《自然》重磅:头发是如何变白的。干细胞:这个锅我背!

2023-05-18 干细胞者说 干细胞者说 发表于上海

那么,正常情况下,黑头发是如何变白的呢,希望今天的文章能带来一些思考。

你在哪个瞬间突然觉得自己老了?是否也是“在照镜子整理头发的时候,突然发现自己多了根白发”的那一瞬间?

头发变白是衰老最早的迹象之一,而且通常头发变白后很难自然逆转。头顶的故事,每个人的悲欢并不相通:有的人头发没白,已经没了;有的人头发还在,却都白了。

那么,正常情况下,黑头发是如何变白的呢,希望今天的文章能带来一些思考。

01 一项有趣的研究

近日,美国纽约大学的研究团队在Nature上发表重磅研究,揭示了头发变白的机制:黑色素细胞干细胞呈现出动态变化的状态,可以在毛囊干细胞和过渡扩充细胞之间转化,具有“可逆性”的特点,从而实现毛发的上色;但随着年龄的增长,黑色素细胞干细胞数量上升导致其会出现被“卡住”的情况,无法回到原位,生成的色素细胞变少,自然会导致头发变灰甚至变白。本次研究论文的题目是:Dedifferentiation maintains melanocyte stem cells in a dynamic niche

黑色素细胞干细胞(McSC)被形象地称为YO-YO细胞。换个方向想,要是能解救“卡住”的McSC,让它继续自己的YO-YO之路,找回给头发染色的能力,岂不是能够实现白发逆转为黑发(根本无需染发好嘛)!

02 黑发是如何形成的

在了解白发的形成过程之前,先为大家介绍个医学领域“爆火”的概念——干细胞(Stem Cell)。通常理解下,一个未分化的干细胞会导向两种结局:一是通过自我更新来维持自身;二是进入过渡扩增(TA)的中间分化状态,最终在组织再生过程中产生功能分化的细胞。不过,无论是哪一种,干细胞分化往往被视为“单向”的。

而在以往的认知中,科学家们以为“负责毛发色素沉着”的McSC和所有其他的干细胞类似——McSC通常位于休止期毛囊(HFs)的隆起区和毛胚区,分别被毛囊上皮干细胞和祖细胞包绕着,共同构成了McSC的生态位;当进入生长期时,McSC分化出黑色素细胞,迁移至毛球处,并在那里产生黑色素,使头发保持黑色。

但真实情况果真如此?

为了探究头发变白的真实机制,研究者采用3D活体成像和单细胞RNA测序技术对小鼠的McSC进行了持续观察,结果出乎意料。

McSC的分化竟然不是单向的,而是处于一种独特的、可逆性的YO-YO式移动状态!

McSC的移动轨迹

研究者观察到,在毛囊休止期(Telogen),大多数McSC位于毛胚区(即下图中的Hair germ),仅有少数会出现在隆起区(即下图中的Bulge)。这个时期,McSC处于未分化状态。

但一旦进入了毛囊生长初期(Anagen onset),McSC竟开始向下移动;与此同时,McSC的成熟状态也随着位置的变化而发生改变。

到了毛囊生长中后期(Mid-to-late anagen),McSC会一直移动至毛囊底部的毛球(即下图中的Hair bulb)处,并分化成为成熟的色素细胞,实现色素沉着,使得头发变为黑色。

McSC的移动以及染黑过程

有意思的来了!当完成了上述的过程之后,McSC不仅重新回到了毛胚区,还实现了“返老还童”,即返回到干细胞状态,等待下一次毛发生长期。

McSC的这种YO-YO分化过程与此前的所有干细胞均不同,这个循环往复的过程甚至持续了两年之久,几乎接近于小鼠成年后的寿命,保证了“朝如青丝”。

03 黑发是如何变白的

那么,“暮成雪”是如何形成的呢?

在以往的研究中,科学家发现McSC会比其他的成体干细胞更早失效,导致白头发的出现往往早于器官及系统的衰老。这背后的原因,也和上述提到的YO-YO分化过程有着紧密的联系——事实上,McSC在上下移动的过程中很容易受到损害,具有脆弱性。

随着小鼠年龄的增长,而毛囊也经历了多轮周期的生长,越来越多“上上下下”的McSC细胞会卡在隆起区,无法移动到更深的毛胚区。

这意味着,McSC没有进入过渡扩增状态的环境,自然没有办法分化成为黑色素细胞。色素细胞减少了,头发着色无法实现,最终导致了白头发的形成。

结果就是,当毛囊继续生长,新长出来的毛发变成灰白色的了。

白头发的形成过程

为了确认这一过程,研究者通过反复脱毛来加速毛囊的老化。与先前研究一致,毛囊中的McSC出现了明显的损失,更多的McSC分散到隆起区,而不是紧紧地聚集在毛胚区。数据显示,在经过反复的拔毛后,隆起区的毛囊比例从原来的10%上升到超50%。(咦,这个思路)

卡住了!McSC无法移动到毛胚区以及更深处的毛球区,导致细胞无法继续分化和成熟,产生不了黑色素,小黑鼠也因此变成了小灰鼠。

04 文末的话

人和小鼠普遍都会随着衰老而毛发褪色、变白,其原因可能就是McSC丧失了来回移动和变化的能力。这一机制或同样存在在人类身上。如果能帮助“卡在”隆起区的McSC重新回到毛胚区,就能实现黑发的回归!

研究团队表示,他们已计划研究恢复McSCs的运动能力或将它们物理性地移回生产黑色素细胞的毛基质,测试是否可以让白发重新变回黑发。我们拭目以待研究人员的新成果!

参考文献:

[1] Sun, Q., Lee, W., Hu, H. et al. Dedifferentiation maintains melanocyte stem cells in a dynamic niche. Nature (2023). https://doi.org/10.1038/s41586-023-05960-6

[2] https://www.nature.com/articles/d41586-023-00918-0

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    2023-06-30 董医生db 来自内蒙古

    #头发#白发确实困扰人

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    2023-05-24 jiazhoudexue 来自纽约

    原因找到了,下一步就是如何重启,应该不会太久吧?拭目以待!

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    2023-05-18 1dea4a7em68(暂无匿称) 来自福建省

    谢谢分享

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    2023-05-18 董医生db 来自内蒙古

    这么年轻的我已经白发了

    0

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