Холод вызывает пилоэрекцию и рост волос

Несмотря на интригующее название, это реальное научное исследование, результаты которого были опубликованы в журнале «Клетка» в 2020 году.

Группа учёных провела исследование на мышах и опубликовала статью о типах клеток, вызывающих мурашки на коже (или пилоэрекцию), которые образуют нишу для регулирования стволовых клеток волосяного фолликула.

Активность стволовых клеток фолликулов зависит от окружающей среды

Эпителий, мезенхима и нервы являются основными компонентами всех органов. Все типы клеток из разных линий собираются в органах в определенные структуры. Функции этих типов клеток интегрированы в общую систему организма, и, хотя механизмы этой интеграции ещё не до конца изучены, очевидно, что всё взаимосвязано для достижения оптимальных результатов в гомеостазе, поддержании и функционировании тканей в постоянно меняющейся среде.

Симпатическая нервная система – это ветвь вегетативной нервной системы, имеющей решающее значение для поддержания физиологии тела в устойчивом состоянии и реализации реакций «борьбы-бегства» после внешних воздействий.

Внешние раздражители, такие как холод или опасность, повышают активность симпатической нервной системы в зависимости от силы воздействия, вызывая быстрые изменения в физиологии тела, что позволяет животным реагировать на эти раздражители.

В коже симпатическая иннервация вместе с мышцей, поднимающей волосы (выпрямляющая пилильная мышца APM, мезенхимального происхождения), и волосяным фолликулом (эпителиального происхождения) образуют трёхлинейную связку.

Симпатический нерв иннервирует APM, которая прикрепляется к выпуклой области волосяного фолликула, где находятся стволовые клетки волосяного фолликула (HFSC).

При этом стимулы окружающей среды, такие как низкая температура, оказывают выраженное влияние на описанные выше трёхлинейную связку: повышенные импульсы от симпатических нервов вызывают сокращение пучков APM, вытягивая волосы вверх, - явление, известное как пилоэрекция или мурашки по коже.

Поднятые волосы задерживают воздух, создавая изоляционный слой для терморегуляции.

Данная трёхлинейная связка высоко консервативна у млекопитающих, в том числе у человека, где пилоэрекция утратила свою роль в терморегуляции, но, при этом, усиливается возможность дополнительных функций.

Под дополнительной функцией подразумевается, и это основано на наблюдении, что изменения в росте волос и изменения в симпатической нервной системе часто связаны между собой.

Волосяной фолликул претерпевает циклы покоя (телоген) и роста (анаген). Стволовые клетки в выпуклости и зачатке волоса остаются в состоянии покоя до начала анагена, когда стимулируется рост новых волос.

Учёными было доказано, что потеря симпатической иннервации приводит к дефектам роста волос. Кроме того, внешний свет стимулирует рост волос через симпатическую нервную систему.

И тогда возникает несколько ключевых вопросов. Во-первых, учитывая широкое влияние симпатической нервной системы на физиологию всего тела и разнообразные типы клеток, которые влияют на рост волос на уровне стволовых клеток или ниш, каковы прямые клеточные мишени симпатических нейронов в контроле роста волос?

Во-вторых, каковы клеточные и молекулярные механизмы, с помощью которых симпатические нервы регулируют рост волос?

В-третьих, учитывая, что APM являются частью трёхлинейной связки, играют ли APM роль в регулировании роста волос?

Было доказано, что APM имеют решающее значение для формирования и поддержания симпатической иннервации HFSC, что позволяет активировать HFSC непосредственно через синапсоподобные соединения, которые доставляют нейромедиатор норадреналин.

На холоде симпатическая нервная система активизируется, вызывая не только мурашки по коже, но и ускоряя активацию HFSC для производства новой шерсти, связывая рост тканей с изменениями окружающей среды.

Во время анагена развивающийся волосяной фолликул инициирует формирование этой трёхлинейной связки посредством сигнала Sonic Hedgehog (SHH). Симпатические нервы иннервируют не только APM, но и HFSC, расположенные по всей внешней выпуклости и зачатку волоса, активность симпатического нерва через норадреналин регулирует активность HFSC.

Известно, что симпатические нервы иннервируют гладкие мышцы или железы, чтобы выполнять свои функции через синапсы (или нейроэффекторные соединения), что позволяет эффективно активировать намеченные цели.

Интересно, что эпителиальные клетки, такие как стволовые клетки фолликула, не являются обычными синаптическими мишенями, но близость между ними и нервными окончаниями, а также чувствительность стволовых клеток к низким уровням норадреналина, позволяет образовывать с ними синапсоподобные связи, которые, в свою очередь, поддерживаются через выпрямляющие пилильные мышцы APM. Без этих связей во время эксперимента над мышами наблюдалась устойчивая задержка перехода в анаген.

Чтобы изучить это взаимодействие, учёные сравнили телогеновых мышей соответствующего пола и возраста в холодных и термонейтральных условиях. Воздействие холода действительно усиливало активность симпатических нервов, о чем свидетельствовала повышенная экспрессия белка c-FOS в симпатических ганглиях у мышей, подвергшихся холоду.

Уровень норадреналина в коже также повышался при холодовой стимуляции. У мышей не только наблюдалась классическая реакция мурашек в ответ на холод, они же преждевременно вступали в анаген и производили новые волосы менее чем за 2 недели.

Эти данные показали, что изменения температуры вызывают две реакции: поднятие волос с целью терморегуляции и ускорение активации стволовых клеток, способствующих образованию нового волосяного покрова.

Подводим итоги

Итак, в результате исследования было установлено, что APM и симпатическая иннервация образуют связь, регулирующую активность HFSC.

Симпатический нерв секретирует норадреналин для непосредственной модуляции активности стволовых клеток, в то время как APM поддерживают между ними взаимодействие.

Самый известный процесс, требующий согласованного действия этой трёхлинейной связки, носит название пилоэрекция. Однако повышенная активность симпатических нервов в ответ на холод не только вызывает мурашки по коже, но также активирует стволовые клетки, заставляя их преждевременно вступать в анаген.

В этом смысле мурашки по коже могут быть лишь первой линией защиты при реакции на холод. Когда же холодные условия сохраняются, повышенная активность симпатических нервов позволяет стволовым клеткам выйти из состояния покоя и инициировать регенерацию волосяных фолликулов для образования новых волос, связывая активность стволовых клеток и производство тканей с внешними изменениями окружающей среды.

Авторы исследования: Shwartz Y., Gonzalez-Celeiro M., Chen CL., et al.

Адаптированный перевод: Олеся Смагина, помощник директора центров эпиляции «Вселенная красоты»

Источник:

Shwartz, Y., Gonzalez-Celeiro, M., Chen, C. L., Pasolli, H. A., Sheu, S. H., Fan, S. M., Shamsi, F., Assaad, S., Lin, E. T., Zhang, B., Tsai, P. C., He, M., Tseng, Y. H., Lin, S. J., & Hsu, Y. C. (2020). Cell Types Promoting Goosebumps Form a Niche to Regulate Hair Follicle Stem Cells. Cell, 182(3), 578–593.e19.