RNA-seq | 间歇性禁食 “暗战” 毛囊：器官间通讯背后的毛发生长危机

二、主要结果

1. 间歇性禁食抑制毛囊再生

采用 16/8 限时喂养（TRF）和隔日禁食（ADF）两种方案对成年 C57BL/6 小鼠进行处理，从出生后第 60 天（P60）开始，此时小鼠背部皮肤毛囊处于休止期。实验期间小鼠剃毛后持续观察至 P156，发现与自由进食（AL）组相比，TRF 和 ADF 组小鼠毛囊再生明显受损，毛发仅部分再生，组织学染色显示其毛囊停滞于休止期/早期生长期。同时，代谢笼监测表明禁食方案有效执行，且间歇性禁食小鼠葡萄糖耐量增强，体现出其虽对毛囊再生有抑制作用，但在代谢方面存在益处。

Figure 1 Intermittent fasting inhibits hair follicle regeneration

2. 间歇性禁食选择性诱导活化HFSCs凋亡

作者研究发现间歇性禁食并不抑制 HFSCs 的激活，但会选择性诱导激活的 HFSCs 凋亡。在 ADF 方案下，小鼠毛囊干细胞在禁食期凋亡增加，在喂食期又有新的激活，如此反复导致毛囊生长受抑；通过标记追踪实验表明，凋亡的 HFSCs 多为之前激活的细胞，且 ADF 使激活的 HFSCs 大量减少。人工激活毛囊干细胞后再实施 ADF，凋亡的 HFSCs 增多，毛囊再生延迟。长期（8 个月）实施间歇性禁食（TRF）会导致小鼠背部皮肤部分区域秃发，HFSCs 数量、毛囊长度及 HFSCs 区域大小均显著降低。总之，间歇性禁食使 HFSCs 经历激活与凋亡循环，短期影响毛囊再生进程，长期则造成 HFSCs 缺失和毛囊退化。

Figure 2 Intermittent fasting induces apoptosis in activated HFSCs

3. 延长禁食时间会导致干细胞死亡

实验表明，TRF 和 ADF 组小鼠平均每日卡路里摄入量与 AL 组相比无显著降低，说明 HFSCs 凋亡并非由总卡路里摄入减少所致。随着禁食时长增加，HFSCs 凋亡现象加剧，8 小时禁食时毛囊凋亡信号少，16 小时及更长时间禁食则出现大量凋亡 HFSCs，且再喂食后凋亡消失。调整 TRF 禁食时长后发现，延长每日喂食窗口（缩短禁食时间）可使小鼠毛发近乎正常生长，反之则毛发再生延迟更明显，且昼夜禁食对毛囊再生影响相似，表明 HFSCs 凋亡和毛囊再生缺陷主要由禁食时长决定，而非卡路里摄入或昼夜节律变化，且禁食时间越长，缺陷越严重。

Figure 3 Extended duration of fasting induces HFSC death and inhibits hair follicle regeneration

4. 脂肪细胞诱导的脂肪分解驱动HFSC凋亡

作者首先排除了 HFSCs 凋亡依赖 mTORC1 营养感知机制这一可能。随后发现，禁食会促使皮肤真皮层脂肪细胞发生脂解，释放大量游离脂肪酸（FFAs）至微环境，且脂肪降解现象在禁食 16 小时后显著，与 HFSCs 凋亡出现时间吻合，再喂食后两者均停止。通过基因敲除小鼠模型证实，抑制脂肪细胞脂解或 HFSCs 脂肪酸氧化（FAO），均可减少 HFSCs 凋亡，缓解毛囊再生抑制，且阻断 FAO 的 HFSCs 依赖谷氨酰胺代谢维持生存。此外，皮内注射脂肪细胞中主要的 FFAs 可诱导 HFSCs 凋亡，而不影响 EpiSCs。综上，皮肤脂肪细胞脂解及 HFSCs 中 FAO 是间歇性禁食期间 HFSCs 凋亡的关键因素。

Figure 4 Fasting-induced lipolysis in niche adipocytes drives HFSC apoptosis

5. 禁食会激活肾上腺以阻止组织再生

研究发现交感神经在其中作用不显著，虽禁食时其有轻度激活，但去除交感神经后，脂肪细胞脂解和 HFSCs 凋亡仍存在，毛发再生抑制未恢复。而肾上腺在这一过程中起关键作用，禁食时血浆中瘦素降低，促使肾上腺释放皮质酮和肾上腺素，其水平在禁食 12 小时后显著变化，与脂肪细胞脂解和 HFSCs 凋亡同步，再喂食后恢复正常。体外实验表明，生理浓度的这些激素可诱导脂肪细胞脂解，体内皮内注射更高浓度也有相同效果且能诱导 HFSCs 凋亡，而在特定基因敲除小鼠或使用拮抗剂时，可减少脂肪细胞脂解和 HFSCs 凋亡，肾上腺切除小鼠则完全阻断了这些现象，毛囊再生对禁食不再敏感，表明肾上腺激活释放激素通过脂肪细胞信号传导消除激活的 HFSCs 并抑制毛囊再生。

Figure 5 Fasting activates adrenal glands to induce lipolysis in niche adipocytes and apoptosis in HFSCs

6. 禁食诱导HFSCs中线粒体活性氧（ROS）升高

对禁食小鼠 HFSCs 进行 RNA - seq 分析发现，其糖酵解途径下调、脂肪酸代谢上调，氧化应激反应等相关通路改变显著，提示细胞氧化应激可能与 HFSCs 凋亡有关。实验检测到禁食 24 小时后 HFSCs 线粒体 ROS 升高、膜电位降低，透射电镜显示线粒体受损、8 - 氧鸟嘌呤染色表明 DNA 氧化损伤增加，进一步证实了氧化应激与凋亡的关联。与抗凋亡的表皮干细胞（EpiSCs）相比，HFSCs 抗氧化基因表达低，使其更易受 ROS 损伤。而外用抗氧化剂维生素 E 或过表达过氧化氢酶可有效防止 HFSCs 凋亡，缓解毛囊再生抑制，表明增强 HFSCs 抗氧化能力可抵御禁食诱导的损伤。

Figure 6 Elevated ROS in HFSCs leads to apoptosis, and enhancing antioxidant capability prevents HFSC apoptosis upon fasting

7. 人类细胞和临床试验中代谢转换及间歇性禁食对毛发生长的影响

在细胞层面，用游离脂肪酸（FFAs）处理HFSCs后，其ROS 水平升高、线粒体损伤加剧且凋亡增加，在人毛囊外植体模型中也观察到类似结果，表明人 HFSCs 在利用 FFAs 时也会出现类似小鼠的不良变化。在临床试验中，招募 49 名健康年轻人进行分组饮食干预，结果显示间歇性禁食（18/6 TRD 组）显著抑制人毛发生长，平均生长速度较正常饮食组降低 18%，虽毛发密度无明显变化，但再生毛发变短变细，且 18/6 TRD 组禁食 18 小时后血液中脂解激素水平升高，提示人体中可能存在与小鼠相似的机制，即间歇性禁食影响 HFSCs 和毛发生长。

Figure 7 Metabolic switching to FAO induces HFSC apoptosis and inhibits hair growth in humans