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头发变白的原因找到了!今日 Nature 挑战干细胞经典教条,揭示逆转白发的奥秘

丁香学术

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随着年龄的增长,人们的头发会不可避免地变白,也有不少人因为压力或者遗传因素少年白头、早生华发。目前,科学家了解到与头发黑色素产生相关的黑素细胞干细胞 (McSCs) 比其他成体干细胞群更早失效,这会导致头发变白,但是背后的具体机制尚不明确。
今日,来自纽约大学格罗斯曼医学院的研究人员在 Nature 杂志发表了一篇题为 Dedifferentiation maintains melanocyte stem cells in a dynamic niche 的研究,发现黑素细胞干细胞 (McSCs) 具有在毛囊生长区室之间移动的独特能力,但随着年龄的增长,这些干细胞会陷入停滞,因此失去成熟和保持头发颜色的能力。
该研究找到了头发变白的原因,并有助于开发出预防白发或是逆转白发的方法。

图片来源:Nature

研究内容

头发颜色取决于毛囊内不断繁殖的黑素细胞干细胞,当它们获得信号刺激成为成熟细胞后,就会分化产生成熟的黑色素细胞,产生负责颜色的色素蛋白。

此前的理论认为,McSCs 在毛囊干细胞壁龛中以未分化的状态保留,与分化的子代细胞在物理上分离,而子代细胞会随着再生刺激的信号而迁移。

在这项研究中,研究人员使用 3D 活体内成像和 scRNA-seq 技术实时跟踪细胞,观察 McSCs 在每个毛囊内的移动和老化。他们发现大多数 McSCs 在最原始的干细胞状态和成熟的下一阶段(过渡扩增状态)之间转换,以实现自我更新和成熟后代的生成,而这一细胞状态的转换还取决于它们的位置

这一机制的发现,与常规认知中其他干细胞自我更新的机制并不相同,干细胞分化通常被认为是单向的,没有这种来回转换的模式。同日,Nature 发表了一篇评述文章 Yo-yoing stem cells defy differentiation dogma,认为这项研究挑战了长期以来干细胞分化的教条

图片来源:Nature

 

研究人员发现,随着头发老化、脱落,然后重新生长,越来越多的 McSCs 被卡在毛囊的隆突区(hair follicle bulge)。在这里,McSCs 仍然存在,但不会成熟到过渡扩增状态,也无法回到它们的原始位置——毛基质区(hair germ)。

图片来源:Nature

 

同一研究小组的早期研究表明,McSCs 的成熟和色素产生需要 WNT 信号的刺激。并且发现,McSCs 在毛基质区暴露于 WNT 信号的次数是毛囊的隆突区的数万亿倍

 

在小鼠模型中,他们通过拔毛和强制再生加速毛囊的物理老化,发现毛囊中含有 McSCs 的毛囊数量从拔毛前的 15% 增加到接近 50%,这些细胞无法再生或成熟为产生色素的黑色素细胞,因此被拔毛的小鼠表现出了满身白发的表型。(吓得学术菌停下了拔白头发的手!)

 

相比之下,其他继续在毛囊的隆突区和毛基质区之间来回移动的 McSCs 保留了它们作为 McSCs 再生的能力,成熟为黑色素细胞,并在为期两年的整个研究期间产生色素

图片来源:Nature

 

这些研究结果表明,McSCs 的运动和可逆分化是保持头发健康和着色的关键因素。该团队计划研究恢复 McSCs 的运动性或将它们物理移回毛基质区,开发出让白发变为黑发的方法

 

「这项研究增加了我们对黑素细胞干细胞如何让头发保持黑色的基本理解,」研究首席研究员 Qi Sun 博士说到,「新发现的机制提出了可能存在黑素细胞干细胞固定定位的可能性。它提供了一种潜在的途径,通过帮助停滞的细胞在发育中的毛囊区间再次移动来预防或逆转人类头发的变白。」

 

 

题图来源:站酷海洛

参考资料:

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://doi.org/10.1038/d41586-023-00918-0

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