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查尔斯·达尔文研究过鸡皮疙瘩——现在哈佛大学的科学家发现

哈佛大学的科学家发现,引起鸡皮疙瘩的细胞类型也控制着头发的生长。

如果你曾想知道我们为什么起鸡皮疙瘩,那么有很多人和你一样感到奇怪。查尔斯·达尔文(Charles Darwin)也是这样认为的,他在关于进化的著作中对此进行了思考。鸡皮疙瘩可以保护皮毛厚实的动物不受冻,但我们人类似乎并没有从这种反应中获益太多。那么为什么在进化过程中它一直被保存下来呢?

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调节再生毛囊和毛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对于连接交感神经和毛囊干细胞是必不可少的。交感神经对寒冷的反应是在短期内收缩肌肉并引起鸡皮疙瘩,在长期内刺激毛囊干细胞的活动和新头发的生长。

发表在《细胞》(Cell)杂志上的这些在小鼠身上的发现,让研究人员更好地了解了不同类型的细胞如何相互作用,从而将干细胞活动与外界环境的变化联系起来。

我们一直对了解干细胞的行为是如何受到外界刺激的调控很感兴趣。皮肤是一个迷人的系统:它有多个干细胞,被不同类型的细胞包围着,并且位于我们身体和外部世界的界面。因此,它的干细胞可以对多种刺激做出潜在的反应。从壁龛、整个身体,甚至外部环境,干细胞和再生生物学的Alvin and Esta Star副教授许亚杰说,他与国立台湾大学的林成扬教授共同领导了这项研究。在本研究中,我们发现了一个有趣的双组分小生境,它不仅在稳定状态下调节干细胞,而且还根据外界温度的变化调节干细胞的行为。

调节头发生长的系统

许多器官由三种组织构成:上皮、间质和神经。在皮肤上,这三种血统以一种特殊的方式组织起来。交感神经是我们神经系统的一部分,它控制身体的稳态和我们对外界刺激的反应,它连接着间叶组织中的一块小平滑肌。平滑肌与毛囊干细胞相连,毛囊干细胞是一种上皮干细胞,对毛囊再生和伤口修复至关重要。

交感神经和肌肉之间的联系是众所周知的,因为它们是鸡皮疙瘩背后的细胞基础:寒冷触发交感神经细胞发送神经信号,肌肉通过收缩和引起毛发直立的反应。然而,当使用极高分辨率的电子显微镜检查皮肤时,研究人员发现交感神经不仅与肌肉相关,而且还与毛囊干细胞形成直接连接。事实上,神经纤维像丝带一样缠绕着毛囊干细胞。

我们可以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。但我们惊奇地发现,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目标。许说。

接下来,研究人员证实了神经确实以干细胞为目标。交感神经系统通常在一个恒定的低水平被激活以维持身体内稳态,研究人员发现,这种低水平的神经活动使干细胞处于一种准备再生的平衡状态。在长时间寒冷的情况下,神经被激活的程度要高得多,更多的神经递质被释放,导致干细胞迅速激活,再生毛囊,长出新的毛发。

研究人员还研究了是什么维持了与毛囊干细胞的神经连接。当他们移除连接毛囊的肌肉时,交感神经缩回,与毛囊干细胞的神经连接丢失,这表明肌肉是连接交感神经和毛囊的必要结构支撑。

系统如何发展

除了研究毛囊完全成形的状态外,研究人员还调查了这个系统最初是如何发展的。肌肉和神经是如何到达毛囊的。

我们发现信号来自于正在发育的毛囊本身。它分泌一种蛋白质来调节平滑肌的形成,然后平滑肌吸引交感神经。然后在成人中,这种相互作用反过来了,神经和肌肉一起调节毛囊干细胞来再生新的毛囊。它正在结束整个循环。正在发育的毛囊正在建立自己的利基,她是该研究的第一作者之一,同为徐实验室的研究生Meryem Gonzalez-Celeiro和林实验室的博士后陈志龙。

对环境的反应

通过这些实验,研究人员确定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传递成分,而肌肉是使神经纤维与毛囊干细胞直接连接的结构成分。

你可以用很多不同的方式调节毛囊干细胞,它们是研究组织再生的很好的模型。Shwartz说。这种特殊的反应有助于组织再生与外界变化(如温度)的耦合。这是一种双层反应:起鸡皮疙瘩是一种在短期内提供某种缓解的快速方式。但当寒冷持续时,这就成为一种很好的机制,让干细胞知道它可能是时候再生新的毛发了。

在未来,研究人员将进一步探索外部环境如何影响干细胞在皮肤内稳态和修复情况下,如伤口愈合。

我们生活在一个不断变化的环境中。由于皮肤总是与外界接触,这给了我们一个机会来研究我们体内的干细胞是如何利用机制来整合组织生产和不断变化的需求,这对于生物体在这个动态的世界中茁壮成长至关重要。许说。

促进鸡皮疙瘩的细胞类型形成一个调节毛囊干细胞的生态位。由Yulia Shwartz, Meryem Gonzalez-Celeiro,陈志龙,H. Amalia Pasolli, shuhsien Sheu, Sabrina Mai-Yi Fan, Farnaz Shamsi, Steven Assaad, Edrick Tai-Yu Lin, Bing Zhang, paichi Tsai, Megan He, Yu-Hua tyu - hua, Sung-Jan Lin and ychieh Hsu, 2020年7月16日,牢房。

DOI: 10.1016 / j.cell.2020.06.031

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