В исследовании на мышах, опубликованном в журнале Nature, исследователи обнаружили, что главный гормон стресса заставляет стволовые клетки волосяного фолликула оставаться в длительной фазе покоя, не регенерируя волосяной фолликул и волосы. Исследователи определили конкретный тип клеток и молекулу, отвечающую за передачу сигнала стресса стволовым клеткам, и показали, что этот путь потенциально может быть направлен на восстановление роста волос.
"Моя лаборатория заинтересована в понимании того, как стресс влияет на биологию стволовых клеток и биологию тканей, отчасти благодаря тому факту, что каждый может рассказать историю о том, что происходит с его кожей и волосами, когда они находятся в состоянии стресса. Я понял, что как биолог, специализирующийся на кожных стволовых клетках, я не могу дать удовлетворительный ответ относительно того, действительно ли стресс оказывает влияние – и, что более важно, если да, то каковы механизмы », – сказал Я-Чие Хсу, доктор философии.D., Элвин и Эста Стар доцент кафедры стволовых клеток и регенеративной биологии Гарварда и старший автор исследования. «Кожа представляет собой управляемую и доступную систему для глубокого изучения этой важной проблемы, и в этой работе мы обнаружили, что стресс действительно задерживает активацию стволовых клеток и в корне меняет частоту регенерации тканей стволовыми клетками волосяного фолликула."
Волосяной фолликул – одна из немногих тканей млекопитающих, которая может проходить этапы регенерации в течение жизни, и стала парадигмой, которая во многом определяет наше фундаментальное понимание биологии стволовых клеток млекопитающих. Волосяной фолликул естественным образом колеблется между ростом и отдыхом – процесс, подпитываемый стволовыми клетками волосяного фолликула.
Во время фазы роста стволовые клетки волосяного фолликула активируются для регенерации волосяного фолликула и волос, и волосы становятся длиннее с каждым днем. Во время фазы покоя стволовые клетки неактивны, и волосы легче выпадают.
Выпадение волос может произойти, если волосы выпадают, а стволовые клетки остаются неподвижными без регенерации новой ткани.
Исследователи изучили модель хронического стресса на мышах и обнаружили, что стволовые клетки волосяного фолликула остаются в фазе покоя очень долгое время, не регенерируя ткани.
Главный гормон стресса, вырабатываемый надпочечниками, кортикостерон, был активирован хроническим стрессом; предоставление кортикостерона мышам позволило воспроизвести стрессовое воздействие на стволовые клетки. Эквивалентным гормоном у людей является кортизол, который также активируется при стрессе и часто называется «гормоном стресса»."
«Этот результат предполагает, что повышенный уровень гормонов стресса действительно оказывает негативное влияние на стволовые клетки волосяного фолликула», – сказал Сюй. "Но настоящее удивление произошло, когда мы удалили источник гормонов стресса."
В нормальных условиях регенерация волосяных фолликулов со временем замедляется – фаза покоя удлиняется с возрастом животных. Но когда исследователи удалили гормоны стресса, фаза покоя стволовых клеток стала чрезвычайно короткой, и мыши постоянно входили в фазу роста для регенерации волосяных фолликулов на протяжении всей своей жизни, даже когда они были старыми.
"Таким образом, даже базовый уровень гормона стресса, который обычно циркулирует в организме, является важным регулятором фазы покоя. По сути, стресс просто поднимает эту уже существующую «ось надпочечников и волосяных фолликулов», что еще больше затрудняет переход стволовых клеток волосяных фолликулов в фазу роста для регенерации новых волосяных фолликулов », – сказал Хсу.
Установив связь между гормоном стресса и активностью стволовых клеток волосяного фолликула, исследователи искали биологический механизм, лежащий в основе этой связи.
«Сначала мы спросили, регулирует ли гормон стресса напрямую стволовые клетки, и проверили, удалив рецептор кортикостерона, но это оказалось неправильным. Вместо этого мы обнаружили, что гормон стресса на самом деле действует на кластер дермальных клеток под волосяным фолликулом, известный как дермальный сосочек », – сказал Секью Чой, доктор философии.D., ведущий автор исследования.
Известно, что дермальный сосочек имеет решающее значение для активации стволовых клеток волосяного фолликула, но ни один из ранее идентифицированных факторов, секретируемых дермальным сосочком, не изменился при изменении уровня гормона стресса. Скорее, гормон стресса не позволял клеткам дермального сосочка секретировать Gas6, молекула, которая, как показали исследователи, может активировать стволовые клетки волосяного фолликула.
«Как в нормальных, так и в стрессовых условиях добавления Gas6 было достаточно для активации стволовых клеток волосяных фолликулов, которые находились в фазе покоя, и для стимулирования роста волос», – сказал Чой. «В будущем путь Gas6 может быть использован из-за его потенциала в активации стволовых клеток, способствующих росту волос. Также будет очень интересно изучить, связаны ли другие связанные со стрессом тканевые изменения с влиянием гормона стресса на регулирование газа6."
Эти первоначальные результаты на мышах необходимо дополнительно изучить, прежде чем их можно будет безопасно применить на людях. Управление технологического развития Гарварда защитило интеллектуальную собственность, относящуюся к этой работе, и изучает возможности сотрудничества по ее дальнейшему развитию и возможной коммерциализации.
В прошлом году группа Сюй обнаружила, как стресс влияет на другой тип стволовых клеток, расположенных в волосяном фолликуле, – стволовые клетки меланоцитов, которые регенерируют пигмент волос.
Исследователи обнаружили, что стресс активирует симпатическую нервную систему и истощает стволовые клетки меланоцитов, что приводит к преждевременному поседению волос. Теперь, в новом исследовании, два вывода вместе демонстрируют, что, хотя стресс оказывает пагубное влияние как на стволовые клетки волосяных фолликулов, так и на стволовые клетки меланоцитов, механизмы различны.
Стресс истощает стволовые клетки меланоцитов напрямую через нервные сигналы, в то время как стресс препятствует образованию новых волос стволовыми клетками волосяного фолликула косвенно, через воздействие гормона стресса, производимого надпочечниками, на нишу. Поскольку стволовые клетки волосяного фолликула не истощаются, возможно, будет возможно реактивировать стволовые клетки в условиях стресса с помощью таких механизмов, как путь Gas6.
Помимо потенциального применения пути Gas6 для стимулирования роста волос, результаты исследования также имеют более широкое значение для биологии стволовых клеток.
"При поиске факторов, контролирующих поведение стволовых клеток, обычно мы ищем локально в коже. Несмотря на наличие важных местных факторов, наши результаты показывают, что главный переключатель активности стволовых клеток волосяных фолликулов на самом деле находится далеко в надпочечниках и работает, изменяя порог, необходимый для активации стволовых клеток », – сказал Хсу. «Вы можете системно контролировать поведение стволовых клеток, находящихся в другом органе, который играет действительно важную роль, и мы изучаем все больше и больше примеров этих« межорганных взаимодействий ».’Биология тканей взаимосвязана с физиологией тела. Нам еще предстоит многому научиться в этой области, но наши открытия постоянно напоминают нам о том, что для понимания стволовых клеток в коже нам часто нужно думать не только о коже."