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《Nature》| 纽约大学格罗斯曼医学院:头发变白的机制找到了
2023/8/22 15:59:54 | 浏览:2137 | 评论:0

顶级期刊Nature发表一篇题为“Dedifferentiation maintains melanocyte stem cells in a dynamic niche”的研究论文[2],从负责头发色素沉着的黑色素细胞干细胞(McSC)系统中发现了头发变白的原因。或许在不久的未来,发掘一种预防头发变白、甚至逆转白发变黑的健康新方法将不再是梦想!

来自美国纽约大学格罗斯曼医学院 Mayumi Ito 教授团队通过3D成像、遗传标记和scRNA-seq等技术,对小鼠黑色素细胞干细胞(McSC)的自我更新能力、分化轨迹、去分化、可逆性调节等一系列过程进行了深入分析研究。

首先,我们先来了解一下黑色素细胞干细胞(McSC)系统。负责头发色素沉着的黑色素细胞干细胞(McSC)系统组织与毛囊干细胞(HFSC)组织相似。McSCs位于休止期毛囊(HFs)的隆突(bulge)区和毛基质(hair germ ,HG)区域,McSCs被毛囊上皮干细胞(隆突细胞)和祖细胞(HG细胞)包围,构成McSC生态位。

为了验证HG McSCs是否具有自我更新能力,研究者使用小鼠模型通过体内成像技术对休止期HG McSCs进行了命运图谱。结果表明,与HFSC系统中HG上皮细胞在增殖分化后消失不同,HG中的黑色素细胞干细胞(McSC)具有自我更新能力。提示McSCs在促分化环境中聚集时依然保持其干性,大多数McSCs在转运扩增(TA)和干细胞状态之间切换,以进行自我更新和成熟后代的产生,这种机制与其他自我更新系统在根本上有所不同。

《Nature》| 纽约大学格罗斯曼医学院:头发变白的机制找到了

图:HG McSCs具有自我更新能力(来源[2])

McSC 分化形态方面,研究者发现,在休止期阶段,McSCs显示出未分化的黑色素细胞的紧凑椭圆形或双极形状。然而,它们在早期生长期(生长期II)中显示出显著变化,当转运扩增(TA)细胞出现在HG区室中时,HG 中的所有黑色素细胞都出现树突状外观。在超过90%的HFs中,黑色素细胞在这一阶段都具有树突状形态。

《Nature》| 纽约大学格罗斯曼医学院:头发变白的机制找到了

图:在休止期和生长早期的McSCs,标记的区域被放大和重建(来源[2])

实时成像和单细胞RNA测序结果显示,MCSC 是可移动的,并且需要移动以展示其“变色龙样”特征,在局部微环境信号(例如WNT)刺激下,McSCs再生分化的黑色素细胞向下迁移到毛球(在毛囊下部,是头发的生长点)中,在此处为头发产生黑色素,为头发“上色”。

需要注意的是,当它们位于 HF 的 TA 隔室(生长的 HG 区域)时,它们会显示 TA 表型,然后一旦易位到 HF 的干细胞区室中,就会显示干细胞表型。随着时间的推移,黑色素细胞干细胞(McSCs)与毛囊干细胞(HFSCs)的耐用性存在差异,即McSCs比HFSCs更早耗尽,这导致头发在衰老过程中变白。

长期谱系追踪表明,McSC系统是由恢复的McSCs维持的,而不是由固有地免于可逆变化的保留干细胞维持的。

研究者认为,McSCs在HF的干细胞(WNT - bulge/ORSup)和TA(WNT+HG/bulb)间转移的能力可能使它们能够可逆地获得不同的分化状态。然而,实时成像显示,一些源自HG的McSCs在下一个休止期没有回到HG室,而是留在休止期隆突处。考虑到人类和小鼠中头发变白的高患病率,研究者探究了HG McSCs分布的这种变化是否与衰老有关。

研究者通过采用从出生后21天的小鼠开始,在每个休止期反复脱毛的方法,加速HFs的衰老。果然,研究者检测到HFs中存在显著的McSCs缺失,这在HG的第七个休止期中十分明显。

正如预期的那样,这些小鼠显示出头发变白。值得注意的是,老年HF中的许多McSCs改变了位置,分散到隆突处,而不是在HG室内紧密聚集。并且图像分析显示,老年HF个体间McSCs的距离大于年轻HF个体间McSCs的距离。含有隆突型McSCs的HF百分比从10%增加到50%以上,这种异常的McSC分布可能会影响成熟黑色素细胞的再生。

《Nature》| 纽约大学格罗斯曼医学院:头发变白的机制找到了

图:第2和第7次休止期小鼠情况比较(来源[2])

综上所述,该研究确定了一种新的模型,其中去分化是稳态干细胞维持不可或缺的一部分,并表明调节McSC流动性可能代表一种预防头发变白的新方法。可能在不久的未来,白发变黑不再是困扰大家的难题!

参考文献:

[1]Zhang Y, Birmann BM, Han J, et al. Personal use of permanent hair dyes and cancer risk and mortality in US women:prospective cohort study. BMJ. 2020 Sep 2;370:m2942.

[2] Sun, Q, Lee, W, Hu, H. et al. Dedifferentiation maintains melanocyte stem cells in a dynamic niche. Nature 616, 774–782(2023).

撰文 |青叶

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