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来源：生物探索 君不见，高堂明镜悲白发，朝如青丝暮成雪……不论头发是在不知不觉间由黑转白，还是因为遭遇重大变故而“一夜白头”，都是令人伤感遗憾的事。头发的变白似乎总和衰老脱不开关系，既是由于人们总因衰老而白头，也是因为白发会让人看起来苍老更多。 然而现在，除了染发、戴假发之外，人们有希望真正做到将头发由白变黑！4月19日，纽约大学格罗斯曼医学院研究团队在Nature上发表最新篇论文“Dedifferentiation maintains melanocyte stem cells in a dynamic niche”，揭秘了头发变白的机制，并指出这一机制可以被逆转。
图1 研究成果（图源：[1]） 研究团队发现， 控制毛发颜色的干细胞，在毛囊中有一种过去不为人知的特殊移动能力，可是随着年龄增长，这种干细胞会被“堵”住无法移动。这一发现不仅解释了为什么毛发会随着衰老而变白，还提出了让白发恢复颜色的潜在思路：设法疏通“堵”住的细胞。 这种干细胞叫黑色素细胞干细胞（简称McSC），决定头发颜色的黑色素细胞就来源于它们。McSC和其他干细胞一样可以持续自我扩增。当它们在毛囊中获得足够的信号刺激（例如Wnt信号），会从原始的干细胞状态向成熟状态转变，分化产生成熟的黑色素细胞，制造色素蛋白，给新生的毛发带来颜色。
图2 毛囊结构（图源：[2]） 毛发的生长是由毛囊（hair follicles，HF）周期性地生长、退化、再生所驱动的。研究人员发现，在毛囊的休止期（telogen），大多数McSC位于毛囊的毛基质（hair germ，HG）区，少数情况下，McSC会出现在毛囊的隆起（bulge）区。这表明，对于头发着色和McSC的自我维持，HG区的McSC是主力军。 随后，研究人员追踪了HG McSC在毛囊周期其余时间的命运走向。结果发现，在毛囊生长初期（anagen），在毛球（hair bulb）区，出现了HG McSC生成的成熟黑色素细胞，这些成熟的黑色素细胞会在初期结束时死亡。同时，HG McSC还出现在隆起和上部外根鞘（upper outer root sheath，ORS up）的干细胞生态位，并表现出自我更新能力。在毛囊的生长中晚期（catagen），隆起/ORS up区的大多数McSC出现在毛囊下部。到下一个休止期，它们大多数回到了HG区域。
图3 HG McSC在毛囊生长周期中的两种命运走向，上图为自我维持走向，下图为分化成熟走向（图源：[1]） 研究者利用先进的三维成像等技术，长时间追踪观察了小鼠单个毛囊中的McSC，发现在正常的毛发生长周期中，这种细胞在毛囊区间会有规律地上下移动。而这种位置的变化非常重要，因为它们接触到的影响其成熟度的外源蛋白信号就不一样了，于是McSC可以在干细胞和过渡扩增的中间状态之间丝滑切换。相比之下，构成毛囊本身的干细胞就没有这种来回移动的模式，而是只会在成熟时沿一个方向移动，且不会再退回到原始干细胞状态。 然而，随着毛发一次次地老化、脱落、再生长，McSC数量越来越多，最后被堵在了毛囊的隆突区（bulge）。 这下尴尬了：滞留的McSC不能进一步发育成熟为过渡扩增的中间状态，也不能返回到最初的毛基质（hair germ）位置。由于McSC在隆突区能接收到的信号蛋白Wnt很少，只有毛基质位置的几万亿分之一，因此无法生成黑色素细胞。结果就是，当毛囊继续生长，新长出来的毛发变成灰白色的了。 过去，科学家们发现，McSC比其他成体干细胞群失效更早，导致了人和小鼠出现白发。现在，研究人员所发现的这一机制的脆弱性说明了背后的原因——McSC在两个区域之间的移动容易遭到损害。 比如，当人或小鼠进入老年，毛囊在经历了多轮生长周期之后，越来越多的McSC会“卡在”隆起/ORS up区域而无法回到HG区域，虽然它们仍能在隆起/ORS up区域再生，但无法在HG区域进入“过渡扩增”状态并最终分化为黑色素细胞，也就无法为头发着色。对小鼠进行重复拔毛和强制再生加速毛囊老化的实验也证实了这一点，在隆起区域中含有McSC的毛囊比例从原来的10%上升到了50%。看来，白头发越拔越多，还是有一定道理的。
图4 反复拔毛强制再生使得小鼠毛发变白（图源：[1]） 研究的第一作者、纽约大学朗格健康中心的博士后Qi Sun表示，发现的这一机制可能同样存在于人类身上，因此，通过帮助“卡在”隆起区的McSC重新回到HG区域，或许是预防或扭转头发变白的一种可行方案。 研究的资深作者、纽约大学朗格尼健康中心Ronald O. Perelman皮肤病学系和细胞生物学系教授Mayumi Ito表示，团队正在计划研究恢复McSC移动的方法，或者直接在物理上将它们移回HG区域，使之恢复产生色素的能力。 另外，值得注意的是，McSC还是致命癌症黑色素瘤的关键参与者。这个研究中所发现的McSC发育可塑性或许解释了为什么黑色素瘤如此难以治疗。另一方面，McSC的过早老化或许是预防黑色素瘤形成的进化策略——如果细胞停止复制，也就无法产生导致癌症的突变。 |
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