱甘肽（GSH）代谢来促进毛发周期转变并加速毛发再生。老化的毛胚 (HG) 细胞也可以在线粒体自噬或谷胱甘肽（GSH）代谢激活后重新被激活进行再生。本研究揭示了线粒体自噬通过调节谷胱甘肽（GSH）代谢来调控毛发再生的过程，为解决影响人类脱发问题开辟了新的途径。
图1 毛发再生示意图（在毛囊从休止期向早期生长期的过渡期间，毛胚中的线粒体自噬活性升高）
抑制素2
在线粒体去极化或蛋白酶体依赖性外膜破裂过程中，抑制素2（PHB2）通过LC3相互作用区域结构域与LC3结合，参与靶向线粒体自噬降解。抑制素2（PHB2）在维持线粒体代谢、修复线粒体损伤中起重要作用。过表达抑制素2（PHB2）可以激活线粒体自噬，恢复线粒体活性。反之，抑制素2（PHB2）的低表达或抑制，下调了线粒体自噬功能。
研究人员剃掉 7 周龄 C57BJ/6 小鼠背部皮肤上的毛发，通过小分子（KYP-2047）抑制素2激动剂给药，激活线粒体自噬-抑制素2（PHB2）/LC3-谷胱甘肽（GSH）通路。给药后第 24 天，小鼠背部皮肤目标区域明显出现毛发再生，而对照组未观察到毛发再生。免疫荧光染色显示，KYP-2047 处理后，毛胚 (HG) 中瞬时扩增细胞 (5-溴脱氧尿苷 [BrdU+ ]) 显著增加，表明干细胞被激活，而对照组未观察到增殖细胞。这些结果表明，激活抑制素2（PHB2）可以激活线粒体自噬，清除不健康或受损的线粒体，加速毛发再生过程中的休止期到生长期的转变过程。
图2 线粒体自噬（抑制素2）激动剂 KYP-2047 诱导毛发再生
图3 线粒体自噬(抑制素2)抑制黄腐酚 XN 抑制毛发再生
谷胱甘肽(GSH)
谷胱甘肽（GSH） 是由谷氨酸、半胱氨酸和甘氨酸合成的三肽，在细胞信号传导和抗氧化过程中起重要作用。
为验证谷胱甘肽（GSH）是否影响毛发再生，研究人员给7周龄剃毛小鼠腹腔注射谷胱甘肽（GSH）。解剖显微镜、H&E染色和免疫荧光染色显示，谷胱甘肽（GSH）治疗组的毛发再生加速，毛囊中的瞬时扩增细胞 (5-溴脱氧尿苷 [BrdU+ ]) 细胞明显多于对照组。
图4 谷胱甘肽（GSH）诱导毛发再生
相反，在拔背毛后对小鼠进行腹膜内注射 DL-丁硫氨酸 (S,R)-亚砜亚胺 (BSO)（这是一种能有效抑制谷胱甘肽GSH合成的小分子），并观察到 BSO 注射导致毛发再生延迟。
图5 谷胱甘肽（GSH）合成抑制剂BSO 抑制毛发再生
衰老型脱发
组织和器官在衰老过程中经历结构和功能衰退，再生能力下降。通过线粒体自噬及时从细胞中清除受损的线粒体是损伤和修复过程中细胞稳态和存活的重要质量控制机制。老化毛囊中的线粒体自噬水平降低，如果线粒体自噬的激活可以加速毛囊由休止期向生长期的转变，那么也可以恢复老化毛囊的自我修复能力，促进毛发再生。
为探索在老年小鼠中激活线粒体自噬 PHB2/LC3-谷胱甘肽（GSH）通路能否促进毛发再生，研究人员将18月龄C57小鼠剃毛后，在背部皮肤上涂抹LC3激动剂P3Oβ或腹腔注射GSH。结果表明，给药后第45天，LC3激动剂P3Oβ和谷胱甘肽（GSH）治疗组小鼠背部毛发再生。
图6 LC3激动剂P3Oβ 和 GSH 可诱导老年小鼠毛发再生
结语
本研究表明，激活抑制素2（PHB2/LC3）通路或补充谷胱甘肽（GSH）可缩短小鼠的毛发周期并促进毛发再生，这表明其具有潜在的临床应用价值。本研究创新性地揭示了自噬效应在代谢调控和组织再生中的意义，并筛选出出 KYP-2047、P3Oβ、GSH等多个可以促进毛发再生的小分子药物，该工作为毛发再生药物的研发提供了新思路，为解决脱发问题开辟了新途径。
参考文献：Wang D, Jiang J, Wang M, Li K, Liang H, Wang N, Liu W, Wang M, Zhou S, Zhang M, et al. Mitophagy Promotes Hair Regeneration by Activating Glutathione Metabolism. Research 2024;7:Article 0433. https://doi.org/10.34133/research.0433
