研究表明，“卡住”的干细胞与头发变白有关

诸平

Hair-coloring stem cells (at left, in pink) need to be in the hair germ compartment in order to be activated (at right) to develop into pigment. Credit: Springer-Nature Publishing

据美国纽约大学朗格尼健康（NYU Langone Health）2023年4月19日提供的消息，美国和日本的研究人员合作研究表明，“卡住”的干细胞与头发变白有关（Study links 'stuck' stem cells to hair turning gray）。

一项新的研究表明，某些干细胞具有在毛囊的生长区之间移动的独特能力，但随着人们年龄的增长，它们会被困住，从而失去成熟和保持头发颜色的能力。相关研究结果于2023年4月19日已经在《自然》（Nature）杂志网站发表——Qi Sun, Wendy Lee, Hai Hu, Tatsuya Ogawa, Sophie De Leon, Ioanna Katehis, Chae Ho Lim, Makoto Takeo, Michael Cammer, M. Mark Taketo, Denise L. Gay, Sarah E. Millar, Mayumi Ito. Dedifferentiation maintains melanocyte stem cells in a dynamic niche. Nature, 2023. DOI: 10.1038/s41586-023-05960-6. Published: 19 April 2023. http://www.nature.com/articles/s41586-023-05960-6

参与此项研究的有来自美国纽约大学格罗斯曼医学院（New York University Grossman School of Medicine, New York, NY, USA）、美国纽约西奈山伊坎医学院（Icahn School of Medicine at Mount Sinai, New York, NY, USA）以及日本京都大学的研究人员。

由纽约大学格罗斯曼医学院(NYU Grossman School of Medicine)的研究人员领导的这项新研究集中在小鼠皮肤细胞上，也在人类皮肤上发现了一种叫做黑素细胞干细胞(melanocyte stem cells简称McSCs)的细胞。头发颜色是由毛囊内无功能但不断繁殖的McSCs池是否获得成熟细胞的信号来控制的，成熟细胞（mature cells）产生负责颜色的蛋白质色素（protein pigments）。

2023年4月19日发表在的《自然》杂志上的这项新研究，表明McSCs具有显著的可塑性。这意味着在正常的毛发生长过程中，当这些细胞在发育中的毛囊的隔室之间穿梭时，它们在成熟轴上不断地来回移动。正是在这些隔室中，McSCs暴露于不同程度的成熟影响蛋白信号。具体来说，研究小组发现，McSCs在其最原始的干细胞状态和成熟的下一阶段，即过境扩增状态之间转换，这取决于它们的位置。

研究人员发现，随着头发老化、脱落，然后反复长出，越来越多的McSCs被困在被称为毛囊隆起的干细胞区中。它们留在那里，不会成熟到转运扩增状态，也不会回到它们在胚芽室的原始位置，在那里WNT蛋白（WNT proteins）会刺激它们再生成色素细胞。

该研究的首席研究者、纽约大学朗格尼健康中心（NYU Langone Health）的博士后孙琦博士（Qi Sun, Ph.D.音译）说：“我们的研究增加了我们对McSCs如何影响头发颜色的基本理解。新发现的机制提出了一种可能性，即McSCs的固定定位可能也存在于人类中。如果是这样，它就提供了一种潜在的途径，通过帮助堵塞的细胞在发育中的毛囊间再次移动，来逆转或防止人类头发变白。”

研究人员说，其他自我再生的干细胞不具备McSC的可塑性，比如构成毛囊本身的干细胞，它们在成熟时只沿既定的时间轴向一个方向移动。例如，转运扩增毛囊细胞永远不会恢复到原来的干细胞状态。这在一定程度上解释了为什么即使色素沉着失败，头发也能继续生长，孙琦说。

纽约大学同一研究小组的早期工作表明，WNT信号是刺激McSCs成熟和产生色素所必需的。该研究还表明，与位于毛囊凸起正下方的毛胚室相比，毛囊凸起中的McSCs受到WNT信号的影响要少几万亿倍。

在最近的一项实验中，通过拔毛和强迫再生使毛发衰老的老鼠，在毛囊膨出处有McSCs的毛囊数量从拔毛前的15%增加到强迫衰老后的近50%。这些细胞仍然不能再生或成熟为产生色素的黑色素细胞（melanocyte）。

研究人员发现，被困的McSCs停止了再生行为，因为它们不再暴露于大量WNT信号中，因此它们在新毛囊中产生色素的能力继续生长。

相比之下，在整个两年的研究期间，其他继续在毛囊膨出和毛胚之间来回移动的McSCs保留了作为McSCs再生、成熟为黑素细胞和产生色素的能力。

该研究的高级研究员、纽约大学朗格尼健康中心罗纳德·佩雷尔曼（Ronald O. Perelman）皮肤病学系和细胞生物学系（Department of Dermatology and the Department of Cell Biology at NYU Langone Health）教授伊藤真由美（Mayumi Ito）博士说：“黑色素细胞干细胞（melanocyte stem cells）中变色龙样功能的丧失可能是导致头发变白和失去颜色的原因。”

纽约大学朗格尼分校细胞生物学系（Department of Cell Biology at NYU Langone）的教授伊藤真由美说：“这些发现表明，黑素细胞干细胞的运动和可逆分化是保持头发健康和颜色的关键。”

伊藤真由美说，研究小组计划研究恢复McSCs活力的方法，或者通过物理方式将它们移回它们的萌发室（germ compartment），在那里它们可以产生色素。

在这项研究中，研究人员使用了最新的3D活体成像（3D-intravital-imaging）和小条件核糖核酸-序列技术（scRNA-seq techniques）来几乎实时地跟踪细胞在每个毛囊（hair follicle）内的衰老和移动。

本研究得到了纽约大学朗格尼分校劳拉（Laura）和艾萨克·珀尔穆特（Isaac Perlmutter）癌症中心（NYU Langone’s Laura and Isaac Perlmutter Cancer Center）的癌症中心支持补助金(Cancer Center Support Grant P30CA016087)、共享仪器补助金(Shared Instrumentation Grant S10 OD021747)、美国国立卫生研究院关节炎、肌肉骨骼和皮肤疾病研究所{National Institute of Arthritis and Musculoskeletal and Skin Diseases of the National Institutes of Health (R01 AR059768, R01 AR074995 and U54CA263001-01A1)}、美国国防部{ Department of Defense (W81XWH2110435 and W81XWH-21-1-0510)}、欧巴奇-布兰德皮肤病试点资助计划（Orbuch & Brand Pilot Grant Program for Diseases of the Skin）、黑色素瘤研究联盟皮肤病研究员奖(Melanoma Research Alliance Dermatology Fellows Award 654765 and 812413)、NYSTEM机构培训补助金(NYSTEM institutional training grant (contract C026880)的资助或支持。

上述介绍，仅供参考。欲了解更多信息，敬请注意浏览原文或者相关报道。

头发为什么会变白？这项新研究结果这样解释……

Abstract

For unknow reasons, the melanocyte stem cell (McSC) system fails earlier than other adult stem cell populations¹, which leads to hair greying in most humans and mice^2,3. Current dogma states that McSCs are reserved in an undifferentiated state in the hair follicle niche, physically segregated from differentiated progeny that migrate away following cues of regenerative stimuli^4,5,6,7,8. Here we show that most McSCs toggle between transit-amplifying and stem cell states for both self-renewal and generation of mature progeny, a mechanism fundamentally distinct from those of other self-renewing systems. Live imaging and single-cell RNA sequencing revealed that McSCs are mobile, translocating between hair follicle stem cell and transit-amplifying compartments where they reversibly enter distinct differentiation states governed by local microenvironmental cues (for example, WNT). Long-term lineage tracing demonstrated that the McSC system is maintained by reverted McSCs rather than by reserved stem cells inherently exempt from reversible changes. During ageing, there is accumulation of stranded McSCs that do not contribute to the regeneration of melanocyte progeny. These results identify a new model whereby dedifferentiation is integral to homeostatic stem cell maintenance and suggest that modulating McSC mobility may represent a new approach for the prevention of hair greying.