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间歇性禁食通过器官间通讯抑制毛囊再生

期刊:CellDOI:10.1016/j.cell.2024.11.004

这篇文档属于类型a,即报告了一项原创研究。以下是对该研究的学术报告:


主要作者及机构
本研究的主要作者包括Han Chen、Chao Liu、Shiyao Cui等,研究团队来自中国浙江大学、西湖大学等机构。该研究于2025年1月9日发表在《Cell》期刊上。

学术背景
间歇性禁食(Intermittent Fasting, IF)因其潜在的健康益处(如改善代谢健康和体重控制)而广受欢迎。然而,间歇性禁食对体细胞干细胞(Somatic Stem Cells)和组织生物学的影响尚不明确。本研究旨在探索间歇性禁食对毛囊再生(Hair Follicle Regeneration)的影响及其机制。毛囊干细胞(Hair Follicle Stem Cells, HFSCs)是毛囊再生的关键驱动因素,而毛囊的再生过程受多种局部和系统信号的调控。此前的研究表明,间歇性禁食对肠道、肌肉和造血系统中的干细胞功能有积极影响,但对皮肤等外周组织的影响尚未明确。本研究的目标是揭示间歇性禁食如何通过器官间通讯抑制毛囊再生,并探讨其潜在机制。

研究流程
本研究分为多个步骤,涵盖了从小鼠模型到人类临床试验的多层次研究。

  1. 小鼠模型中的间歇性禁食实验
    研究采用两种常见的间歇性禁食方案:16/8时间限制性进食(Time-Restricted Feeding, TRF)和隔日禁食(Alternate-Day Fasting, ADF)。实验从C57BL/6小鼠出生后60天开始,监测其毛囊再生情况。实验期间,小鼠被剃毛,并在96天内观察其毛发生长情况。通过代谢笼监测小鼠的食物摄入和代谢状态,确认禁食方案的有效性。同时,使用苏木精-伊红(H&E)染色观察毛囊的形态变化。

  2. HFSCs的激活与凋亡分析
    研究通过5-乙炔基-2’-脱氧尿苷(Edu)标记增殖的HFSCs,并使用活性Caspase-3染色检测凋亡细胞。通过流式细胞术分析HFSCs的激活和凋亡比例。此外,研究还通过人工拔毛激活HFSCs,进一步验证间歇性禁食对HFSCs的影响。

  3. 禁食时长对HFSCs凋亡的影响
    研究通过调整禁食时长(如8小时、16小时、24小时)来观察HFSCs凋亡的变化。结果显示,随着禁食时间的延长,HFSCs的凋亡显著增加。

  4. 肾上腺-脂肪细胞通讯机制的研究
    研究通过ELISA检测血浆中的瘦素(Leptin)、皮质酮(Corticosterone)和肾上腺素(Epinephrine)水平,分析肾上腺的激活情况。通过皮肤外植体培养系统,验证皮质酮和肾上腺素对脂肪细胞脂解(Lipolysis)的诱导作用。此外,研究还通过肾上腺切除术(Adrenalectomy, ADX)阻断肾上腺激素的释放,观察其对HFSCs凋亡的影响。

  5. 氧化应激与HFSCs凋亡的关系
    研究通过RNA测序(RNA-seq)分析禁食后HFSCs的基因表达变化,重点关注氧化应激相关通路。通过MitoSOX和TMRM检测线粒体活性氧(Reactive Oxygen Species, ROS)水平和线粒体膜电位,验证氧化应激对HFSCs凋亡的诱导作用。此外,研究还通过外源性抗氧化剂(如维生素E)和基因过表达抗氧化酶(如过氧化氢酶)来缓解HFSCs的凋亡。

  6. 人类临床试验
    研究还进行了人类随机对照试验(Randomized Controlled Trial, RCT),评估间歇性禁食对人类毛发生长的影响。试验招募了49名健康成年人,分为18/6时间限制性饮食组、能量限制饮食组和正常饮食组,监测其毛发生长速度和毛发密度。

主要结果
1. 间歇性禁食抑制毛囊再生
在小鼠模型中,间歇性禁食显著抑制了毛囊再生,导致毛发再生延迟。H&E染色显示,禁食组的毛囊停滞在休止期(Telogen)或早期生长期(Anagen)。

  1. 间歇性禁食选择性诱导HFSCs凋亡
    研究发现,间歇性禁食选择性诱导激活的HFSCs凋亡,而非静止期的HFSCs。通过Edu标记和流式细胞术分析,证实了HFSCs在禁食期间的反复激活和凋亡。

  2. 禁食时长与HFSCs凋亡的相关性
    研究显示,禁食时长与HFSCs凋亡呈正相关。延长禁食时间(如24小时)显著增加了HFSCs的凋亡率。

  3. 肾上腺-脂肪细胞通讯机制
    研究发现,间歇性禁食激活肾上腺,释放皮质酮和肾上腺素,诱导脂肪细胞脂解,释放游离脂肪酸(Free Fatty Acids, FFAs),进而导致HFSCs凋亡。肾上腺切除术阻断了这一过程,缓解了HFSCs的凋亡。

  4. 氧化应激诱导HFSCs凋亡
    RNA-seq分析显示,禁食后HFSCs的氧化应激相关基因显著上调。MitoSOX和TMRM检测证实,禁食导致HFSCs线粒体ROS水平升高,线粒体功能受损,最终引发凋亡。

  5. 人类临床试验结果
    在人类临床试验中,间歇性禁食显著抑制了毛发生长速度,导致再生毛发变短、变细。

结论
本研究揭示了间歇性禁食通过激活肾上腺-脂肪细胞通讯,选择性诱导HFSCs凋亡,从而抑制毛囊再生的机制。这一发现不仅揭示了间歇性禁食对组织再生的抑制作用,还为理解器官间通讯在调控干细胞命运中的作用提供了新的视角。此外,研究还提出了通过增强抗氧化能力缓解间歇性禁食对毛发生长抑制的潜在策略。

研究亮点
1. 揭示了间歇性禁食通过器官间通讯抑制毛囊再生的新机制。
2. 发现间歇性禁食选择性诱导激活的HFSCs凋亡,而非静止期HFSCs。
3. 提出了通过抗氧化剂缓解间歇性禁食对毛发生长抑制的潜在策略。
4. 通过多层次研究(从小鼠模型到人类临床试验)验证了研究结论的普适性。

其他有价值的内容
本研究还探讨了间歇性禁食对其他组织再生过程的潜在影响,提示了其在优化间歇性禁食策略中的应用价值。此外,研究提出的机制可能为其他干细胞系统的研究提供参考。


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