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Nature:重磅!揭示压力导致头发变白机制!交感神经过度激活导致色素再生干细胞耗竭

来源:本站原创 2020-01-27 12:27

2020年1月27日讯/生物谷BIOON/---据报道,法国大革命期间Marie Antoinette被捕时,她的头发在一夜之间变白。在最近的历史中,John McCain在越战期间作为战俘遭受了重伤,他的头发也掉了色。

长期以来,一些奇闻轶事将压力经历与头发变白现象联系起来。如今,在一项新的研究中,来自美国哈佛大学等研究机构的研究人员首次确切地发现了这个过程是如何进行的:压力激活了作为战斗或逃避反应(fight-or-flight response)一部分的神经,这接着对毛囊中的色素再生干细胞(pigment-regenerating stem cell)造成了永久性损害。这一发现提高了科学家们对压力如何影响身体的认识。相关研究结果于2020年1月22日在线发表在Nature期刊上,论文标题为“Hyperactivation of sympathetic nerves drives depletion of melanocyte stem cells”。论文通讯作者为哈佛大学干细胞与再生生物学副教授Ya-Chieh Hsu博士。
图片来自Nature, 2020, doi:10.1038/s41586-020-1935-3。

Hsu说,“每个人都有关于压力如何影响他们身体的趣闻,尤其是在他们的皮肤和头发上---这是我们唯一能够从外面看到的两种组织。我们想要理解这种关联性是否正确,如果是正确的话,那么压力如何导致多种组织发生变化。头发色素沉着(hair pigmentation)一种容易触及的易于处理的过程,除此之外,我们真地很想知道压力是否真正地导致了头发变白。”

缩小罪魁祸首的范围

鉴于压力会影响整个身体,因此这些研究人员首先必须确定哪种身体系统负责将压力与头发颜色联系在一起。他们首先假设压力会导致对色素产生细胞(pigment-producing cell, 产生色素的细胞)发生免疫攻击。但是,当缺乏免疫细胞的小鼠仍显示出毛发变白时,他们转向了一种称为皮质醇的激素。但是,这又是一个死胡同。

Hsu说,“压力总是会增加体内皮质醇的水平,因此我们认为皮质醇可能起一定作用。但是令人吃惊的是,当我们从小鼠身上切除肾上腺以致它们不能产生类似皮质醇的激素时,它们的毛发在压力下仍会变白。”

在系统性地消除各种可能性之后,这些研究人员着重关注负责身体斗或逃跑反应的交感神经系统。

交感神经延伸到皮肤上的每个毛囊中。这些研究人员发现,压力会使这些神经释放出化学物去甲肾上腺素,这种物质会被附近的色素再生干细胞吸收。

永久损伤

在毛囊中,某些干细胞充当色素产生细胞的储存库。当头发再生时,一些干细胞会转变为让头发变色的色素产生细胞。

这些研究人员发现,来自交感神经的去甲肾上腺素会导致这些干细胞过度激活。这些干细胞都会转化为色素产生细胞,从而过早地耗尽了这种干细胞储存库。

Hsu说,“当我们开始研究这一点时,我原以为压力对身体有害,但是我们发现压力所带来的有害影响却超出了我的想象。几天后,所有色素再生干细胞都丢失了。一旦它们消失了,你就无法再色素。这种损伤是永久性的。”

这些研究人员说,这一发现强调了一种原本具有保护作用的进化反应的负面影响。论文第一作者、哈佛大学博士后研究员Bing Zhang说,“急性压力(acute stress,也译为急性应激),特别是战斗或逃避反应,传统上被认为对动物的生存有利。但是,在这种情况下,急性压力会导致某些干细胞永久性耗竭。”

回答一个基本问题

为了将压力与头发变白联系起来,这些研究人员从全身反应开始,逐步缩小到各个器官系统,细胞与细胞之间的相互作用,最后一直到分子动力学。这一过程需要各种研究工具,包括操纵器官、神经和细胞受体的方法。

Zhang说,“为了从最高层次到最小细节,我们与许多学科的许多科学家们合作,使用不同方法的组合来解决一个非常基本的生物学问题。”

这些合作者包括哈佛医学院免疫学助理教授Isaac Chiu,他研究了神经系统与免疫系统之间的相互作用。

Chiu说,“我们知道外周神经元可以有效调节器官功能、血管和免疫反应,但是对它们如何调节干细胞的了解还很少。通过这项研究,我们如今知道神经元可以控制干细胞及其功能,并可以解释它们如何在细胞和分子水平上相互作用,从而将压力与头发变白联系起来。”

这些发现有助于阐明压力对各种器官和组织的广泛影响。这种理解将为开展寻求改变或阻止压力的破坏作用的新研究铺平道路。

Hsu说,“通过精确地了解压力如何影响色素再生干细胞,我们为了解压力如何影响身体的其他组织和器官奠定了基础。了解我们的组织如何在压力下发生变化是朝着可以阻止或逆转压力的有害影响的最终治疗的关键第一步。在这一领域,我们仍有很多东西要学习。”(生物谷 Bioon.com)

参考资料:

1.Bing Zhang et al. Hyperactivation of sympathetic nerves drives depletion of melanocyte stem cells. Nature, 2020, doi:10.1038/s41586-020-1935-3.

2.Solving a biological puzzle: How stress causes gray hair
https://medicalxpress.com/news/2020-01-biological-puzzle-stress-gray-hair.html

3.How the stress of fight or flight turns hair white
https://www.nature.com/articles/d41586-019-03949-8
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