研究揭示了整个头发生长的规律

用经典诗来诠释,没有头发是一个孤岛。取而代之的是,科学家们发现,所有的头发都可以相互交流,并在整个身体中协调生长。这是由单一分子机制调节的,该分子机制可以调节皮肤区域,以确保有效的头发生长(因此不会形成秃头的斑块),并在不同的身体区域实现不同的头发密度。

研究揭示了整个头发生长的规律

取而代之的是,加州大学尔湾分校的科学家发现,所有的头发都可以相互交流,并在整个身体中协调生长。这是由单一分子机制调节的,该分子机制根据皮肤区域进行调整,以确保有效的头发生长(因此不会形成秃头的斑块),并在不同的身体区域实现不同的头发密度。

在动物中,这种调节过程对于在野外生存很重要。在人类中,这些发现可能会导致解决秃顶和多余毛发生长的新方法,并进一步了解更快和更慢的再生区域如何在其他快速更新的组织(例如肠和骨髓)中协同工作。

在这项研究中,研究人员使用了头发生长不良的第一个小鼠模型来分析导致秃顶的类人毛发行为。他们的研究结果发表在eLife上,这是一本专注于生命和生物医学科学的开放式期刊。UCI的发展与细胞生物学助理教授Maksim Plikus和数学教授Qing Nie领导了这项工作。Plikus实验室的Ji Ji Won Oh和Nie实验室的Wang Qixuan对这项工作做出了同样的贡献。

皮肤区域如何沟通

研究人员专注于Wnt信号通路(对胚胎发育和再生很重要)与骨形态发生蛋白(它们是毛发生长抑制因子)的相互作用。

尽管先前的研究表明Wnt-BMP信号可调节某些身体部位的头发生长,但尚不知道不同皮肤区域如何相互交流以协调跨边界的头发。通过结合Nie实验室的数学建模专家和Plikus实验室的皮肤研究专家,发现Wnt-BMP调节在所有皮肤上无处不在。

普利库斯说:“与在两个邻国使用的语言类似,目前尚不清楚背面皮肤如何与腹部皮肤'交谈'以协调头发的生长。” “例如,我们证明,尽管腹部和背部皮肤之间可能存在不同的信号'方言',但所有的头发都可以通过使用相似的'单词'和'句子'相互理解。”

头发生长问题的根源

这种复杂信号的分解可能会揭示人发生长不规则的根源并指出解决方案。

例如,常见的男性型秃头会影响额骨和冠状区域,但不会影响头后部。在成年人类中,头皮头发之间的信息传递似乎停止了,并且每个毛囊都被认为独立生长。

“如果能够恢复非秃头和秃头区域之间的通信,那么毛发生长信号就可以开始散布在整个头部皮肤上,从而防止区域性秃头。” Plikus说。

他补充说:“就像头皮皮肤可能会表现出头发生长不足一样,其他身体部位的皮肤(例如脸,手臂和腿)通常会表现出过度的头发生长,这在美容上是不希望的。” “我们的发现表明,毛囊之间信号串扰的增加可能是造成这种情况的主要原因之一。”

下一步是什么?

Plikus说,Wnt和BMP信号传导活性可以通过药理调节。他说:“我们的研究确定了对头发生长非常有利的Wnt-BMP信号水平类型以及阻止头发生长的类型。” “它提供了优化Wnt-BMP水平以增强头发生长的路线图。”

他补充说,研究结果指出,除了Wnt和BMP之外,其他信号传导因子也与头发的强劲生长呈正相关。研究这些将是研究人员的下一步。

Nie指出,实验室实验可能不足以研究复杂的生物学功能,例如整个皮肤的毛发生长。他说:“在这种情况下,数学建模可以极大地帮助发现过程。” “我们的新数学模型预测了毛发之间信号传递通讯的细节,否则仅凭标准生物学实验就难以揭示。”

Journal Reference:

  1. Qixuan Wang, Ji Won Oh, Hye-Lim Lee, Anukriti Dhar, Tao Peng, Raul Ramos, Christian Fernando Guerrero-Juarez, Xiaojie Wang, Ran Zhao, Xiaoling Cao, Jonathan Le, Melisa A Fuentes, Shelby C Jocoy, Antoni R Rossi, Brian Vu, Kim Pham, Xiaoyang Wang, Nanda Maya Mali, Jung Min Park, June-Hyug Choi, Hyunsu Lee, Julien Legrand, Eve Kandyba, Jung Chul Kim, Moonkyu Kim, John Foley, Zhengquan Yu, Krzysztof Kobielak, Bogi Andersen, Kiarash Khosrotehrani, Qing Nie, Maksim V Plikus. A multi-scale model for hair follicles reveals heterogeneous domains driving rapid spatiotemporal hair growth patterningeLife, 2017; 6 DOI: 10.7554/eLife.22772

 

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