摘要：一項新的研究表明，某些干細(xì)胞具有在毛囊的生長區(qū)之間移動的獨(空)特能力，但隨著人們年齡的增長，它們會被困住，從而失去成熟和保持頭發(fā)顏色的能力。
由紐約大學(xué)格羅斯曼醫(yī)學(xué)院(NYU Grossman School of Medicine)的研究人員領(lǐng)導(dǎo)的這項新研究集中在小鼠皮膚細(xì)胞上，他們在人類皮膚上也發(fā)現(xiàn)了一種叫做黑色素干細(xì)胞(McSCs)的細(xì)胞。頭發(fā)顏色是由毛囊內(nèi)無功能但不斷繁殖的McSCs池是否獲得成熟細(xì)胞的信號來控制的，成熟細(xì)胞產(chǎn)生負(fù)責(zé)顏色的蛋白質(zhì)色素。
這項新研究發(fā)表在4月19日的《自然》在線雜志上，該研究表明，McSCs具有顯著的可塑性。這意味著在正常的毛發(fā)生長過程中，這些細(xì)胞在發(fā)育中的毛囊隔室之間穿梭時，它們在成熟軸上不斷地來回移動。正是在這些隔室中，McSCs暴露于不同程度的成熟影響蛋白信號。
圖1 黑色素干細(xì)胞(McSCs)具有顯著的可塑性
具體來說，研究小組發(fā)現(xiàn)，McSCs在其最原始的干細(xì)胞狀態(tài)和成熟的下一個階段(過渡擴(kuò)增狀態(tài))之間轉(zhuǎn)換，并取決于它們的位置。
研究人員發(fā)現(xiàn)，隨著頭發(fā)老化、脫落，然后反復(fù)長出，越來越多的McSCs被困在被稱為毛囊隆起（hair follicle bulge，生物通注）的干細(xì)胞區(qū)中。它們留在那里，不能成熟到轉(zhuǎn)運擴(kuò)增狀態(tài)，也不會回到它們在胚芽室的原始位置，后者中WNT蛋白會刺激它們再生成色素細(xì)胞。
該研究的首(空)席研究員、紐約大學(xué)朗格尼健康中心的博士后Qi Sun博士說，“我們的研究增加了我們對黑色素干細(xì)胞如何影響頭發(fā)顏色的基本理解，新發(fā)現(xiàn)的機制提出了一種可能性，即人類可能存在同樣的黑色素干細(xì)胞固定位置。如果是這樣，它就提供了一種潛在的途徑，可以通過幫助堵塞的細(xì)胞在發(fā)育中的毛囊間再次移動來逆轉(zhuǎn)或防止人類頭發(fā)變白。"
研究人員說，其他自我再生的干細(xì)胞不具備McSC的可塑性，比如構(gòu)成毛囊本身的干細(xì)胞，它們在成熟時只沿既定的時間軸向一個方向移動。例如，轉(zhuǎn)運擴(kuò)增毛囊細(xì)胞永遠(yuǎn)不會恢復(fù)到原來的干細(xì)胞狀態(tài)。這在一定程度上解釋了為什么即使色素沉著失敗，頭發(fā)也能繼續(xù)生長，Sun說。
紐約大學(xué)同一研究小組的早期工作表明，WNT信號是刺激McSCs成熟和產(chǎn)生色素所必需的。該研究還表明，與位于毛囊隆起正下方的毛胚室相比，毛囊隆起中的McSCs受到WNT信號的影響要少幾萬億倍。
在最近的一項實驗中，通過拔毛和強迫再生使毛發(fā)衰老的小鼠，在毛囊隆起處有McSCs的毛囊數(shù)量從拔毛前的15%增加到強迫衰老后的近一半。這些細(xì)胞仍然不能再生或成熟為產(chǎn)生色素的黑色素細(xì)胞。
研究人員發(fā)現(xiàn)，被困的McSCs停止了再生行為，因為它們不再接觸到大量WNT信號中，因此它們在新毛囊中產(chǎn)生色素的能力降低，即使頭發(fā)繼續(xù)生長。
圖2 HG McSC具有自我更新能力
相比之下，在整個兩年的研究期間，其他繼續(xù)在毛囊隆起和毛胚之間來回移動的McSCs保留了作為McSCs再生、成熟為黑色素細(xì)胞和產(chǎn)生色素的能力。
該研究的高級研究員Mayumi Ito博士說:“正是黑色素細(xì)胞干細(xì)胞失去了類似變色龍的功能，這可能是導(dǎo)致頭發(fā)變白和失去顏色的原因。"
“這些發(fā)現(xiàn)表明，黑色素干細(xì)胞的運動和可逆分化是保持頭發(fā)健康和顏色的關(guān)鍵。"
Ito說，研究小組計劃研究恢復(fù)McSCs干細(xì)胞活力的方法，或者通過物理方式將它們移回它們的毛基質(zhì)，在那里它們可以產(chǎn)生色素。
在這項研究中，研究人員使用了最新的3D活體成像和scRNA-seq技術(shù)，實時地跟蹤細(xì)胞在每個毛囊內(nèi)的衰老和移動。
參考資料：
[1] De-differentiation maintains melanocyte stem cells in a dynamic niche
