本文来自微信公众号：原理 （ID：principia1687），作者：糖兽，原文标题：《为什么当我们老去时，头发会变白？》，题图来自：《白发魔女传》（1993）
衰老，是每一个人都要经历的过程。头发变白是衰老的最早迹象之一。是什么导致了头发随着年龄的增长而变白？这个过程是可逆的吗？一项于近期新发表在《自然》杂志的研究，揭示了黑素细胞干细胞（McSC）是如何为毛发着色的，让我们从更基础的层面接近于弄清楚这些问题的答案。
不一样的黑素细胞干细胞
哺乳动物的组织再生在很大程度上都依赖于成体干细胞的分化能力。干细胞的分化通常被认为是单向的、静止的，它们安静地“居住”在一个被称为生态位的固定位置，产生名为“转运-增殖”细胞的中间态细胞。这些细胞最终会产生功能性的细胞，增殖并转移到需要它们补充组织的地方。
负责产生和维持毛发中的色素的是毛囊中的黑素细胞干细胞，即McSC。一直以来，科学家认为McSC也和其他干细胞一样，永久地存在于一个由毛囊中的凸起和毛胚结构组成的区域，并认为像其他干细胞一样，遵循着相同的分化模式。
然而在新的研究中，研究团队通过细胞谱系追踪和活体成像追踪小鼠毛囊中的McSC后发现，McSC具有在毛囊生长区之间移动的独特能力，且这种能力会随年龄的增长而丧失，进而失去维持发色的能力。
上上下下来回移动
具体来说，研究人员发现，在毛发生长的休止期，McSC的确如预期的那样，存在于毛囊上部由凸起和毛胚构成的区域。
但当毛发开始生长，毛胚开始向下扩张，McSC也会向下迁移到毛囊底部，并在那里开始分化产生黑素细胞，为毛发提供色素。神奇的是，在毛发生长的中后期，这些已经分化的细胞又会去分化，并向上迁移回毛囊的凸起处，再次回到原始位置。
黑素细胞干细胞（McSC）产生黑素细胞的循环。（图/nature）
在实验中，研究人员发现，McSC的这一循环可以持续至少两年，约等于小鼠的生命长度。随着毛发老化、脱落，然后又反复长出，越来越多的McSC会被困在毛囊的凸起区域。它们留在那里，不再进入转运-增殖状态，也不会回到它们在毛胚的原始位置，进而失去维持毛发颜色的能力。
研究人员进而分析了控制McSC周期的细胞信号通路。在实验中，研究人员发现，WNT信号的增强会诱导McSC向黑素细胞分化，并阻止它们在凸起中去分化。而这些激活了McSC的WNT信号，产生自毛胚和凸起周围的细胞。
其实，在此之前就有研究表明，WNT信号是刺激McSC成熟以及产生色素所必需的。且与毛胚相比，McSC在毛囊凸起中受到的WNT信号的影响要小得多。这意味着，被困住的McSC会停止再生行为，因为它们不再暴露于大量WNT信号中。
衰老的影响
那么，McSC的行为是如何受到衰老的影响的？这个问题与毛发变白有关。
头发变白是由于缺乏色素沉着造成的。在实验中，研究人员通过重复性地拔去毛发、迫使再生，来使小鼠毛发衰老。他们发现，这样做的结果是会导致凸起处出现McSC滞留的毛囊比例从10%增长到了50%以上。这些滞留的细胞不能再生或成熟为能产生色素的黑素细胞。
换句话说，McSC的转运减少，导致了产生的黑素细胞的减少，从而使新的毛发变成了灰白色。这意味着，通过改善McSC的活性，或许有可能影响头发变白的。这为预防白发的新疗法打开了大门。
此外，关于头发变白之所以是衰老的最初迹象之一，研究人员也给出了推测。他们认为，或许正是因为McSC干细胞需要“上上下下”地移动，因此它们比其他干细胞需要更多的“体力”，导致它们可能会更早地被“磨损”。
但与此同时，McSC的过早衰老也并非全是坏事。McSC干细胞被认为与臭名昭著的黑色素瘤息息相关。过早的衰老有可能是防止黑色素瘤形成的一种进化策略——如果细胞停止复制，它们就不能获得导致癌症的突变。不过，研究人员也指出，黑色素瘤为何如此难以治疗，或许也与McSC的这些独特属性有关。
“不同寻常”或许也寻常
McSC这种发育灵活性和物理性迁移令人惊讶。可以说，几乎没有证据表明，有任何其他干细胞可以从它们的生态位，物理性地迁移到另一个位置，然后再迁移回来。
虽然之前也有研究报道称，肠道干细胞拥有一些类似的行为，但它们没有迁移那么远，而且也没有出现去分化的现象。成体干细胞在生理环境中“分化”后再“去分化”，更是闻所未闻的。
照目前来看，McSC是特殊的，它们与之前描述过的成体干细胞群体都不相同。在这项研究中，之所以能观察到这些不同寻常的结果，是因为研究人员借助了一些创新的方法，使他们能够长期监测相同细胞的生态位。
未来，类似的技术应该在可能的地方应用，从而对其他成体干细胞群体的行为进行新的观察。或许McSC的这种“上上下下”的行为，最终会被证明其实并没有那么不同寻常。
参考来源
https://www.nature.com/articles/d41586-023-00918-0
https://nyulangone.org/news/study-links-stuck-stem-cells-hair-turning-gray
https://doi.org/10.1038/s41586-023-05960-6
本文来自微信公众号：原理 （ID：principia1687），作者：糖兽