科學家發現毛細胞如何幫助皮膚更快癒合

那麼什麼告訴他們什麼時候該做出改變呢？

改變細胞行為的壓力信號

同一洛克菲勒研究團隊現已確定了這一轉變背後的關鍵信號。毛囊幹細胞會對所謂的綜合應激反應（ISR）做出反應，這是一種細胞警報系統，可以幫助它們保存能量並專注於生存任務。

在皮膚中，這種應激反應與氨基酸絲氨酸有關，絲氨酸是肉類、穀物和牛奶等常見食物中的一種非必需營養素。他們的研究發表於 細胞代謝科學家表明，當絲氨酸水平降低時，ISR 就會被激活，毛髮生長就會減慢。如果皮膚也受傷，ISR 會進一步升高，完全停止毛髮生長，以便細胞能夠專注於修復受損組織。這種優先順序的轉變有助於皮膚更快地癒合。

“絲氨酸剝奪會觸發一種非常微妙的細胞‘通訊’，從而調整細胞的命運——朝向皮膚而不是頭髮，”第一作者傑西·諾瓦克（Jesse Novak）解釋道，他是威爾·康奈爾大學三機構醫學博士項目的醫學生，也是艾倫·福克斯洛克菲勒實驗室的前博士生。 “我們的研究結果表明，我們也許能夠通過飲食或藥物控製絲氨酸水平來加速皮膚傷口癒合。”

成體組織依靠幹細胞來維持體內平衡、替換死亡的細胞以及修復受損的組織。然而，科學家們對這些細胞在不同任務中如何管理能量和營養物質仍然知之甚少。諾瓦克和他的團隊想要了解使乾細胞保持正常功能的代謝因素，以及當它們必須轉換齒輪來治癒傷口時會發生什麼變化。

“我們得到的大多數皮膚傷口都是由於擦傷破壞了皮膚頂部而造成的，”諾瓦克說。諾瓦克說：“這個區域是乾細胞群的所在地，這些幹細胞通常負責修復傷口。” “但是當這些細胞被破壞時，它會迫使毛囊幹細胞在修復過程中起帶頭作用。” “了解這一點後，我們認為通過傷口癒合追踪這些皮膚細胞提供了一個非常好的模型來測試代謝物是否以及如何調節整個過程。”

絲氨酸在頭髮和皮膚中的作用

福克斯實驗室之前的研究表明，癌前皮膚幹細胞可能依賴於循環絲氨酸，限制飲食中的絲氨酸有助於防止這些細胞變成癌細胞。這些發現強調了絲氨酸對細胞行為的強大影響，甚至啟發了測試無絲氨酸飲食作為癌症治療方法的研究。

然而，目前尚不清楚絲氨酸減少如何影響健康組織。為了探索這一點，諾瓦克重點研究了絲氨酸在正常乾細胞活性中的作用，以及絲氨酸的缺失如何重塑再生過程。

研究人員測試了毛囊幹細胞如何應對代謝壓力。他們要么剝奪小鼠的膳食絲氨酸，要么使用遺傳方法阻止細胞產生自己的絲氨酸。在這兩種情況下，結果表明絲氨酸直接與 ISR 系統通信，ISR 系統負責監測組織狀況何時失去平衡。

當絲氨酸水平較低時，頭髮生長會減慢，因為它需要太多的能量。當傷口發生時，ISR 會被更強烈地激活，優先考慮癒合而不是毛髮再生。換句話說，當壓力增加時，皮膚修復機制會優先發揮作用。

“沒有人喜歡失去頭髮，但要度過艱難時期，修復皮膚是首要任務，”福克斯說。 “一塊缺失的毛髮不會對動物構成威脅，但未癒合的傷口才是。”

額外的絲氨酸可以促進頭髮生長嗎？

一旦研究小組確認低絲氨酸水平影響幹細胞行為，他們就想知道相反的問題：絲氨酸水平增加是否會促進毛髮生長？答案似乎是否定的。身體對絲氨酸水平保持著嚴格的控制，即使給小鼠攝入比正常絲氨酸多六倍的膳食絲氨酸，絲氨酸水平也僅增加了 50%。

“然而，我們發現，如果我們阻止幹細胞製造自己的絲氨酸，並通過高絲氨酸飲食補充其損失，我們就能夠部分挽救頭髮再生，”諾瓦克補充道。

接下來，研究人員計劃看看是否可以通過降低絲氨酸攝入量或使用影響絲氨酸水平或 ISR 途徑的藥物來改善傷口癒合。他們還打算測試其他氨基酸，看看是否有類似的效果。

“一般來說，幹細胞根據所承受的壓力水平做出細胞命運決定的能力可能會對組織在資源稀缺時如何優化其再生能力產生廣泛的影響，”福克斯說。