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原來雞皮疙瘩與毛髮生長有關?!

在低溫環境下,交感神經會誘導豎毛肌收縮使毛髮站立而形成”雞皮疙瘩“,然而雞皮疙瘩這個現象已經失去其調節溫度的功能,那為什麼在哺乳類的演化過程中這個現象會持續被保留下來呢?台灣大學林頌然教授與美國哈佛大學許雅捷教授研究團隊認為「交感神經-豎毛肌-毛囊」之間必定存在著其他的功能,經研究發現低溫的刺激除了產生雞皮疙瘩,更能夠促進小鼠的毛髮生長。

在皮膚結構中,交感神經的支配、豎毛肌(起源自間質)及毛囊(起源自上皮)形成一個三源結構,交感神經調配由成束平滑肌組成的豎毛肌,而豎毛肌連結毛囊幹細胞所在的的毛囊膨脹區域(bulge region)(圖一)。在環境刺激下,例如低溫,對此三源結構有顯著的影響:交感神經的脈衝引起豎毛肌的收縮使毛髮豎立,這些直立的毛髮能夠收集空氣形成一層絕緣體來達到溫度調控,即是雞皮疙瘩現象。過去許多文獻已經指出毛髮的生長與交感神經具有相關性,毛囊的生長週期分為生長期(anagen)、衰退期(catagen)及休止期(telogen),毛囊幹細胞大多數的時間維持在靜止的休止期,但是一旦進入生長期,細胞會大量增殖而促進毛髮生長。交感神經廣泛地影響人類的生理現象,那又是怎麼影響毛髮的生長呢?此研究利用細胞專一性的基因剃除、細胞去除(cell ablation)、轉錄體學、高解析度影像及三維電子顯微鏡,探討了交感神經的直接標的細胞及其分子機制和豎毛肌對於毛髮生長的影響。

圖一,「交感神經-豎毛肌-毛囊」三源結構及其交互作用。Doi: 10.1016/j.cell.2020.06.031

在胚胎發育過程中,皮膚結構裡源自上皮細胞的毛囊幹細胞最先形成,生長中的毛囊幹細胞會分泌音速刺蝟因子(Sonic Hedgehog, SHH)驅使豎毛肌發展,待豎毛肌發育成熟後,交感神經會伸出神經纖維束來調控毛囊幹細胞,形成「交感神經豎毛肌毛囊」三源結構。研究團隊透過電子顯微鏡發現,交感神經在接近毛囊幹細胞處會形成類突觸的結構(synapse-like connections),交感神經分泌的腎上腺素結合到毛囊幹細胞上的腎上腺素受體ADRB2,始交感神經能夠直接調控毛囊幹細胞的活性(圖二)。然而,上皮及間質物質會經歷週期性的重塑,不會進行大規模更新的豎毛肌成為維持交感神經繫住毛囊細胞的重要結構。

圖二,冷風刺激促進小鼠毛髮的生長及進入生長期。Doi: 10.1016/j.cell.2020.06.031

交感神經分泌腎上腺素直接調控毛囊幹細胞的活性,而豎毛肌維持交感神經與毛囊幹細胞的交互作用,於是研究團隊認為提高交感神經活性除了引起雞皮疙瘩外還能促進毛囊幹細胞的活化。在冷風刺激下的老鼠提高了交感神經活性、腎上腺素分泌量並呈現經典的雞皮疙瘩反應;在冷風持續刺激兩周後,小鼠的毛囊幹細胞離開了休止期且開始毛囊的再生而促進毛髮生長,實驗證實冷風的刺激確實促進了毛髮的生長(圖二)。

此篇研究闡述了交感神經豎毛肌毛囊之間的結構與調控關係,神經與上皮細胞之間類突觸結構的發現開啟了未來對於此種結構潛在的功能性研究;毛囊幹細胞上之腎上腺素受體ADRB2的發現,將可成為下一步研究生髮藥物的新標的。

參考文獻:
[1] Yulia Shwartz, Meryem Gonzalez-Celeiro, Chih-Lung Chen, H. Amalia Pasolli, Shu-Hsien Sheu, Sabrina Mai-Yi Fan, Farnaz Shamsi, Steven Assaad, Edrick Tai-Yu Lin, Bing Zhang, Pai-Chi Tsai, Megan He, Yu-Hua Tseng, Sung-Jan Lin, and Ya-Chieh Hsu. Cell types promoting goosebumps form a niche to regulate hair follicle stem cells. Cell 182, 578-593 (2020). DOI: https://doi.org/10.1016/j.cell.2020.06.031
[2] S Müller-Röver, B Handjiski, C van der Veen, S Eichmüller, K Foitzik, I A McKay, K S Stenn, R Paus. A comprehensive guide for the accurate classification of murine hair follicles in distinct hair cycle stages. J Invest Dermatol. 117, 3-25 (2001). DOI: 10.1046/j.0022-202x.2001.01377.x. 

撰文|張智婷
審稿|洪維謙

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張 智婷

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