白发魔女难题有解:压力触发色素干细胞耗竭导致白发

科学
白发魔女难题有解:压力触发色素干细胞耗竭导致白发
麻省理工科技评论 2020-02-09

2020-02-09

哈佛科学家的新发现确认了:压力会激活干细胞导致白发
哈佛大学 科学
哈佛科学家的新发现确认了:压力会激活干细胞导致白发

“白发魔女”的故事当然是夸张了,伍子胥一夜白头也夸大了,但哈佛科学家的新发现确认了:压力会激活干细胞导致白发。

人们只知道压力与白头有关,但“压力山大”与传说中的“一夜白头”有怎样的关系,压力是否为病因,以及是否与色素干细胞有关仍然是一个未解之谜。

白发魔女难题有解,哈佛发现压力激活干细胞导致白发

图 | 总统职位给了奥巴马很大压力,2009 年他 48 岁一头黑发,到 2012 年 51 岁时已经头发斑白。(来源:美联社)

2020 年 1 月 23 日,《自然》发表的一项小鼠研究揭开了最终的谜底。

这项研究显示,压力激活了可导致战斗或逃跑反应的交感神经系统,触发小鼠毛囊中的成色素干细胞消耗,这会对毛囊中的黑色素再生干细胞造成永久的伤害。研究排除了人们此前的认识,并非免疫攻击或压力激素导致白发。

该论文通讯作者系哈佛大学及哈佛干细胞研究所副教授许雅捷(Ya-Chieh Hsu)。

论文第一作者、许雅捷实验室博士后张兵(Bing Zhang)告诉 DeepTech,这个研究最重要的意义在于揭示了压力如何影响干细胞,进而影响组织功能的一种生物机制。

排除法寻因

头发变白始自头皮中的毛囊。酪氨酸酶是人类毛发富含黑色素细胞从而呈现黑色的原因,而随着人们衰老,酪氨酸酶活性会降低,同时黑色素细胞也会减少,头发就会变白。

压力一直被与毛发加速变白联系在一起,但是背后机制却不甚明了。那么压力导致白发,会不会是免疫反应引起的呢?

经过肾上腺切除术、神经切除、化学遗传学、细胞消融以及黑色素干细胞中肾上腺素能受体敲除等多项研究,许雅捷等人发现,免疫细胞缺失的小鼠仍然会在面临压力时出现白发,被切除肾上腺不能产生压力激素皮质醇的小鼠同样也如此。

研究人员得出结论,压力诱导的色素干细胞减少与免疫攻击或肾上腺应激激素无关。

张兵表示,一般认为压力是通过肾上腺和交感神经两种主要途径介导的。于是许雅捷团队开始研究交感神经系统,该系统负责机体的战斗或逃跑反应。

白发魔女难题有解,哈佛发现压力激活干细胞导致白发

图 | 荧光免疫染色的图,黄色是色素干细胞,品红色是交感神经。(来源:Bing Zhang and Ya-Chieh Hsu)

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图 | 压力导致老鼠毛色变灰的示意图。(来源:Judy Blomquist/Harvard University)

交感神经分支遍布毛囊。当头发再生时,毛囊中的一些干细胞会转变为产生色素的细胞。研究发现,压力会导致这些神经分泌去甲肾上腺素,后者会被色素干细胞吸收。

当小鼠暴露于身体或心理压力下,几天内黑色素干细胞的数量便会减少,而且体毛变灰白的速度加快。

许雅捷等人认为,压力激活了交感神经系统,诱导释放神经递质去甲肾上腺素,后者会导致色素干细胞过度活化,并脱离了毛囊处的位置,最终消耗殆尽。研究人员说,几天时间内这种色素再生干细胞就消失了,之后就无法再生色素,这种破坏是永久的。

他们还发现,在培养皿中,去甲肾上腺素会促使人的黑色素细胞干细胞增殖,这意味着人的头发在压力下变白有可能是通过同样的生理机制。

为了确认心理压力和生理压力能够催生白发,研究人员尝试了 3 种方法,包括抑制应激、慢性不可预知的应激和疼痛应激,其中疼痛应激是通过注射一种辣椒素的超强类似物树脂毒素来进行的。张兵介绍说,这里采用的是学界成熟的研究压力的动物模型和方法,包括限制运动、光亮/黑暗交替、笼子倾斜,以及痛觉引起的应激反应等等。

三种方法都催生了白发,而注射树脂毒素是催生白发最迅速的。

进化利弊相兼

这个研究也验证了战斗或逃跑反应的负面影响。张兵认为,急性应激,特别是战斗或逃跑反应,一般被认为有利于动物的生存。但是这项研究表明,急性应激也会导致干细胞耗竭。

战斗或者逃跑反应一般被认为是短期的、可逆转的过程,但这种急性的应急反应会对色素干细胞引起永久性的破坏。

张兵说,“我们的工作阐明了这种影响的作用机制——交感神经过多分泌神经递质引起色素干细胞枯竭。长期的压力也会影响交感神经的活动,而持续性的这种刺激也会引起色素干细胞的枯竭,最终导致白发的产生。”

“我们的研究揭示了压力令头发加速变白的一种生理机制。引起白发的原因有很多种,我们的研究表明压力确实是其中很重要的一种。而自然衰老过程、基因和免疫因素也是重要的引起白发的原因。因此,有白发并不代表你受到了太多压力,因为头发变白有可能是多种因素引起的。”

据纽约时报报道,约翰·霍普金斯大学医学院生物学家查特吉(Subroto Chatterjee)认为,基因和饮食在头发变白中也起到了作用。他们的研究结果表明,西式高脂肪和高胆固醇饮食会导致小鼠脱发,毛发变白。

张兵说,这项研究为以后设计有效的缓解或者治疗白发的方法提供了理论基础。只是鉴于白发的原因有多种,因此要达到缓解甚至治疗白发的目标,还有很多工作要做。

作者介绍

白发魔女难题有解,哈佛发现压力激活干细胞导致白发

图 |论文第一作者张兵博士和通讯作者许雅捷。(来源:wbur.org)

许雅捷(Ya-Chieh Hsu),哈佛大学及哈佛干细胞研究所副教授,在贝勒医学院攻读博士期间,研究的是果蝇的发育。在洛克菲勒大学做博士后期间,研究的是毛囊干细胞的课题。许雅捷实验室主要从事哺乳动物皮肤细胞发育、再生和损伤修复的原理的分子机制。

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