为什么随着衰老头发会变白?

文摘   2023-06-08 16:10   浙江  

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为什么随着衰老头发会变白?




      “昨日胜今日,今年老去年。黄河清有日,白发黑无缘。” 现代生活压力的增加和不良的生活习惯会加速当代人的衰老,而头发变白也是衰老的体征之一。为什么随着年龄的增加头发会变白?变白的头发还能再恢复成本来的颜色吗?


      2023年4月19日,纽约大学格罗斯曼医学院研究团队在 《Nature》 上发表最新题为“Dedifferentiation maintains melanocyte stem cells in a dynamic niche”的论文,揭示了随着衰老头发变白的机制:伴随着毛发的生长周期,黑色素干细胞(Melanocytes stem cells,McSC)能够从毛发上部外根鞘(Upper outer root sheath,ORS up)区域迁移回下部毛基质(Hair germ,HG)区域,并为下一次的毛发生长周期提供黑色素细胞。年轻的McSC能够在这两个区间移动维持头发颜色,但是随着衰老的进行,McSC仍然存在,McSC会被困在ORS up区间下不来,无法回到它们的原始HG区从而失去了生成黑色素细胞的能力。因此,当新一轮的毛发生长周期开始的时候,McSC无法维持头发颜色,导致头发变白。这项研究为防止头发变白或逆转白发变黑提供了可能性。




McSC存在于毛囊中的什么位置?

(图1:毛囊干细胞所在的位置[2])

      毛发的生长是由毛囊(Hair follicles,HF)周期性地生长、退化、休止、再生所驱动的[1]。研究人员发现,在毛囊的休止期(Telogen),大多数的McSC位于毛囊的HG区,只有少数的McSC会出现在毛囊的隆起(Bulge)区(图1)。




在毛发生长周期中,McSC有哪几种不同的命运呢?

(图2:McSC的两种不同命运)

      一旦进入了毛囊生长初期(Anagen onset),McSC会扩增后并分化成一种处于中间状态的“TA”(Transient amplifying,TA)细胞。此时,“TA”状态下的McSC会出现两种命运走向,一种会移动至毛囊底部的毛球(Hair bulb)处,并分化成成熟的色素细胞,实现色素沉着,为生长期的头发提供黑色素。这些成熟的黑色素细胞会在生长初期结束时死亡。与此同时,另一种会向上迁移出现在Bg/ORS up的干细胞生态位,去分化成干细胞。到下一个休止期,它们中的大多数回到了HG区域,为下一轮的毛发生长周期提供黑色素细胞。




McSC去分化的机制是怎样的呢?


(图3:WNT信号在调控McSC命运的作用机制)

      早期的研究表明,WNT信号是McSC成熟分化不可或缺的[2],缺乏WNT信号导致干细胞无法分化成黑色素细胞,但持续的、过多的WNT信号则会耗尽McSC。研究人员发现,从生长早期开始,WNT信号被激活,导致McSC分化成了Oca2+的中间态“TA”细胞。随着毛囊向下生长伸长,WNT活性区域也随之向下移动,而在Bg/ORS up区,WNT信号遭到抑制。因此,向Bg/ORS up迁移的细胞去分化变成了未分化状态(Oca2-)。而留在HG区的Oca2+的中间态“TA”细胞,由于WNT信号的高表达而分化出成熟的色素细胞(图3)。




白头发会越拔越多吗?


(图4:反复拔毛后的7个休止期,小鼠长出了白毛)

    毛囊在经历了多轮生长周期之后,越来越多的McSC会“困在”Bg/ORS up区而无法回到HG区域,无法在HG区域进入“TA”状态并最终分化为黑色素细胞,也就无法为新生长出来的头发着色。科研人员在2年内通过对小鼠进行反复拔毛加速毛囊老化,发现被“困在”上部Bg/ORS up区的McSC的毛囊比例从原来的10%上升到了50%(图4)。


研究讨论
      发表这项研究的通讯作者、格尼健康中心Ronald O. Perelman皮肤病学系和细胞生物学系教授Mayumi Ito表示,如果能够开发出诱导McSC移动的方法,或者直接在物理上将它们移回HG区域,可能恢复McSC产生色素的能力。不仅如此,毛囊周围的微环境如激素、神经等在色素细胞中的迁移可能扮演着重要角色,那么毛囊周围的微环境是否参与色素细胞迁移的过程也值得探究[3]。

      本推文作者为浙江大学基础医学院博士后周思雨,旨在总结学习,分享交流,如有错误与不到之处,欢迎联系我们批评指正。因篇幅有限,细节部分内容请详见原文以及参考文献。

文章题目:《Dedifferentiation maintains melanocyte stem cells in a dynamic niche》
文章作者:Sun, Q., Lee, W., Hu, H. et al.
原文链接https://doi.org/10.1038/s41586-023-05960-6



参考文献
[1] Nishimura, E., Jordan, S., Oshima, H. et al. Dominant role of the niche in melanocyte stem-cell fate determination. Nature 416, 854–860 (2002).
[2] Rabbani, P. et al. Coordinated activation of Wnt in epithelial and melanocyte stem cells initiates pigmented hair regeneration. Cell 145, 941–955 (2011).
[3] Zhang, B., Ma, S., Rachmin, I. et al. Hyperactivation of sympathetic nerves drives depletion of melanocyte stem cells. Nature 577, 676–681 (2020).


        


撰稿 | 周思雨
审稿 | 周峰泉/杨树广
编辑 | 赵音珺



浙大邵逸夫神经再生转化中心
发布神经方向科学研究新进展。
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