О старении стволовых клеток волосяных фолликулов

Основная роль стволовых клеток (HSC) заключается в поддержании тканевого гомеостаза и восстановлении поврежденных тканей. Они обладают способностью к самообновлению и генерации функционально дифференцированных типов клеток.

Публикуя статьи на сайте, я переводила исследования, связанные со стволовыми клетками волос, но на самом деле абсолютно различные ткани взрослого человека содержат стволовые клетки: существуют нервные, гемопоэтические, мезенхимальные, мышечные сателлитные, кишечные, стволовые клетки пульпы зуба и, естественно, кожи.

В коже были также обнаружены различные типы стволовых клеток, в том числе те самые стволовые клетки волосяного фолликула (HFSC), которые, как известно, регулируют рост волос, и стволовые клетки меланоцитов (MeSC), связанные с их пигментацией.

Ниша стволовых клеток волосяного фолликула

Зрелые стволовые клетки могут быть активированы в ответ на физиологические сигналы через взаимодействие с микроокружением, так называемой нишей стволовых клеток.

Концепция ниши стволовых клеток была впервые предложена в 1978 году Р. Скофилдом, который дал её определение: среда, обеспечиваемая соседними (не стволовыми) клетками, в которой стволовые клетки сохраняют свою способность к самообновлению и идентичности.

Эта гипотеза сейчас подтверждается многими исследованиями. Концепция ниши стволовых клеток была впоследствии расширена: в неё вошли не только клетки, непосредственно прилегающие к стволовым, то есть собственные дифференцированные потомки, но и другие клеточные компоненты, такие как кровеносные сосуды, лимфатические капилляры, нервы, стромальные клетки, адипоциты и тканерезидентные иммунные клетки, такие как регуляторные Т-клетки и макрофаги.

Как оказалось, зрелые стволовые клетки, находящиеся в волосяных фолликулах, также страдают от старения.

В процессе старения волосы становятся тоньше, их выработка снижается, появляется седина и выпадение волос (старческое облысение). Таким образом, старение волос является очевидным симптомом старения млекопитающих-долгожителей.

Внутренние и внешние факторы старения стволовых клеток

Волосяной фолликул (HF) — уникальный орган, который в течение жизни подвергается регенерации и регрессии в периодических циклах.

Цикл роста волос состоит из телогена (отдых), анагена (роста) и катагена (регресса). Во время этого цикла в коже вокруг находится несколько типов клеток, включая фибробласты, кератиноциты, иммунные клетки (макрофаги, Т-клетки, дендритные клетки и клетки Лангерганса) и клетки нервного гребня (меланоциты и шванновские клетки).

Кроме того, в волосяных фолликулах присутствуют дермальный сосочек (DP), клетки выпуклости, волосяной зачаток (HG) и сальные железы.

Процессы регенерации волосяного фолликула регулируются HFSC, расположенными в выпуклости, и волосяным зачатком (HG), - отдельной популяцией клеток, которая контактирует с дермальным сосочком.

Ниша стволовых клеток очень неоднородна и сложна. Поэтому для эффективного объяснения принципов взаимодействия учёными было использовано несколько классификаций. Клетки в нише были выделены как 3 функциональных модуля (сигнальные, сенсорные и ретрансляторы сообщений), которые собраны в многофункциональную нишу HFSC.

Более того, поскольку стволовые клетки находятся непосредственно в волосяном фолликуле и участвуют в его цикле, внешние факторы стволовых клеток волосяного фолликула распространяются за его пределы.

Таким образом, окружающую среду, влияющую на HFSC, можно разделить на внутрифолликулярную часть (например, внутренний выпуклый слой и дермальный сосочек) и экстрафолликулярное макроокружение (например, жировую ткань, иммунную или гормональную системы).

С возрастом происходят изменения во всём организме, и даже в волосяных фолликулах.

У мышей, например, телоген увеличивается более чем в два раза, анаген немного укорачивается, регенерация волосков задерживается, они становятся короче и более редкими, и в конечном итоге происходит их выпадение.

Важно отметить, что изменения при этом больше касаются активности стволовых клеток фолликулов, а не их гибели.

Напротив, количество стволовых клеток меланоцитов в коже быстро уменьшается с возрастом, что приводит к поседению волос.

Таким образом, хотя количество стволовых клеток не всегда меняется с возрастом, с возрастом их популяции теряют свои функции.

Если говорить о влиянии на старение HFSC со стороны внутрифолликулярной части, то старые HFSC могут влиять на регенерацию волос, поскольку изменяется сигнал, связанный с активностью стволовых клеток.

Известно, что передача сигналов Wnt и BMP поддерживают переход активация-покой в HFSCs посредством конкурентного взаимодействия.

Передачу сигналов Wnt можно разделить на канонический путь, связанный с β-катенином, и неканонический путь, связанный с внутриклеточным кальцием. В старых HFSC повышается активность именно неканонического пути Wnt.

Подобно HFSC, меланоциты экспрессируют ядерный β-катенин во время роста HF. Известно, что дефицит β-катенина в меланоцитах вызывает поседение волос. Таким образом передача сигналов Wnt не только влияет на HFSCs, но также влияет на дифференцировку MeSCs, ответственных за пигментацию волос.

Таким образом, факторы, связанные с передачей сигналов Wnt и BMP, изменяются с возрастом, что, в свою очередь, может влиять на функцию HFSCs.

Если говорить о влиянии на старение HFSC со стороны экстрафолликулярного макроокружения, то физическая атрофия ниш может способствовать старению HFSC, так как миниатюризация волосяного фолликула с возрастом может оказывать физическое давление на стволовые клетки, что приводит к их истощению.

Несколько исследований показали, что изменения уровней воспалительных цитокинов в экстрафолликулярном макроокружении так же могут влиять на старение стволовых клеток.

А старение HFSC, в свою очередь, приводит к старению волос, что в конечном итоге сводится к возрастному выпадению волос (то есть старческой алопеции), одному из наиболее заметных симптомов старения.

Перспективные методы восстановления стволовых клеток

FDA одобрило несколько методов лечения, включая синтетические препараты и трансплантационную терапию. Однако медикаментозное лечение имеет серьезные побочные эффекты, а трансплантация молодых или омоложенных стволовых клеток не может полностью восстановить цикл волос, поскольку, как мы обсуждали выше, HFSC активно взаимодействуют с внешней средой.

Среди перспективных разработок лечения старения волос можно выделить терапию обогащенной тромбоцитами плазмой и трансплантацию митохондрий, которые являются возможными стратегиями лечения выпадения волос, поскольку оба этих метода могут активировать HFSC.

В частности, как показали исследования на мышах, митохондриальная трансплантация может вызвать возобновление роста волос, помочь дольше сохранять их длину и привести к увеличению количества анагенных фолликулов.

Фотобиомодуляционная терапия, одобренная FDA для лечения алопеции, может уменьшить возрастную атрофию волосяных фолликулов посредством внутренних и внешних сигналов, которые регулируют стволовые клетки.

Итак, внутренние и внешние механизмы влияют на старение стволовых клеток волосяных фолликулов. Хотя изменение количества HFSC с возрастом остается спорным, учёные предполагают, что омоложение старых стволовых клеток, основанное на механизмах, вызывающих их старение, будет эффективным у пациентов, страдающих возрастными заболеваниями волос.

Будущие исследования возрастных механизмов, связанных со стволовыми клетками, помогут разработать новые методы поддержки правильного функционирования волосяных фолликулов во время старения.

Авторы исследования: Jang, H., Jo, Y., Lee, J. H., & Choi, S.

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

Источник:

Jang, H., Jo, Y., Lee, J. H., & Choi, S. (2023) Aging of hair follicle stem cells and their niches. BMB reports, 56(1), 2–9.