肥胖使毛囊干细胞分化成皮脂细胞,造成不可逆脱发

众所周知,肥胖不仅是糖尿病、高血压等疾病的高风险因素,也是雄性激素性脱发的一个风险因素。

不过虽然超重的人有较高的雄性激素性脱发的风险,但肥胖是否会导致脱发以及背后的分子机制仍然是未知的。

近期,发表在nature的一项研究发现,肥胖通过激活了某些炎症细胞因子信号,从而改变了毛囊干细胞的分化命运,使其分化成皮肤表面的角质细胞或分泌皮脂的皮脂细胞而不是头发生长所必须的毛囊,从而导致毛囊脱落和脱发。

肥胖使毛囊干细胞分化成皮脂细胞,造成不可逆脱发

DOI: 10.1038/s41586-021-03624-x

毛囊是皮肤表皮(外层)中的一个隧道状结构,头发在毛囊的底部开始生长。而毛囊干细胞是毛囊中的长寿细胞。

肥胖使毛囊干细胞分化成皮脂细胞,造成不可逆脱发

来源:毛发医生李丙双 视频截图

我们的毛囊终身都在经历着生长期,退行期和休止期的循环。这一过程依靠的是毛囊干细胞来驱动,也就是说,毛发的周期性自我更新以及生长其实是依赖于毛囊干细胞(HFSCs)周期性增殖和分化。

正常情况下,HFSCs在每个毛囊周期都会进行自我更新。这是使我们的头发不断重新生长的过程的一部分。随着人类年龄的增长,HFSCs不能自我补充,导致HFSCs减少,因此头发变薄。

在这项研究中,东京医科大学(TMDU)的研究人员使用小鼠模型实验来研究高脂肪饮食或遗传诱导的肥胖如何影响头发的稀疏和脱落。

研究员给20个月大的小鼠喂食HFD或正常饮食(ND),为期一个月。结果发现,HFD喂养的老年小鼠出现弥漫型的毛发稀疏。

肥胖使毛囊干细胞分化成皮脂细胞,造成不可逆脱发
接下来,为了研究肥胖对毛囊的影响,野生型雄性小鼠在2至12个月大时被喂以HFD或ND。饲喂HFD的小鼠也显示出毛发数量的减少,并有蓬松的外观。而且在通过脱毛诱导毛发周期后,脱发的情况更加严重。

肥胖使毛囊干细胞分化成皮脂细胞,造成不可逆脱发

此外,在HFD喂养的小鼠中进行几轮毛发周期诱导(但在ND喂养的小鼠中没有)后,会诱发更严重的、不可逆的脱发。

肥胖使毛囊干细胞分化成皮脂细胞,造成不可逆脱发

研究员接下来又分析了遗传性肥胖小鼠、化学性糖尿病小鼠、喂养高蔗糖饮食的野生型小鼠、HFD喂养的雌性小鼠和HFD喂养的雄性小鼠。

研究人员发现在20月龄正常饮食的老年小鼠并不存在脱发现象,但是连续1周的高脂饮食引起的肥胖老年小鼠则明显出现脱发。此外,2月龄的成年小鼠在经过近10周的高脂饮食后其小鼠也出现明显的毛发减少。

肥胖使毛囊干细胞分化成皮脂细胞,造成不可逆脱发

                         衰老和高脂饮食引起毛囊数量减少


他们还发现衰老小鼠确实存在明显的毛囊数量减少,而高脂饮食引起的肥胖也能够引起这种毛囊减少。免疫荧光实验发现高脂饮食后隆突区和基底细胞处的毛囊干细胞数量减少。

毛囊干细胞谱系发现正常饮食的小鼠的毛囊干细胞定位于毛囊外根鞘的隆突区,其中部分分化成毛干。但是在经过3个月高脂饮食后隆突区的毛囊干细胞数量明显减少,其分化形成的子代细胞迁移到靠近皮肤的地方。这就表明高脂饮食引起的代谢应激能够引起毛囊干细胞向毛囊的上部分分化。

为了进一步找到高脂饮食对毛囊干细胞命运调控的作用机制,他们通过单细胞测序发现调控毛囊干细胞自我更新和衰老的分子Col17a1在衰老小鼠中表达降低,但在肥胖小鼠中并未发生变化。这就表明老年后脱发和肥胖引起脱发的机制可能不一样。
肥胖使毛囊干细胞分化成皮脂细胞,造成不可逆脱发

MAPK 和 SHH信号(sonic hedgehog通路,调控细胞增殖和细胞分化)通路在肥胖小鼠的毛囊干细胞中下调,而SHH信号在毛囊生长期也被抑制了。

通过工具小鼠特异性抑制毛囊干细胞中的SHH信号后,这种小鼠出现明显的毛发减少,毛囊干细胞命运分化障碍,类似于肥胖小鼠对毛发的影响。

分子生物学实验发现肥胖小鼠毛囊干细胞的白介素 1β(IL1β)、氧化损伤标志物的表达均增加。此外,长期高脂饮食后小鼠毛囊干细胞中的脂滴异常富集。

IL-1β、IL-6、脂质混合物或 过氧化氢均能抑制毛囊干细胞中的SHH信号。表明这些炎症信号因子和氧化应激抑制毛囊干细胞 中的 SHH 信号。

肥胖使毛囊干细胞分化成皮脂细胞,造成不可逆脱发
                                   特异性激活SHH阻止肥胖引起的脱发


他们进一步通过工具小鼠在高脂饮食期间特异性激活SHH信号后能够明显抑制肥胖引起的脱发。此外,在经过一周激活 SHH 信号的小分子药物处理后,也能够有效治疗肥胖引起的脱发。这些结果表明高脂饮食引起的SHH信号障碍是引起脱发的关键机制。

总的来说,本文发现肥胖引起的毛囊干细胞炎症信号的异常激活后进一步抑制了调控干细胞增殖分化的SHH 信号,加速毛囊缩小,毛发丢失。




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