Msx2在毛干脱落控制中的作用:调节从毛发脱落到再生的过程中的干细胞龛

Roles of Msx2 in exogen control: modulating the stem cell niche during the transition from hair shedding to regeneration.

作者信息Qi Chen, Wen-Chien Jea, Ting-Xin Jiang, Ping Wu, Chi Zhang, Ji Li, Mingxing Lei, Cheng-Ming Chuong, Ya-Chen Liang
PMID40998254
期刊J Adv Res
发布时间2026-06
DOI10.1016/j.jare.2025.09.040

实验完整度

研究包含体外细胞实验(HaCaT过表达、Co-IP、ELISA、增殖与迁移)和体内小鼠模型(Msx2-KO),结合转录组(RNA-seq、ATAC-seq)及免疫荧光等多层级验证。

主要模型

Msx2基因敲除小鼠(Msx2-KO小鼠) 人角质形成细胞系HaCaT细胞 原代小鼠HFSC和EpdSC

重点核对

Msx2-KO小鼠的构建:敲除外显子2上游的9-kb TK cassette,插入pMC1-neo cassette。 HFSC和EpdSC的分选标记:CD34+CD49f+Sca-1−为HFSC,CD34−CD49f+Sca-1+为EpdSC。 HFSC和EpdSC的分离方法:0.25%胰酶-EDTA 4℃过夜消化背部皮肤。 BrdU标记:腹腔注射50 mg/kg,7天后取材。 TUNEL阳性对照:3 U/mL DNase I处理10分钟。

摘要

引言 毛发周期的毛干脱落阶段,即杵状毛脱落和新毛发生长的时期,是一个关键过渡步骤,涉及显著的结构重塑和粘附变化。尽管其重要性基础性,但调控毛干脱落的分子机制仍大多未知。目的 探讨Msx2在毛干脱落期间调节毛发锚定、毛囊干细胞(HFSC)谱系定向和细胞外基质(ECM)重塑中的作用。方法 我们采用Msx2基因敲除(KO)小鼠、批量RNA测序和晚期毛干脱落转录组比较来鉴定差异表达基因(DEG)和受干扰的通路。此外,进行了蛋白质相互作用测定以进行功能研究。结果 Msx2缺陷小鼠仍能形成含有HFSC的新隆突以进行后续毛发周期,但导致旧隆突和杵状毛锚定失败,引起异常毛发滞留和加速毛发脱落。转录组分析揭示了广泛的转录重编程,尤其是在ECM相关基因中,与Ma x2-KO HFSC和晚期毛干脱落DEG有显著重叠。Msx2-KO小鼠表现出粘附分子下调、HFSC龛完整性破坏、角化增加以及HFSC和毛胚细胞的异常分化。机制上,MSX2直接与SMAD蛋白相互作用调节TGF-β信号,从而调节ECM基因表达并抑制HFSC跨表皮分化。结论 我们的发现确立Msx2作为毛干脱落控制的主要调节因子,协调毛发脱落、HFSC龛稳定性和ECM重塑。这项研究为毛囊周期动力学提供了新的见解,并确定Msx2是促进毛发再生和减轻脱发表型的潜在治疗靶点。

实验结论

提炼研究问题、关键发现与证据,快速把握文章的核心贡献。

研究问题
Msx2在毛干脱落(exogen)阶段如何调控毛囊锚定、HFSC谱系定向和ECM重塑?
核心机制
MSX2直接与SMAD2蛋白相互作用,调节TGF-β信号通路,从而调节ECM相关基因表达并抑制HFSC跨表皮分化。
主要证据
Msx2-KO小鼠表现出旧隆突和杵状毛锚定失败、ECM基因下调、凋亡增加及K10/K1异位表达;Co-IP证实MSX2与SMAD2相互作用;Msx2过表达抑制TGF-β1分泌和SMAD2磷酸化。
研究意义
研究揭示毛干脱落控制的新机制,表明Msx2是毛发再生和脱发治疗的潜在靶点。

研究路径

按研究推进顺序梳理实验设计、验证步骤与关键观察。

1

验证Msx2在毛囊周期中的动态表达

确定Msx2在毛囊周期不同阶段的表达定位。

使用RNAscope技术检测P13、P16、P21、P24、P52等时间点WT小鼠毛囊中Msx2 mRNA的表达。

2

分析Msx2缺失对毛囊结构的影响

评估Msx2缺失是否影响旧隆突和杵状毛的锚定。

通过免疫荧光染色K6、BrdU脉冲追踪实验比较WT和Msx2-KO小鼠毛囊结构。

3

转录组分析HFSC差异表达基因

鉴定Msx2缺失导致的转录变化。

对FACS分选的HFSC进行bulk RNA-seq,比较WT和KO差异表达基因。

4

验证ECM和粘附分子表达改变

验证RNA-seq中ECM基因下调。

通过免疫荧光染色检测COLVI、POSTN、FBLN1、ANGPTL2等蛋白表达。

5

检测细胞凋亡和衰老相关表型

评估Msx2缺失是否导致凋亡增加和组织异常。

通过cleaved caspase-3免疫荧光和TUNEL染色检测凋亡,HE染色观察组织学变化。

6

分析HFSC分化方向改变

探究Msx2缺失是否促进HFSC向表皮分化。

通过免疫荧光检测K10和K1在隆突区域的异位表达。

7

研究TGF-β和Wnt信号通路改变

探究Msx2缺失对TGF-β和Wnt信号的影响。

通过KEGG/IPA分析、ATAC-seq、Co-IP、免疫荧光检测pSMAD2和LEF1等。

8

体外验证Msx2功能

验证Msx2过表达对TGF-β信号和细胞行为的影响。

在HaCaT细胞中过表达Msx2,通过ELISA、Western blot、CCK-8、Transwell等检测。

研究方法

按研究目的归类文中使用的方法,便于定位所需技术。

产品清单

实验环节名称品牌货号
5-溴-2'-脱氧尿苷SigmaB9285
伊红YSigmaHT1101-16
二甲苯Thermo Scientific6601
正常山羊血清SigmaG9023
牛血清白蛋白SigmaA3059
吐温-20SigmaP9416
DAPI染料Thermo Scientific62248
Alexa Fluor 488二抗InvitrogenA11029
Alexa Fluor 594二抗InvitrogenA11072
TUNEL检测试剂盒Roche11684817910
脱氧核糖核酸酶IRoche10104159001
RNAscope探针Advanced Cell Diagnostics--
胰蛋白酶-EDTA溶液SigmaT4049
70微米细胞过滤器Falcon352350
40微米细胞过滤器Falcon352340
CD34-BV421抗体BD Horizon562608
Sca-1-FITC抗体eBioscience11-5981-82
CD49f-PE抗体eBioscience12-0495-83
Drag5染料eBioscience65-0880-92
AllPrep DNA/RNA微量提取试剂盒Qiagen80284
Tn5转座酶Illumina15027866
Zymo DNA纯化浓缩试剂盒--D4014
NEBNext高保真PCR预混液New England BiolabsM0541
SYBR Green I染料InvitrogenS7563
MEM培养基ProcellPM150411
胎牛血清ProteintechPM00011
青霉素-链霉素ProcellPB180120
聚乙烯亚胺Polysciences Inc.--
慢病毒浓缩液Takara Bio--
聚凝胺SigmaTR1003
嘌呤霉素BeyotimeST551
免疫沉淀裂解缓冲液Thermo Scientific87787
Protein A/G PLUS-琼脂糖珠Santa Cruzsc-2003
PVDF膜MerckIPVH00010
人TGF-β1 ELISA试剂盒Absinabs552208
CCK-8检测试剂盒Absinabs50003
基质胶Corning--
结晶紫SolarbioG1064

关键环节

汇总复现实验时建议重点确认的条件及原文阅读提示。

环节核对要点
动物模型
Msx2-KO小鼠构建:9-kb TK cassette去除,pMC1-neo插入NdeI位点;WT对照为C57BL/6J小鼠。
阅读提示:Materials and methods, Animal models
BrdU标记
BrdU剂量:50 mg/kg,腹腔注射;取材时间:注射后7天。
阅读提示:Materials and methods, BrdU administration
FACS分选
HFSC和EpdSC分选标记:CD34+CD49f+Sca-1− (HFSC),CD34−CD49f+Sca-1+ (EpdSC);组织消化:0.25%胰酶-EDTA 4℃过夜。
阅读提示:Materials and methods, FACS
RNA-seq分析
差异基因筛选阈值:|FC| > 2, FDR < 0.05;参考基因组:GRCm38/mm10。
阅读提示:Materials and methods, Bulk RNA-seq analysis
ATAC-seq分析
建库步骤:Tn5转座酶37℃ 30分钟;PCR扩增循环数由qPCR确定;峰值调用参数:MACS2 q < 0.01, shift size=100, extension size=200。
阅读提示:Materials and methods, Omni-ATAC-seq library preparation and analysis
免疫荧光
抗体稀释比和品牌:FOXC1 (1:200, 8758 Cell Signaling), pSMAD2 (1:100, 3101 Cell Signaling), K15 (1:200, MA1-90929 Thermo), K10 (1:100, 39-5300 Thermo), K1 (1:100, PA5-114755 Thermo)等。
阅读提示:Materials and methods, Immunofluorescence and TUNEL staining
体外实验
HaCaT细胞培养条件:MEM+15%FBS+1%P/S;Msx2过表达载体:CSII-CMV-MCS-IRES2-Bsd;转导:150 μL浓缩病毒+4 μg/mL polybrene;筛选:2 μg/mL puromycin。
阅读提示:Materials and methods, Lentivirus induction of Msx2 overexpression in keratinocytes