Nature解密头发一夜变白发的内在机制
作者: mints 编译 / 933次阅读 时间: 2020年4月22日
来源: Nature 标签: 白发 交感神经系统 压力 应激 战斗逃跑模式
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高堂明镜悲白发
朝如青丝暮成雪。
——李白《将进酒·君不见》

一夜白发并非言过其词。

  • 春秋时期楚国伍子胥被楚王追杀,在过昭关时因为犯愁如何过关,一夜之间黑发变成了白发。
  • 法国国王路易十六的妻子玛丽·安托瓦内特在法国大革命期被捕后,头发一夜之间变白。
  • 金庸的神雕侠侣中的瑛姑,因无法救助身受重伤的幼儿,以致一夜白发。
  • 王本学在援助武汉56天后头发变白,以至于回家时3岁女儿一时认不出自己的父亲。

长久以来,坊间轶事都认为头发变白是压力导致的。现在,哈佛大学的科学家们首次解释了其中的缘由:压力激活了部分与战斗/逃跑反应有关的神经元,进而导致了毛囊色素再生干细胞的永久性损伤。这项研究发表在今年1月的《自然》杂志上。该研究提高了科学家对于压力如何影响身体的认识。


哈佛大学干细胞和再生生物学副教授,资深作者Ya Chieh Hsu说:“我们想知道是不是压力导致了白发,如果这是正确的,那么压力又是如何导致了其他组织的变化呢?毛发色素沉淀是一个非常容易理解和容易处理的系统,而且,我们真的很好奇压力是否真的会导致毛发变白。”


查找根源、缩小范围

由于压力会对整个身体造成影响,研究人员首先必须缩小研究范围,以锁定到底是身体的哪个系统需要为(压力与头发变白之间产生联系)负责。

研究小组首先假设压力导致的免疫攻击会把色素生成细胞作为攻击目标。然而,当老鼠的免疫细胞十分缺乏时,老鼠仍然产生白色毛发。

于是研究人员将研究的对象转向了皮质醇激素。但再一次,这是一个死胡同。“压力会提高体内皮质醇激素的水平,所以我们认为毛发变白可能是皮质醇的作用结果,”Hsu说,“但令人惊讶的是,当我们摘除了老鼠的肾上腺,让它们不能产生皮质醇样激素,它们的毛发在压力下仍然会变白。”

在一个个排除了多种可能性之后,研究人员对交感神经系统进行了研究,遍布皮肤的每个毛囊的交感神经系统负责人体的战斗/逃跑反应。研究人员发现,压力导致交感神经释放化学物质去甲肾上腺素,然后,这些去甲肾上腺素会被附近的再生色素干细胞吸收掉。


再生色素干细胞(红色)周围的交感神经(绿色),蓝色为毛囊


损害是永久性的

毛囊中的某些干细胞充当了色素生成细胞的贮存器。当头发再生时,一些干细胞转化为色素生成细胞,为头发着色。

研究人员发现,来自交感神经的去甲肾上腺素导致干细胞过度激活。干细胞全部转化为色素生成细胞,过早地耗尽了贮存器。

“当我们开始研究这个问题时,我原以为压力只是对身体有害,但我们发现:压力的危害性影响远超出了我的想象,”Hsu说,“几天后,所有的色素再生干细胞都消失了。它们一旦消失,就再也不能生成色素了。这意味着损害是永久性的。”

DOI: 10.1038/s41586-020-1935-3
黑素细胞干细胞和应激

黑色素细胞干细胞(MeSCs)位于毛囊的突起处,由交感神经系统(中能够释放神经递质分子去甲肾上腺素)的神经元支配。毛囊循环经历三个阶段:再生(anagen)、退化(catagen)和静止(telogen)。

a、 在正常条件下,黑色素细胞干细胞在生长过程中从毛囊bulge细胞(红色箭头)中迁移到黑素细胞。黑素细胞合成色素,为再生的头发染色。在退化和静止期,它们开始死亡并迁移出生态位(未显示)。然而,在下一个生长期仍有大量的mesc替代黑素细胞。

b、 Zhang等人表明,应激刺激激活交感神经系统,增加毛囊中去甲肾上腺素的释放。去甲肾上腺素导致黑色素干细胞完全转化为黑色素细胞,黑色素细胞在退化和静止期中迁移出生态位。毛囊中的黑素细胞干细胞被耗尽,而黑素细胞干细胞本可以分化来取代这些黑素细胞。在下一个生长期,如果没有任何色素细胞给毛发着色,头发就会开始变灰或变白。
Zhang, B. , Ma, S. , Rachmin, I. , He, M. , & Hsu, Y. C. . (2020). Hyperactivation of sympathetic nerves drives depletion of melanocyte stem cells. Nature, 577(7792), 1-6.

研究人员说,这一发现突显了(原本具有保护作用的)进化反应的负面影响。

该研究的主要作者、博士后研究员Bing Zhang说:“人们一直认为急性应激,特别是战斗或逃跑反应有利于动物的生存。但是在这种情况下,急性应激会导致干细胞永久性耗竭。”

黑色素干细胞(黄色)周围的交感神经(品红色),绿色为毛囊


一个基础问题

为了研究压力与头发变白之间的联系,研究人员一开始研究压力导致的全身反应,然后逐步将压力的影响放大到各个器官系统、细胞间的相互作用,一直到最后的分子动力学。这一过程需要各种各样的研究工具,包括操控器官、神经和细胞受体的方法。

“在这些从最高层次到最小的细节的研究中,我们与许多科学家进行了合作,涉及多个学科,使用不同的方法来解决一个非常基本的生物学问题,”Zhang说。

论文合作者包括哈佛大学医学院免疫学助教Isaac Chiu,他主要研究神经系统和免疫系统之间的相互作用。Chiu说:“我们知道,外周神经元对器官功能、血管和免疫功能有强大的调节作用,但是我们对于外周神经系统如何调节干细胞的了解甚少。”

“通过这项研究,现在我们知道神经元可以控制干细胞和干细胞的功能,并可以解释神经元如何在细胞和分子水平上相互作用,从而导致了压力和头发变白之间发生了相关的联系。”

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这一发现有助于阐明应激对各种器官和组织的广泛影响。这项发现为新的研究铺平了道路,能够帮助人们尝试新的方法,以改变和阻止压力带来的破坏性影响。

Hsu说:“通过精确了解压力影响再生色素干细胞具体方式,我们也奠定了理解压力如何影响身体其他组织和器官的方式的基础,了解我们的组织在压力下的变化情况,是治疗的第一个关键步骤,这可以阻止或恢复压力的有害影响。同时也意味着我们在这方面还有很多需要学习的东西。”

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