人類一直有“長生不老”的夢想，而作為機體最大器官的面板，是個體看起來是否年輕的關鍵決定因素。
近日，來自中科院上海營養與健康研究院的張亮團隊，在《自然·衰老》雜誌發表了關於防止面板衰老的重要研究成果[1]。
他們藉助巧妙的小鼠模型，揭示了MiR-31透過MAPK/ERK通路調控生物毛囊幹細胞功能，驅動了面板衰老。
特別具有臨床意義的是，他們發現已獲批的MAPK/ERK抑制劑能阻斷這一過程，從而防止面板老化。
論文首頁截圖
面板衰老可以體現在多個方面，例如毛髮變白、變細、皺紋的出現，以及傷口癒合的延遲等。以往機制研究提示，對於表皮這樣處於不斷快速更替的組織，其衰老大多可以歸因於常駐幹細胞的消失[2]。
毛囊幹細胞位於表皮毛囊隆突部，它是調控毛髮週期性生長的決定因素。紫外線以及輻射等外界因素，能透過改變毛囊幹細胞基因組穩定性而加速面板衰老，然而何種內在因素驅動了毛囊幹細胞衰老尚不清楚。
以往研究闡釋了多種轉錄因子在毛囊幹細胞衰老中的作用，然而MicroRNA(MiR)在其中的調控作用尚不清楚。
為了找到調控毛囊幹細胞功能的關鍵內源性MiR，張亮團隊首先從年輕的8周齡小鼠，和年老的22月齡小鼠的背部面板獲得單個表皮細胞，經過測序發現MiR-31等顯著升高，且原位雜交提示這些升高的MiR-31多位於毛囊幹細胞所處的隆突處。
原位雜交提示，MiR-31在年老小鼠毛囊隆突部位高表達
為了驗證面板衰老後MiR-31升高這一現象，張亮團隊又檢測了年老的人面板中MiR-31的表達水平，發現MiR-31顯著升高。
此外，張亮團隊還構建了一種輻照誘導的面板衰老模型，經輻照處理後，小鼠的面板出現了毛髮變白、皮脂腺縮小以及創傷癒合延遲等面板衰老的表現，而且MiR-31在這一過程中也顯著升高。
以上研究結果說明，MiR-31確實與面板的衰老密切相關。
小鼠毛髮在接受輻照後約5周變白
為了探究毛囊幹細胞在輻照誘導面板衰老中的作用，張亮團隊用示蹤方法標記了小鼠的毛囊幹細胞，結果發現輻照促進小鼠毛囊幹細胞分裂增殖，而且分裂產生的後代細胞會從隆突部逐步進入到表皮之間。不過，沒有接受輻照的小鼠不存在這一現象。
需要指出的是，輻照小鼠毛囊幹細胞的數量在這一過程中會逐漸減少。實際上，以往研究表明這種透皮分化是毛囊幹細胞減少的重要途徑[2]。
那MiR-31和毛囊幹細胞的透皮分化，以及面板衰老之間是什麼關係呢？
輻照（Rad）導致毛囊幹細胞來源的細胞（綠色GFP訊號）出現在小鼠表皮
為了闡明MiR-31透過何種機制導致了面板衰老，張亮團隊構建了在表皮特異性誘導過表達MiR-31的小鼠，觀察發現MiR-31的過表達使得小鼠過早的出現毛髮稀疏等面板衰老的表現。
相比於野生型小鼠（WT），表皮過表達MiR-31小鼠（DTG）出生後55天（P55）即表現出毛髮稀疏等面板老化表現，這一現象在小鼠年老後更為明顯
究其背後原因，原來是MiR-31過表達使得毛囊幹細胞出現了明顯的透皮分化，示蹤小鼠的實驗也再現了這一結果。
如此看來，是MiR-31的過表達促進了毛囊幹細胞的透皮分化，進而導致面板衰老。這提示在小鼠自然老化的過程中，表皮MiR-31本身作為內源性因素，能夠驅動面板衰老。
在MiR-31過表達小鼠（DTG）中，綠色標記的毛囊幹細胞來源細胞逐步出現在毛囊之間的表皮
為了進一步驗證MiR-31的作用，張亮團隊在小鼠的表皮特異性敲除MiR-31基因，發現該小鼠在年老時的面板看起來依然年輕。其面板創口癒合能力也比野生型小鼠強。
在17月齡時，與同齡野生型（WT）對照小鼠相比，表皮特異性敲除MiR-31小鼠（cKO），其面板看起來更有光澤，顯得更為年輕
為了找尋MiR-31發揮作用的分子機制，張亮團隊透過篩選發現，過表達MiR-31小鼠中，ERK通路顯著活化，且ERK在MiR-31表皮特異性敲除小鼠中被抑制。隨後的體外細胞系研究表明：MiR-31透過結合Clock基因的UTR區域，調控CLOCK蛋白表達，進而調節表皮細胞ERK的活化，調節毛囊幹細胞功能。
讓人興奮的結果來了，既然ERK是介導MiR-31作用的關鍵訊號通路，那麼已經批准應用於臨床的該通路抑制劑能否阻止面板老化呢？
帶著這個問題，張亮團隊想到了曲美替尼（Trametinib），這是一種MEK1/2的抑制劑[3]，國內已經批准用於黑素瘤的治療，而MEK正是ERK的上游通路，抑制MEK1/2能夠降低ERK的活化。
在表皮過表達MiR-31的小鼠中，口服曲美替尼使得毛囊幹細胞經皮分化顯著減少，從而減緩了該小鼠的面板衰老。
綠色的數量代表毛囊幹細胞來源的細胞，其出現在了表皮的位置提示有經皮分化，數量越多提示毛囊幹細胞耗竭越多
在輻照誘導的面板衰老模型中，口服曲美替尼顯著改善了小鼠毛髮變白的狀況，而輻照部位絕大部分毛囊也生存了下來。
給小鼠口服曲美替尼改善了輻照導致的小鼠毛髮變白
對於靶向面板的藥物，外用相較於口服更為適合，因此張亮團隊探究區域性外塗是否能發揮類似的作用，為此他們用把曲美替尼做成了一種可以外用的劑型，讓人眼前一亮的是，僅外塗一次就能夠顯著改善輻照誘導的毛髮變白。
面板外塗曲美替尼能夠減少輻照導致的毛髮變白
其實，MEK抑制劑或者ERK抑制劑早已在臨床上應用，面板科醫生常遇到因為口服這兩類藥物而導致的毛囊性丘皰疹，這也是部分患者停藥或者減量使用藥物的重要原因之一[4]。
至於MEK抑制劑為何會導致主要以毛囊性丘皰疹為主的皮損，有機制研究發現，這一現象與MEK抑制劑能夠調控表皮的白介素36γ以及痤瘡丙酸桿菌有關[5]。
總的來說，張亮團隊的研究成果雖然找到了一種延緩面板衰老的潛在方法，但是仍需要更多的研究來證明這一發現的可行性。
比如，那些口服MEK或者ERK抑制劑患者表皮MiR-31的改變情況如何？口服MEK或者ERK抑制劑，是否阻止了患者的面板衰老呢？
此外，文中證明MEK或者ERK抑制劑能夠阻止輻照誘導的小鼠面板衰老，但是對於生理性衰老的作用尚不清楚，MEK或者ERK抑制劑的長期應用仍需謹慎權衡利弊。
參考文獻：
1. Matsumura H, Mohri Y, Binh NT, et al. Hair follicle aging is driven by transepidermal elimination of stem cells via COL17A1 proteolysis. Science. 2016;351(6273):aad4395. doi:10.1126/science.aad4395
2. Ermolaeva M, Neri F, Ori A, Rudolph KL. Cellular and epigenetic drivers of stem cell ageing. Nat Rev Mol Cell Biol. 2018;19(9):594-610. doi:10.1038/s41580-018-0020-3
3. Escuin-Ordinas H, Li S, Xie MW, et al. Cutaneous wound healing through paradoxical MAPK activation by BRAF inhibitors. Nat Commun. 2016;7:12348. Published 2016 Aug 1. doi:10.1038/ncomms12348
4. Wang CJ, Brownell I. BRAF Inhibitors for the Treatment of Papulopustular Eruptions from MAPK Pathway Inhibitors. Am J Clin Dermatol. 2020;21(6):759-764. doi:10.1007/s40257-020-00539-7
5. Satoh TK, Mellett M, Meier-Schiesser B, et al. IL-36γ drives skin toxicity induced by EGFR/MEK inhibition and commensal Cutibacterium acnes. J Clin Invest. 2020;130(3):1417-1430. doi:10.1172/JCI128678
本文作者丨熱愛醫學的小朱
責任編輯丨BioTalker
