科学家发现刺激头发生长分子是什么梗?

生活经验告诉我们,精神压力容易使人头秃。而且,你只看见了梳头的时候大量脱落的头发,而无法察觉头上悄悄发生的变化:压力还可能让毛囊罢工,毛发停止生长

3 月 31 日,美国哈佛大学的许雅捷团队在《自然》,应激激素会通过调控毛囊干细胞的方式抑制毛发生长。该研究阐明了小鼠身上这一现象的背后机制,并提出了逆转该现象的可能方法。

在一篇同时发表的中,美国西北大学费恩伯格医学院病理学和皮肤病学教授 Rui Yi 写道:“这项令人激动的研究成果为开发长期压力导致的脱发的治疗手段奠定了基础。”

头发不仅对人的颜值产生着巨大影响,从生物学角度而言也足够特别:在哺乳动物身上,毛囊是少数能够在一生中不断更新的组织之一。因此,理解毛发的生长对研究哺乳动物干细胞有着重要作用。

毛发的生长周期包含三个阶段:分为生长期、退行期和休止期。在生长期,毛囊中不断生长出毛发;在退行期,毛发停止生长并留在原地,毛囊下半部分开始萎缩;到了休止期,毛发休眠,最终脱落。

毛囊的生长期和休止期会不断切换。健康人每天会掉落一定量的头发,也会产生新的毛囊,整体维持在“收支平衡”状态。而当一个人感到压力山大的时候,许多毛囊会提前进入休止期,毛发很快脱落。啮齿动物和人类研究都显示,压力可能会影响毛发生长,但之前并不清楚这两者间的确切关系。

决定毛发生长的关键就在于毛囊干细胞。这些干细胞位于毛囊的隆凸部位,能够感知内部和外部的条件变化。它们只在生长期早期活跃,其他时候都处于休眠状态。三十多年来,学界已经识别出多种和它们的活动或休眠有关的基因转录因子和信号蛋白。不过,这些调控分子大多来自于毛囊干细胞自身或周围的其他细胞,科学家仍未完全理解压力这样的系统性因素如何影响毛囊干细胞的活动。

为了确定压力对毛发生长的影响,许雅捷和同事研究了皮质酮如何调节小鼠毛囊的活动。皮质酮是小鼠在长期慢性压力下释放的一种激素,其作用类似于人体内的皮质醇,它们也被称为“压力激素”。

研究团队切除了小鼠的肾上腺,即产生皮质酮的主要器官。他们发现,这些小鼠的毛囊干细胞休止期变得非常短,而是不断进入生长期,一生都能再生毛囊,这一趋势甚至持续到老年。而在通常情况下,随着动物年龄增长,毛囊的休止期会变得更长,毛囊再生减缓。小鼠实验还显示,当皮质酮水平升高时,毛囊的休止期也会延长。

“即使是体内压力激素的基线水平,也是毛囊休止期的重要调控因素,”研究通讯作者许雅捷说,“本质上,激素强化了预先存在的‘肾上腺-毛囊轴’,让毛囊干细胞更难进入生长期,产生新的毛囊。”

进一步的实验显示,皮质酮并非直接作用于毛囊干细胞,而是通过毛乳头影响毛发的生长。毛乳头是位于毛囊下方的一簇真皮细胞,此前这一结构已经被证明对激活毛囊干细胞发挥着关键作用,而该研究首次发现,当皮质酮水平升高,毛乳头的生长停滞特异蛋白 6表达受到了抑制;而在没有皮质酮的情况下,GAS6 蛋白被证明能促进毛囊干细胞的增殖。

“累到头秃”能否逆转?

好消息是,压力抑制毛发生长的影响是可以逆转的。该研究证明,恢复 Gas6 的表达能够克服压力对毛囊干细胞活化和毛发生长的抑制作用。“我们的工作表明皮质酮是 HFSC 活性的系统性抑制剂,并证明消除这种抑制作用可促使 HFSC 进入频繁的再生周期,该方法长期而言没有可观察到的缺陷。”研究作者们在论文中写道。

“在正常和压力条件下,添加 Gas6 足以激活处于休眠状态的毛囊干细胞,促进毛发生长。将来或许可以利用 Gas6 通路来激活干细胞以促进生发。探索压力激素对调控 Gas6 的影响是否与其他与压力相关的组织变化有关,也将是非常有趣的课题。”研究第一作者 Sekyu Choi 说。

但新闻与观点文章作者 Rui Yi 也指出,在研究结果转化用于人类前,还要很多问题要解答。比如,啮齿动物的皮质酮被认为对应人类的皮质醇,但我们并不清楚人体内的皮质醇是否也能产生这里观察到的作用;此外,小鼠和人类的毛发生长期不太一样,这或许会影响对应激性毛发干细胞抑制进行逆转的有效性。

此前,许雅捷团队还研究了人为什么会“愁白了头”。头发的色素来自于黑素细胞干细胞,而研究人员发现,压力会激活交感神经系统,耗尽黑素细胞干细胞,从而导致头发过早变白。这项研究于 2020 年 1 月 22 日发表于,这其中的机制与压力对毛囊干细胞的影响有所不同。

对这些寻常现象的生物学解释,有助于理解组织生物学与人体生理学的相互联系。“当寻找控制干细胞行为的因素时,通常我们会观察皮肤局部。尽管一些局部因素发挥着重要作用,但我们的发现表明,调控毛囊干细胞活性的主要开关实际上在肾上腺,距离皮肤很远,并且它可以通过改变激活干细胞所需的刺激阈值来起作用。”许雅捷说。她指出,科学家正在发现越来越多这样的的“跨器官相互作用”,这方面还有很多未知等待我们探索。

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来自加州大学旧金山分校(UCSF)的研究人员称,他们发现了一种治疗的潜在方法。他们的发现不久将发表在《细胞》杂志上,称调节性T细胞,又称Tregs,在生长中起作用。这些免疫细胞以控制炎症而闻名,但现在被观察到有助于毛发再生。

该研究的资深作者、该校学助理教授迈克尔·罗森布鲁姆在《今日医学》网站上解释说,正在不断地再生。毛发脱落后,“整个毛囊会重新长出来。”以前人们认为毛发的生长取决于干细胞的运动,但研究人员说,脱发实际上可能是干细胞和调节性T细胞之间关系的结果。罗斯布鲁姆在《每日邮报》网站上说:“事实证明,(在毛发生长中)调节性T细胞是必不可少的。”“如果你破坏了这种免疫细胞,毛发就不会生长。他和他的团队断言,这些发现可以改善秃发症的治疗,秃发症是一种自身免疫性疾病,其特征是和上的片状脱发。研究人员说,男性秃顶也可能与其他类型的秃顶有关,包括典型的男性秃顶。

T细胞本质上是你的外交官。T细胞会告诉你的免疫系统哪些刺激是友好的,哪些是不友好的。当这些细胞出现异常时,我们可能会对花生蛋白或猫皮屑等无害物质过敏。最糟糕的情况是,T细胞功能障碍会导致各种自身免疫性疾病。

Rosemblum知道T细胞在皮肤伤口愈合中也有作用。他和他的同事对T细胞如何促进皮肤很感兴趣。为此,他的团队开发了一种技术,可以暂时移除皮肤上的T细胞。然而,在给他们的实验小鼠剃毛以观察受影响的皮肤后,他们意外地发现了一个问题。罗斯布鲁姆在ScienceDaily.com网站上解释说:“我们很快就注意到,那些被刮掉的毛发再也长不回来了,于是我们想,‘嗯,这很有趣。’”“我们意识到,我们必须对此进行更深入的研究。”

Rosemblum与加州大学旧金山分校博士后研究员兼第一作者Niwa Ali博士合作,观察到Tregs和毛囊再生之间的直接关系。成像扫描显示,当毛囊进入生长阶段时,毛囊周围活跃的T细胞数量会增加。在剃掉一小块皮肤后的头三天内,去除皮肤上的赘生物会导致毛囊停止生长。然而,一旦开始生长后,去除赘毛对毛发的再生没有影响。

有趣的是,研究小组还发现,Treg促进毛发生长的功能并不影响其缓解组织炎症的能力。相反,免疫细胞通过一种叫做Notch通路的系统直接与其他细胞进行交流。“这就好像皮肤干细胞和treg是共同进化的,所以treg不仅保护干细胞不受炎症影响,还参与了它们的再生工作。”现在,干细胞完全依靠Tregs来知道什么时候开始再生,”Rosemblum说。

希望对那些秃发的人有所帮助

如果这些发现被证明与人类相似,这可能意味着对患者的更好治疗。根据美国皮肤病学会(AAD)的研究,这种自身免疫性疾病会导致减少,一开始可能只是头皮上几块硬币大小的秃斑,但会导致大面积脱发。

北美毛发研究协会(NAHRS)估计,1.7%的美国人患有这种疾病,大约有460万人。

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编者按:就挺“秃然”的!科学家又发现一个脱发治疗的分子靶点,为广大患者带来福音。众所周知,调节性T细胞在人体中的作用介乎于正邪之间,它的免疫抑制作用,常令人生出”卿本佳人、奈何从贼!“的喟叹。对待这种立场不坚定的”软弱分子“,关键时刻就得果断施以外力,将其导入正确的轨道上来。这一次,科学家采用的外力是”糖皮质激素“,它抑制人体免疫细胞对毛囊的”无脑攻击“,并指导调节性T细胞激活毛囊干细胞,从而刺激毛发生长。友情提示:这项研究尚处于实验室阶段,患者请勿自行激素治疗,以免带来不必要的痛苦。

脱发是人体免疫系统攻击自己的毛囊导致的病症,美国索尔克研究所科学家发现了一个意想不到的脱发治疗分子靶点。6月23日发表在《自然免疫学》上的研究论文,描述了称为调节性T细胞的免疫细胞是如何使用激素作为信使,与皮肤细胞相互作用以产生新毛囊,从而促进毛发生长。

研究人员称,长期以来,人们一直在研究调节性T细胞如何减少自身免疫性疾病中的过度免疫反应。新研究确定,实际上促进头发生长和再生的上游激素信号和下游生长因子与抑制免疫反应完全分开。

研究人员研究了调节性T细胞和糖皮质激素在自身免疫性疾病中的作用。糖皮质激素是由肾上腺和其他组织产生的胆固醇衍生的类固醇激素。他们在正常小鼠和调节性T细胞中缺乏糖皮质激素受体的小鼠中诱导了脱发。

两周后,研究人员看到了小鼠之间的明显差异。正常小鼠的毛发重新长出,但没有糖皮质激素受体的小鼠几乎不能重新长出毛发。研究结果表明,调节性T细胞和毛囊干细胞之间必须发生某种交流,才会使毛发再生。

研究人员使用多种技术监测多细胞通讯,然后研究了调节性T细胞和糖皮质激素受体在皮肤组织样本中的表现。他们发现糖皮质激素指导调节性T细胞激活毛囊干细胞,从而导致毛发生长。T细胞和干细胞之间的这种串扰取决于糖皮质激素受体在调节性T细胞内诱导产生TGF-β3蛋白的机制,TGF-beta3然后激活毛囊干细胞分化成新的毛囊,促进头发生长。其他分析证实,该途径完全独立于调节性T细胞维持免疫平衡的能力。

研究人员表示,在急性脱发病例中,免疫细胞会攻击皮肤组织,导致脱发。通常的补救措施是使用糖皮质激素来抑制皮肤的免疫反应,这样它们就不会一直攻击毛囊。应用糖皮质激素具有双重好处,即触发皮肤中的调节性T细胞产生TGF-β3,刺激毛囊干细胞的活化。

这项研究表明,调节性T细胞和糖皮质激素不仅是免疫抑制剂,而且还具有再生功能。接下来,研究人员将研究其他损伤模型并从受伤组织中分离出调节性T细胞,以监测TGF-β3和其他生长因子水平。(张梦然)

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