白发变黑的新希望： 黑色素干细胞的衰老新机理

一、乌黑秀发的科学之源

君不见，高堂明镜悲白发，朝如青丝暮成雪。

头发变白是人体衰老最早的生理现象之一，而且除了染发之外，通常头发变白后很难自然逆转。通常来讲，随着年龄的增长老化，人头发会逐渐变成白色。我们东亚人大约在接近40岁时就会开始出现白头发；到了50岁，有50%的人会有白发长出；一般鬓角最先开始出现白发，然后是头顶部，最后才是枕部区域。甚至在极端的情况下，像白毛女一样“一夜白头”的情况，也并不少见。为什么人的头发会变白呢？如果不用染发剂，人体的白发还有可能变黑吗？

科学研究表明：在人体毛发组织中有两种最重要的生长干细胞：一是毛囊干细胞，负责分化生成角质细胞，它们负责帮助人体在头皮上长出头发；二是黑色素干细胞（melanocyte stem cells），以下简称McSC：负责分化出黑色素细胞，它们负责给我们的头发上色。在毛囊干细胞和黑色素干细胞的紧密配合和同步协作的节奏之下，我们的角质细胞每天会长出约0.3 毫米的头发，黑色素细胞则每天负责为这新长出来的约0.3毫米的头发刷上颜色，勤勤恳恳，日复一日，年复一年。

黑色素细胞干细胞（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），就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，从而制造色素蛋白，给新生的毛发带来颜色，为健康年轻的人类奉献一头“乌黑秀发”。

二、白发产生的科学机理

2020年1月22日，许雅捷教授、张兵博士（西湖大学生命科学学院特聘研究员）获得了国际知名学术期刊《自然》2020年度十大科学发现大奖，同时还被评为2020年度《自然》最受关注的论文。他们在《自然》发表的获奖论文题目是《Hyperactivation of sympathetic nerves drives depletion of melanocyte stem cells》（交感神经的过度激活促使黑色素细胞干细胞的耗竭）。该研究论文认为，交感神经系统在压力应激下会变得高度活跃，并导致黑色素细胞干细胞的耗竭，以此揭示压力导致白发的具体原因。该项研究论文认为，在小鼠动物试验研究中，急性应激压力（acute stress）通过快速消耗黑素细胞干细胞（melanocyte stem cells），从而导致头发变白。

有意思的是，一般来说，国际科学界通常认为：在哺乳动物组织中的成体干细胞是静止不动的，它们会稳定地停留在自己的固定生态基础位置上，产生名为转运扩增细胞（transit-amplifying cells）的过渡期细胞，然后再由这些过渡期的转运扩增细胞，来完成后续的增殖和迁移工作，奔赴需要再生力量补充的生理组织。

在张兵博士的上述获奖研究成果中，McSC的正常状态被认为是静止的，如果McSC发生物理位移，被认为可能是一种自杀式的耗竭死亡行为。然而在2023年4月19日，纽约大学格罗斯曼医学院 Mayumi Ito 教授团队在在 《自然》期刊上 发表的最新科学研究发现，却完全颠覆了科学界的“干细胞是静止不位移的”传统观点。

纽约大学格罗斯曼医学院 Mayumi Ito 教授团队4月19日在 《自然》期刊上发表的题为《Dedifferentiation maintains melanocyte stem cells in a dynamic niche 》（去分化使黑色素细胞干细胞保持在一个动态的利基中）的研究论文。该研究发现McSC具有在毛囊生长区来回移动的能力，并且随着衰老的进行，这些干细胞会被“困住”无法移动，从而失去了维持头发颜色的能力，进而导致头发变白。

图片2 图片来源：参考文献[1]

这项研究首次发现了MsSC在毛囊区域的来回移动行为，以及该移动行为随年龄衰老而出现的，被“困住不动”的现象。McSC的这种行为，与传统科学界过去所认知的任何成体干细胞都完全不同。虽然之前科学界也曾经研究发现过成体干细胞会移动，比如肠道干细胞就有类似迁移的行为，在人体表面伤口愈合过程中，也曾经报道过到毛囊干细胞的移动，但是，我们可从来没观察到过干细胞走了还能再次迁移“返回原址”的这种“往复运动”的独特科学现象。上述研究成果，揭示了白发产生的科学机理，并且为防止头发变白或逆转白发开辟了一种潜在的科学新途径，带来了预防头发变白、甚至是将白发逆转为黑发的潜在新希望！

上述论文研究发现：McSC栖居在毛囊的隆突区（bulge）和毛基质。在毛发生长的静止期，McSC的确安静停留在隆突区和毛基质区域，然而当进入毛发生长期之后，McSC竟然开始向下移动了！并且随着毛发生长期的进行，McSC会下沉到生长中的深层毛囊的最底部，并且在下一轮毛发生长期启动时会再次上移，向上移动回到原有的隆突区（bulge）位置。该研究发现，McSCs会在毛囊中的微小区域之间来回移动。每个区室可能给予MsSC稍微不同的蛋白质信号，这允许细胞在不同的成熟水平之间振荡，这在很大程度上颠覆了对干细胞的运作方式的传统科学认知。

以上研究团队发现，控制毛发颜色的McSC干细胞，在毛囊中存在一种颠覆了“干细胞是静止不迁移”的传统科学观点的、过去所并不为人知的特殊的移动能力。并且随着年龄增长，这种干细胞居然又会被“堵”住而无法移动。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）而无法继续迁移。

当毛囊干细胞激发头发向上生长的时候，原本应该与毛囊干细胞共同工作的McSC干细胞却因为衰老而“步履蹒跚”，难以移动，而造成脱离岗位“旷工”的情况。最终的结果是头发向上生长了，但是上调迁移去了隆突区（bulge）的McSC干细胞却无法返回工作岗位，因为“脱岗旷工”，无法再生产生黑色素细胞，所以无法为新生长出来的头发“染上”足够的黑色素，结果，衰老之后的头发，就变成了灰白色。这一发现不仅解释了为什么毛发会随着衰老而变白的潜在科学机理，研究人员甚至还提出了让白发变黑的潜在科学思路：设法疏通“堵”住的McSC干细胞！

图片3：McSC变成接近黑色素细胞的树突状形态
图片来源：参考文献[1]

研究者利用先进的三维成像等技术，长时间去追踪观察小鼠单个毛囊中的McSC的迁移行为。研究团队发现：在正常的毛发生长周期中，McSC干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可以在干细胞和过度扩增的中间状态之间丝滑切换。相比之下，构成毛囊本身的毛囊干细胞却完全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向上移动，且不会再退回到原始干细胞状态。研究团队还发现，随着年龄的增长，随着头发周期性地生长和脱落，越来越多的McSC被卡在隆突区（bulge）这一特殊区域。毛囊的膨胀并没有给这些McSC发出成熟的信号，也没有把McSC送回到毛囊底层可以发育成熟的区域。

三、白发变黑的科学新希望

全新的科学发现，可能来自全新的实验观测技术。当我们采用全新实验观测技术去重复旧有科学实验，可能产生更多颠覆性的科学发现，McSC的这种“时光穿梭机”一般的来回迁移的行为，以及因为衰老而停下迁移脚步的科学新发现，就是三维成像技术的最新科学发现成果。上述研究论文发现：在进入毛发生长期，McSC就开始迁移分化了，表达分化标记，形态上就会开始变化成黑色素细胞的树突状外观，并出现了成熟黑色素细胞的部分特征。

本论文的研究者指出，人和小鼠的毛发普遍都会随着衰老而褪色变白，其原因可能就是McSC丧失了来回移动和变化的能力。与小鼠类似，人类的McSC可能也存在同样的固定位置来回移动的生理机制。本论文的通讯作者Mayumi Ito教授认为：“McSC的运动和可逆分化是保持毛发健康亮泽的关键。”

研究团队表示，他们已开始尝试研究恢复McSCs的运动迁移能力，并且尝试物理方法将它们移回生产黑色素细胞的底部毛基质区域，从而研究测试是否可以让白发重新变回黑发。对于上述研究团队的未来科研成果，我们拭目以待！上述具有里程碑意义的白发形成科学机理的发现，对于人类衰老过程中的头发变白问题的医学解决方案，提供了新的思路、新希望和潜在的新途径！

参考文献：

[1]  https://www.nature.com/articles/d41586-023-00918-0
[2] Qi Sun et al., (2023) Dedifferentiation maintains melanocyte stem cells in a dynamic niche. Nature Doi: https://doi.org/10.1038/s41586-023-05960-6
[3] 《Nature重磅发现：揭开头发变白的原因，为白发转黑带来希望》，微信公众号“生物世界”，2023年4月20日

来源：荣格-《国际个人护理品生产商情》

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