Nature：重大进展！揭示黑色素细胞干细胞困在毛囊隆起中竟会导致毛发变白

一项新的研究显示某些干细胞具有在毛囊的不同生长区室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，因而失去了成熟为色素细胞和维持毛发颜色的能力。相关研究结果于2023年4月19日在线发表在Nature期刊上，论文标题为“Dedifferentiation maintains melanocyte stem cells in a dynamic niche”。论文通讯作者为美国纽约大学格罗斯曼医学院细胞生物学系教授Mayumi Ito博士。

在Ito及其研究团队的领导下，这项新研究着重关注小鼠皮肤中称为黑色素细胞干细胞（melanocyte stem cell, McSC）的细胞，不过在人类中也发现了McSC。毛发的颜色是由毛囊中无功能但不断增殖的McSC池是否得到信号成为制造负责颜色的蛋白色素的成熟细胞（即色素细胞）所控制。

这些发现表明McSC具有明显的可塑性。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不同区室之间移动时，它们在成熟轴上不断地来回变换。正是在这些区室内，McSC接触到了不同程度的影响成熟度的蛋白信号。

具体来说，这些作者发现，McSC在它们的最原始的干细胞状态和它们成熟的下一阶段---移动-扩增状态（transit-amplifying state）---之间转换，这取决于它们的位置。

这些作者发现，随着毛发的老化、脱落，然后反复生长，越来越多的McSC被困在称为毛囊隆起（hair follicle bulge）的干细胞区室。它们留在那里，不会成熟到移动-扩增状态，也没有回到它们在毛胚区室（germ compartment）的原始位置，在那里WNT蛋白会促使它们再生为色素细胞。

论文第一作者、纽约大学格罗斯曼医学院博士后研究员Qi Sun博士说，“我们的研究增加了我们对McSC如何为毛发着色的基本了解。这种新发现的机制提出了一种可能性，即McSC的相同固定位置可能存在于人类中。如果是这样，它提出了一个潜在的途径，通过帮助被困住的McSC在发育中的毛囊区室之间再次移动来逆转或防止人类头发变白。”

这些作者表示，McSC的可塑性不存在于其他自我再生的干细胞中，例如那些构成毛囊本身的干细胞（即毛囊干细胞），已知毛囊干细胞在成熟时只沿着既定的时间线向一个方向移动。例如，移动-扩增的毛囊细胞永远不会恢复到它们的原始干细胞状态。Sun说，这在一定程度上有助于解释为什么毛发可以继续生长，即使它的色素沉着失败。

Ito团队早期的一项研究已表明WNT信号是刺激McSC成熟和产生色素所必需的，而且还表明McSC在毛囊隆起处受到WNT信号的影响要比位于毛囊隆起处正下方的毛胚区室少几万亿倍。

毛胚区室中的McSC在早期生长过程中启动分化程序。图片来自Nature, 2023, doi:10.1038/s41586-023-05960-6。

在这项新的研究中，通过给小鼠拔毛和强制再生使它们的毛发物理老化，毛囊隆起处含有McSC的毛囊数量从拔毛前的15%增加到强制老化后的近一半。这些细胞仍然无法再生或成熟为产生色素的黑色素细胞。

这些作者发现被困住的McSC停止了它们的再生行为，因为它们不再接触到大量WNT信号，因而它们在新毛囊中产生色素和继续生长的能力也停止了。相比之下，其他继续在毛囊隆起和毛胚区室之间来回移动的McSC在两年的整个研究期间保留了它们作为McSC再生、成熟为黑色素细胞和产生色素的能力。

Ito博士说，“正是McSC失去了类似变色龙的功能，这可能是导致毛发变白和失去颜色的原因。这些发现表明，McSC的移动和可逆分化是保持毛发健康和颜色的关键。”

Ito说，该团队已计划研究恢复McSC的移动能力或将它们物理性地移回它们的毛胚区室，在那里它们可以产生色素。

在这项新的研究中，这些作者使用了最近的三维成像和scRNA-seq技术，几乎能够实时跟踪细胞的老化和在每个毛囊中的移动。（生物谷 Bioon.com）

参考资料：

Qi Sun et al. De-differentiation maintains melanocyte stem cells in a dynamic niche. Nature, 2023, doi:10.1038/s41586-023-05960-6.