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《Cell》解释人类起鸡皮疙瘩的真正原因

你是否想过,身为人类我们为什么会起鸡皮疙瘩?巧的是查尔斯•罗伯特•达尔文也考虑过这个问题。他在他著名的《进化论》中对鸡皮疙瘩进行了思考。他认为,鸡皮疙瘩也许能保护皮毛厚实的动物免受寒冷侵袭。但我们人类似乎并没有从这种反应中获益太多。

那么,为啥我们还在进化过程中一直保留着鸡皮疙瘩呢?

在一项新的研究中,哈佛大学的科学家发现了原因:引起鸡皮疙瘩的细胞类型对于调节再生毛囊和头发的干细胞也很重要。在皮肤下面,收缩产生鸡皮疙瘩的肌肉是连接交感神经和毛囊干细胞的桥梁。交感神经对寒冷的反应是在短期内收缩肌肉和引起鸡皮疙瘩,长期则是通过驱动毛囊干细胞激活和新头发生长。

发表在《Cell》杂志上的这些发现让研究人员更好地了解了不同细胞类型是如何相互作用,从而将干细胞活动与外界环境的变化联系起来的。

“我们一直对外界刺激如何调节干细胞的行为很感兴趣。皮肤是一个迷人的系统:它有多种被不同类型的细胞包围的干细胞,位于我们身体与外界的交界处。因此,它的干细胞可能会对一系列不同的刺激做出反应——从生态位、全身,甚至外部环境,”Ya-Chieh Hsu副教授说,他与国立台湾大学的Sung-Jan Lin教授合作领导了这项研究。“我们发现了一个有趣的双组分生态位,它不仅在稳定状态下调节干细胞,而且根据外界温度的变化来调节干细胞的行为。”

调节毛发生长的系统

许多器官由三种组织组成:上皮、间质和神经。在皮肤中,这三个血统以一种特殊的排列方式组织起来。交感神经是我们神经系统的一部分,它控制着人体的稳态和我们对外界刺激的反应,它与间质中的一个微小的平滑肌相连。这种平滑肌又与毛囊干细胞相连,毛囊干细胞是一种上皮干细胞,对毛囊再生和修复伤口至关重要。

交感神经和肌肉之间的联系是众所周知的,因为它们是产生鸡皮疙瘩的细胞基础:寒冷会触发交感神经神经元发送神经信号,肌肉的反应是收缩并导致毛发竖立。然而,当用电子显微镜在极高分辨率下检查皮肤时,研究人员发现交感神经不仅与肌肉有关,而且与毛囊干细胞形成直接联系。事实上,神经纤维包裹在毛囊干细胞周围就像一条丝带。

“我们在超微结构水平上看到神经和干细胞是如何相互作用的。神经元倾向于调节可兴奋的细胞,就像其他神经元或带有突触的肌肉一样。但我们惊讶地发现,它们与上皮干细胞形成类似突触的结构,而上皮干细胞并不是神经元的典型靶点。”

接下来,研究人员证实了神经确实靶向了干细胞。交感神经系统通常在一个恒定的低水平激活以维持体内平衡,研究人员发现这种低水平的神经活动使干细胞保持在一个稳定的状态,准备再生。在长时间的寒冷中,神经在更高的水平上被激活,释放出更多的神经递质,使干细胞迅速激活,再生毛囊,长出新的毛发。

研究人员还调查了是什么维持了与毛囊干细胞的神经联系。当移除与毛囊相连的肌肉时,交感神经收缩,与毛囊干细胞的神经连接丢失,表明肌肉是连接交感神经与毛囊的必要结构支撑。

系统如何发育

除了研究毛囊处于完全形成状态外,研究人员还研究了系统最初是如何发育的——肌肉和神经如何首先到达毛囊。

“我们发现信号来自发育中的毛囊本身。它分泌一种调节平滑肌形成的蛋白质,然后吸引交感神经。然后在成年期,这种相互作用发生逆转,神经和肌肉一起调节毛囊干细胞,以再生新的毛囊,”本文者Yulia Shwartz说。

应对环境

通过这些实验,研究人员发现了一种调节毛囊干细胞的双组分系统。神经是通过神经递质激活干细胞的信号成分,而肌肉是使神经纤维直接与毛囊干细胞相连的结构成分。

“你可以用很多不同的方法来调节毛囊干细胞,它们是研究组织再生的极好模型,”Shwartz说。“这种特殊的反应有助于将组织再生与外界的变化(如温度)结合起来。这是一个两层的回应:鸡皮疙瘩是短期内提供某种缓解的快速方法。但当寒冷持续时,这就成了干细胞知道是时候再生新的毛发了。”

未来,研究人员将进一步探索外部环境如何影响皮肤中的干细胞,包括在体内平衡状态下,以及在伤口愈合等修复情况下。

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