应激诱导的交感神经过度激活驱动毛囊坏死以触发自身免疫

Stress-induced sympathetic hyperactivation drives hair follicle necrosis to trigger autoimmunity.

作者信息Emily Scott-Solomon, Shlomi Brielle, Alexander O Mann, Mark J Khoury, Jingyu Peng, Liana Tellez, Mackenzie Harrigan, Myrto Ziogas, H Amalia Pasolli, Monica Cassandras, Adam J Getzler, Rebecca Freeman, Bing Zhang, Yulia Shwartz, Judith Agudo, Ruth A Franklin, Ya-Chieh Hsu
PMID41308637
期刊Cell
发布时间2026-01-08
DOI10.1016/j.cell.2025.10.042

实验完整度

高

包含小鼠在体应激模型、细胞特异性基因敲除、化学遗传学、在体钙成像、单细胞测序、电镜及T细胞过继转移等多层功能与机制验证。

主要模型

C57BL/6J小鼠急性应激模型(RTX注射与束缚应激) Adrb2毛囊特异性敲除小鼠(Adrb2-HF-cKO) TH-CreER/DBH-Cre Gq-DREADD小鼠 Rag1−/−小鼠CD8+ T细胞过继转移模型

重点核对

RTX注射剂量10 μg/mL,100 μL皮内注射,每日1次,连续1–3天,注射始于中发生长期(P28–P32) 束缚应激每日4小时,连续5天,起始于中发生长期(P26–P28) 6-OHDA化学性交感神经切除剂量250 mg/kg腹腔注射 去甲肾上腺素1 mg/mL,50 μL皮内注射;BAPTA-AM 50 μM皮内注射于RTX前15分钟 CD8+ T细胞过继转移:500,000个细胞尾静脉注射入6–7周龄Rag1−/−小鼠

摘要

应激对健康有深远影响,但其如何损伤组织仍知之甚少。本研究表明,急性应激可迅速引发脱发并启动自身免疫。在应激状态下,过度激活的交感神经释放过量去甲肾上腺素,导致快速分裂的毛囊短暂扩增细胞(HF-TACs)发生坏死,而大多数毛囊干细胞(HFSCs)不受影响。这种差异敏感性源于细胞死亡途径、代谢策略和钙稳态的差异,使HF-TACs更容易受到去甲肾上腺素诱导的钙超载的影响。HF-TACs坏死释放细胞碎片,触发巨噬细胞介导的清除和树突状细胞活化,最终导致自身反应性T细胞的活化和扩增,这些T细胞在炎症刺激下可攻击毛囊。我们的发现揭示了应激如何通过交感神经诱导的坏死机制,立即在高增殖的HF-TACs中造成组织损伤,进而促进自身反应性T细胞的活化,使其能够在未来对同一组织发起攻击。

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
急性应激如何影响高增殖的毛囊短暂扩增细胞(HF-TACs),以及这种损伤是否能启动自身免疫反应?
核心机制
应激导致交感神经过度激活并释放过量去甲肾上腺素,作用于毛囊细胞ADRB2受体,引起HF-TACs胞内钙超载和线粒体损伤,导致坏死;坏死释放自身抗原被cDC1摄取并呈递至淋巴结,激活并扩增自身反应性CD8+ T细胞。
主要证据
小鼠RTX和束缚应激模型显示HF-TACs坏死而HFSCs存活;交感神经切除、Adrb2毛囊特异性敲除、DREADD化学遗传学激活和在体钙成像证实去甲肾上腺素–ADRB2–钙超载轴;scRNA-seq和电镜揭示代谢与死亡方式差异;巨噬细胞清除、cDC1缺陷及CD8+ T细胞过继转移实验证明坏死–cDC1–CD8+ T细胞免疫链路。
研究意义
揭示急性应激通过交感神经诱导的坏死启动自身免疫的机制,为斑秃等应激相关自身免疫病的发生提供解释,并提出一种无需基因突变或免疫接种的野生型小鼠自身免疫启动模型。

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

建立急性应激诱导毛囊损伤模型

验证急性应激是否导致发生长期毛囊细胞死亡和脱发

采用RTX皮内注射和束缚应激两种急性应激方案处理发生长期C57BL/6J小鼠,通过aCAS3免疫染色、H&E和脱发面积定量评估毛囊损伤

2

确定交感神经–去甲肾上腺素轴的作用

验证交感神经激活是否介导应激诱导的毛囊死亡

通过6-OHDA化学性交感神经切除、TH-CreER/DBH-Cre Gq-DREADD化学遗传学局部激活、去甲肾上腺素局部注射及Adrb2毛囊特异性敲除,结合cFOS染色和血去甲肾上腺素ELISA检测

3

解析HF-TACs与HFSCs的差异敏感性基础

揭示为何HF-TACs对去甲肾上腺素敏感而HFSCs相对耐受

对盐水或RTX注射后12小时的发生长期皮肤细胞进行scRNA-seq,比较HF-TACs与HFSCs的增殖、氧化磷酸化、糖酵解、脂肪酸代谢、凋亡相关基因及钙调节基因表达

4

验证钙超载驱动毛囊细胞死亡

检验ADRB2下游胞内钙升高是否是HF-TAC死亡的关键环节

在体钙成像监测去甲肾上腺素注射后毛囊钙变化;皮内注射BAPTA或BAPTA-AM后给予RTX;K14-Cre;CAG-LSL-Gq-DREADD小鼠CNO诱导钙升高

5

鉴定应激诱导的细胞死亡方式

区分应激诱导的HF-TAC死亡与发生期退化(catagen)中的凋亡

通过透射电镜、DAPI核染色、LEF1和aCAS3免疫染色比较RTX后HF-TACs与catagen中细胞的形态学和分子特征

6

评估巨噬细胞对坏死毛囊的清除作用

检验巨噬细胞是否参与清除应激诱导的坏死毛囊细胞

利用CD64-Cre;Rosa-lsl-DTR小鼠经DT清除巨噬细胞,结合H&E、CD64免疫染色和流式细胞术分析毛囊坏死细胞残留及巨噬细胞浸润

7

分析坏死触发的炎症与树突状细胞活化

明确毛囊坏死是否引发炎症反应并激活抗原呈递细胞

流式细胞术检测皮肤中性粒细胞、单核细胞和巨噬细胞;scRNA-seq分析巨噬细胞亚群和DC共刺激分子;流式检测引流淋巴结DC亚群CD86和GFP信号

8

验证自身反应性CD8+ T细胞的活化与攻击能力

检验应激后CD8+ T细胞是否识别并攻击毛囊

从盐水或RTX处理小鼠引流淋巴结分离CD8+ T细胞,过继转移至Rag1−/−小鼠,结合LPS刺激,通过CD3/CD8免疫染色和aCAS3评估毛囊浸润与细胞死亡

9

验证二次炎症刺激触发自身免疫攻击

检验应激恢复后再次炎症刺激是否突破外周耐受引发T细胞攻击毛囊

RTX诱导毛囊坏死后待毛囊恢复并进入下一发生长期,给予LPS或UV刺激,通过CD3/CD8免疫染色和aCAS3评估毛囊损伤

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
多西环素MilliporeSigmaD3447
他莫昔芬MilliporeSigmaT5648
含多西环素饲料InotivTD.01533
树脂毒素Alomone LabsR-400
大肠杆菌O111:B4脂多糖MilliporeSigmaL2630–10MG
BAPTAMilliporeSigmaA4926
BAPTA-AMMilliporeSigmaA1076
盐酸普萘洛尔MilliporeSigmaP0884–1G
6-羟基多巴胺溴化物MilliporeSigma162957
白喉毒素MilliporeSigmaD0564–1MG
氯氮平N-氧化物Tocris4936
X-Rhod-1 AM钙指示剂Thermo Fisher ScientificX14210
Pluronic F-127溶液Thermo Fisher ScientificP3000MP
荧光微球Thermo Fisher ScientificF8811
胶原酶Millipore SigmaC2674
胰蛋白酶-EDTALife Technologies25200–114
驴血清Millipore SigmaD9663
胎牛血清Thermo Fisher ScientificA5256701
抗坏血酸MilliporeSigmaA92902
二甲基亚砜MilliporeSigmaD5879
Triton X-100Electron Microscopy Sciences22140
吐温80Selleck ChemicalsS6702
乙醇MilliporeSigmaE7023
蔗糖MilliporeSigmaS0389
EDTAFisher ScientificAM9260G
HBSS缓冲液Thermo Fisher Scientific24020117
PBS缓冲液Thermo Fisher Scientific14–190-250
OCT包埋剂Sakura4583
DAPI封片剂SouthernBiotech0100–20
肉桂酸乙酯MilliporeSigma112372
甘氨酸MilliporeSigmaG8898
Zombie Aqua活性染料BioLegend423102
Foxp3/转录因子染色缓冲液套装Thermo Fisher Scientific00–5523-00
皮质酮酶免疫检测试剂盒Arbor AssaysK014-H1
EasySep小鼠CD8+ T细胞分离试剂盒STEMCELL Technologies19853
Chromium单细胞3′文库与凝胶珠试剂盒v110X GenomicsPN-120237
兔抗活化Caspase 3抗体Cell Signaling Technology9664S
山羊抗整合素α8抗体R&D SystemsAF4076
山羊抗P-钙黏蛋白抗体R&D SystemsAF761
山羊抗GFP-FITC抗体Abcamab6662
兔抗c-Fos抗体Abcamab190289
大鼠抗CD3抗体Thermo Fisher Scientific14–0032-82
大鼠抗CD8a抗体Thermo Fisher Scientific14–0081-82
兔抗CD64抗体Thermo Fisher ScientificMA5–29706
兔抗Lef1抗体Cell Signaling Technology2230
小鼠抗SMA-Cy3抗体MilliporeSigmaC6198
山羊抗CD26抗体R&D SystemsAF954
大鼠抗CD34抗体Thermo Fisher Scientific14–0341-85
兔抗CGRP抗体Immunostar24112
流式抗CD34-e660抗体Thermo Fisher Scientific50–0341-82
流式抗Sca-1抗体Thermo Fisher Scientific45–5981-82
流式抗CD45-eF450抗体Thermo Fisher Scientific48–0451-82
流式抗α6-PE抗体Thermo Fisher Scientific12–0495-82
流式抗CD140A-生物素抗体Thermo Fisher Scientific13–1401-82
流式抗CD16/32抗体BioLegend101302
流式抗CD45-BUV395抗体BD Biosciences564279
流式抗CD45-FITC抗体BioLegend147710
流式抗CD45-BV605抗体BioLegend103140
流式抗MHC II-PE-Dazzle594抗体BioLegend107647
流式抗CD11c-AF700抗体BioLegend117319
流式抗CD103-BV711抗体BioLegend121435
流式抗CD207-PE-Cy7抗体BioLegend144209
流式抗CD11b-BV421抗体BioLegend101235
流式抗CD86-APC-Cy7抗体BioLegend105029
流式抗CD64-PE抗体BioLegend139304
流式抗MERTK-BUV395抗体Thermo Fisher Scientific363–5751-82
流式抗Ly-6G抗体BioLegend127616
流式抗Ly-6C-BV605抗体BioLegend128036
流式抗Ly-6C-PE-Cy7抗体BioLegend128017
流式抗F4/80-BV711抗体BioLegend123147
流式抗精氨酸酶-1-APC抗体Thermo Fisher Scientific17–3697-80
流式抗TCRβ-BV605抗体BioLegend109241
流式抗CD19-APC抗体BioLegend115512
流式抗CD44-FITC抗体BioLegend103006
流式抗CD62L-AF700抗体BioLegend104426
流式抗CD4-PE-Cy7抗体BioLegend100528
流式抗CD8α-PerCP/Cy5.5抗体BioLegend100734

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
急性应激模型(RTX注射)
RTX剂量10 μg/mL、100 μL皮内注射、注射部位右胁、每日1次连续1–3天、起始时间P28–P32中发生长期、溶媒为1% DMSO无菌盐水
阅读提示:STAR Methods中Nociception-induced stress小节
束缚应激模型
每日束缚4小时、连续5天、起始P26–P28中发生长期、束缚器型号Thermo Fisher Scientific 12972590
阅读提示:STAR Methods中Restraint stress小节
化学性交感神经切除
6-OHDA 250 mg/kg腹腔注射、P21–P22每日1次及P28一次、溶媒0.1%抗坏血酸生理盐水
阅读提示:STAR Methods中Drug treatments小节
钙抑制与去甲肾上腺素处理
BAPTA或BAPTA-AM 50 μM皮内注射、RTX前15分钟给药;去甲肾上腺素1 mg/mL、50 μL皮内注射
阅读提示:STAR Methods中Drug treatments小节及Figure 3图注
CD8+ T细胞过继转移
供体RTX后7–9天取引流淋巴结、分离CD8+ T细胞500,000个尾静脉注射、受体6–7周龄Rag1−/−小鼠、过继转移后蜡脱诱导新发生长期、LPS 0.5 mg/kg皮内注射
阅读提示:STAR Methods中T cell transplantation及Secondary hair loss after stress小节
巨噬细胞清除
DT 20 ng/g体重每日腹腔注射共6天(RTX前2天开始),之后10 ng/g体重每日注射至实验结束
阅读提示:STAR Methods中Immune cell ablation小节
单细胞RNA测序
RTX后12小时取材、FACS按免疫细胞:成纤维细胞:毛囊细胞:一般细胞:HFSCs为2:1:3:1:2比例富集、每样本目标10,000细胞
阅读提示:STAR Methods中Single-cell sample preparation and sequencing及Flow cytometry小节
二次炎症刺激
UV 200 mJ/cm²连续3天或LPS皮内注射、于毛囊恢复并再进入发生长期后施加、UV或LPS后7天取材
阅读提示:STAR Methods中Secondary hair loss after stress小节及Figure 7图注