Исследование показало важную роль стволовых клеток в поседении волос при стрессе

Ученые HSCI раскрыли связь между нервной системой и стволовыми клетками, восстанавливающими пигмент волос.

Согласно историческим сведениям, когда Мария-Антуанетта была захвачена во время Французской революции, ее волосы побелели за одну ночь. Принимавший участие во вьетнамской войне Джон Маккейн (впоследствии ставший сенатором США), получил тяжелые травмы в результате пыток в плену и поседел в 30 лет.

Долгое время считалось, что появление седых волос связано со стрессовыми переживаниями.

Ученые из Гарвардского института стволовых клеток (Harvard Stem Cell Institute, HSCI) впервые обнаружили, как именно происходит этот процесс. Стресс активирует нейроны, которые являются частью реакции «бей или беги», что, в свою очередь, приводит к необратимому повреждению стволовых клеток, отвечающих за регенерацию пигмента в волосяных фолликулах.

«У каждого есть свои забавные истории, в которых стресс повлиял на организм рассказчика, особенно на кожу и волосы — ткани, которые мы видим внешне», — сказала старший автор исследования, опубликованного в журнале Nature, Я-Чи Сюй (Ya-Chieh Hsu), доцент кафедры стволовых клеток в Гарварде и старший преподаватель в HSCI.

«Мы хотели выяснить, существует ли такая связь, и если да, то как стресс приводит к изменениям в различных тканях. Пигментация волос — наиболее доступная и гибкая система для начала, и, кроме того, нам было любопытно посмотреть, действительно ли стресс приводит к поседению волос».

Поскольку стресс влияет на весь организм, исследователи сначала должны были сузить круг поисков, чтобы узнать, какая часть организма непосредственно отвечает за связь стресса с цветом волос. Команда сначала предположила, что стресс провоцирует иммунную атаку на клетки, производящие пигмент. Однако, когда мыши, лишенные иммунных клеток, все еще седели, исследователи обратили внимание на гормон кортизол. Однако это снова оказался тупик.

«Стресс всегда повышает уровень гормона кортизола в организме, поэтому мы подумали, что кортизол мог сыграть свою роль», — сказала Сюй. «Но удивительно, что, когда мы удалили надпочечники у мышей, чтобы остановить производство гормонов, подобных кортизолу, шерсть всё еще седела от стресса».

После систематического устранения различных возможных вариантов исследователи сосредоточили внимание на симпатической нервной системе, которая отвечает за реакцию организма «бей или беги». Отростки симпатических нейронов разветвляются к каждому волосяному фолликулу кожи.

Исследователи обнаружили, что стресс заставляет эти нейроны выделять норадреналин, который поглощается соседними стволовыми клетками, отвечающими за регенерацию пигмента в волосяных фолликулах.

В волосяном фолликуле определенные стволовые клетки действуют как резерв клеток, продуцирующих пигмент и окрашивающих волосы при их отрастании.

Исследователи обнаружили, что норадреналин из симпатических нейронов вызывает чрезмерную активацию стволовых клеток. Все стволовые клетки превращаются в пигмент-продуцирующие клетки, преждевременно истощая резерв.

«Когда мы начинали исследование, я ожидала, что стресс вреден для организма, но мы обнаружили, что пагубное воздействие стресса оказалось сильнее того, что я себе представляла», — сказала Сюй. «Через несколько дней все стволовые клетки, отвечающие за регенерацию пигмента, пропали. Как только они исчезают, пигмент больше не способен восстанавливаться. Это необратимая потеря».

Данное открытие указывает на негативные побочные эффекты защитной эволюционной реакции, как утверждают исследователи.

«Острый стресс, особенно реакция «бей или беги», традиционно считается благоприятной для выживания животного. Но в этом случае острый стресс вызывает постоянное истощение стволовых клеток», — сказал доктор Бинг Чжан (Bing Zhang), ведущий автор исследования.

Чтобы связать стресс с поседением волос, учёные начали исследование с изучения реакции всего организма, постепенно фокусируясь на отдельных системах органов, межклеточных взаимодействиях, в конечном счете, вплоть до молекулярной динамики. Для изучения этого процесса потребовался разнообразный исследовательский инструментарий, включая методы манипулирования органами, нейронами и клеточными рецепторами.

«Чтобы перейти от высшего уровня к мельчайшим деталям, мы сотрудничали со многими учеными широкого диапазона дисциплин, используя комбинацию различных подходов для решения фундаментального биологического вопроса», — сказал Чжан.

«Нам известно, что периферические нейроны регулируют функции органов, кровеносных сосудов и иммунной системы, но мы не много знаем о том, как они регулируют стволовые клетки», — сказал Айзек Чиу (Isaac Chiu), доцент кафедры иммунологии Гарвардской Медицинской школы, изучающий взаимодействие нервной и иммунной систем.

«Благодаря данному исследованию мы теперь знаем, что нейроны могут контролировать стволовые клетки и их функцию, и можем объяснить, как они взаимодействуют на клеточном и молекулярном уровне, чтобы связать стресс с появлением седых волос».

Результаты работы помогут более широко осветить воздействие стресса на различные органы и ткани. Это понимание проложит путь для новых исследований, которые нацелены на изменение или блокирование разрушительных последствий стресса.

«Со знанием того, как стресс влияет на стволовые клетки, восстанавливающие пигмент, мы заложили основу для понимания влияния стресса на другие ткани и органы в организме», — сказала Сюй.

«Информация о том, как наши ткани изменяются под воздействием стресса, является первым шагом к возможному лечению, которое сможет остановить или обратить вспять пагубное воздействие стресса. Нам еще предстоит многому научиться в этой области».