《科学大家》专栏|朝如青丝暮成雪,压力如何

 新闻资讯     |      2021-03-11 19:38

  出品:新浪科技《科学大家》、西湖大学

  撰文:张兵博士,西湖大学生命科学学院研究员、导师

  自古以来,文人墨客笔下的“白头”情节,往往源自悲伤、焦虑、痛苦等强烈的精神打击。尽管像“伍子胥过韶关一夜白头”、“白发魔女”,或其他文学作品中的描述略显夸张,但 “重压之下白头”的现象并非空穴来风。法国大革命期间Marie Antoinette被捕时,她的头发在一夜之间变白。已经病逝的前美国议员John McCain在越战期间作为战俘身受重伤,他的头发也很快变成了浅色。

  但你知道,它们之间存在着怎样具体的因果联系?变白的头发还能再复黑吗?

  在这些文学故事、奇闻轶事中,都将压力经历与头发变白现象进行联系。2020年1月22日在线发表于Nature期刊的研究中,一项来自美国哈佛大学的许雅捷实验室等研究机构的研究人员首次确切地发现了这个过程是如何进行的:压力激活了作为战斗或逃避反应(fight-or-flight response)一部分的神经,这接着对毛囊中的色素再生干细胞(pigment-regenerating stem cell)造成了永久性损害。这一发现提高了科学家们对压力如何影响身体的认识。我是这篇论文的第一作者。

  不可逆的精神压力损伤

  从社畜到打工人,从氛围组到干饭人,这些网络热梗的出现,是现代人置身于无处不在的压力之下,不得已的自我嘲讽和调侃。

  然而,这里存在着一个令人绝望的认知误区。

  在很长一段时间里,身处压力之下的人们都以为精神压力的影响是可逆的。比如,经过一段时间的高压工作或学习活动之后,吃顿好的、睡个好觉,就能把身体“补”回来。然而张兵团队的研究结果可能会推翻压力人群的“进补”策略:根据研究结果,压力对人体造成的一些损伤很可能是无法自然逆转的。也就是说,压力使人头白,白了难以复黑。

  上述研究在Nature期刊盘点的2020年度十大科学发现中榜上有名。论文第一作者、现为西湖大学生命科学学院PI的张兵博士在介绍研究内容时说: “在Nature评选上榜的这项工作中,我们通过研究精神压力引起白发这个现象,深入地研究了精神压力是如何通过影响成体干细胞的活动来影响我们的身体,并阐明了其具体的细胞和分子机制。我们发现急性的精神压力会对色素干细胞造成不可逆的损伤,从而对身体造成永久性的影响,而白发就是这种影响的具体表现形式。”

  在了解影响机制之前,需要先认识一种叫做“成体干细胞”的人体细胞。

  成体干细胞是人体内一类非常重要的细胞,存在于皮肤系统、血液系统,肠道系统等身体的各个系统中。这类干细胞对维持身体组织器官的更新和修复起到核心作用,像伤口愈合和头发生长,都有赖于这类细胞的运作。而负责维持头发颜色的色素干细胞就是成体干细胞的一种。

  色素干细胞大部分时间处于休眠状态,它们储存于皮肤内的毛囊结构中,并被皮肤内的交感神经末梢所环绕。在急性精神压力的状态下,交感神经系统会被快速激活,并释放大量的神经递质——去甲肾上腺素。去甲肾上腺素可以直接作用于色素干细胞,导致其被大量激活和分化。

  原本储存在体内的毛囊干细胞被过度使用之后,将很难再恢复原状。大家可以想象这些色素干细胞是有一定库存的,如果一下子都被激活然后分化最终死亡,就可能导致之后存量不足,从而导致白发产生。

  那为什么人体会有这样一种反应机制?有理论认为这很可能是动物适应环境的一种演化。动物在遇到危险时,急性的压力会激活交感神经系统从而引发“战斗或逃跑”反应,比如心跳和血液流速会加快,从而激发潜能让它有力量去反抗或逃跑,人也是一样的。在这个过程中,身体内的一些成体干细胞也同时被激活。而过度的压力可能会导致它们被过度激活,从而造成干细胞库的枯竭。

  所以,“劳逸结合,方能长久”才是科学的工作方式,不论是做科研还是冲业绩,养孩子还是照顾家人,努力生活的人们都要记得给自己和身边的人们留出生理心理留出喘息休养的空挡。

  排除法寻因

  再说头发变白的过程,头发变白是从头皮中的毛囊开始的。这其中,有一种物质会起到关键性的作用,它叫做酪氨酸酶,是人类毛发富含黑色素细胞从而呈现黑色的原因。随着人们年纪渐长逐渐衰老,酪氨酸酶活性会降低,同时黑色素细胞也会减少,头发就会变白。

  压力一直被与毛发加速变白联系在一起,但是背后机制却不甚明了。那么压力导致白发,会不会是免疫反应引起的呢?

  本图展示了黑色素干细胞(黄色)周围的交感神经(品红色)。| Bing Zhang和许雅捷

  经过肾上腺切除术、神经切除、化学遗传学、细胞消融以及黑色素干细胞中肾上腺素能受体敲除等多项研究,许雅捷等人发现,免疫细胞缺失的小鼠仍然会在面临压力时出现白发,被切除肾上腺不能产生压力激素皮质醇的小鼠同样也如此。

  研究人员得出结论,压力诱导的色素干细胞减少与免疫攻击或肾上腺应激激素无关。

  一般来说,我们认为压力是通过肾上腺和交感神经两种主要途径介导的。于是团队便开始研究交感神经系统,该系统主要负责的便是机体的战斗或逃跑反应。

  压力导致老鼠毛色变灰的示意图。(Judy Blomquist/Harvard University)

  交感神经分支遍布毛囊。当头发再生时,毛囊中的一些干细胞会转变为产生色素的细胞。研究发现,压力会导致这些神经分泌去甲肾上腺素,后者会被色素干细胞吸收。

  当小鼠暴露于身体或心理压力下,几天内黑色素干细胞的数量便会减少,而且体毛变灰白的速度加快。

  压力激活了交感神经系统,诱导释放神经递质去甲肾上腺素,后者会导致色素干细胞过度活化,并脱离了毛囊处的位置,最终消耗殆尽。几天时间内这种色素再生干细胞就消失了,之后就无法再生色素,这种破坏是永久的。

  我们还发现,在培养皿中,去甲肾上腺素会促使人的黑色素细胞干细胞增殖,这意味着人的头发在压力下变白有可能是通过同样的生理机制。

  为了确认心理压力和生理压力能够催生白发。

  我们尝试了 3 种方法,包括抑制应激、慢性不可预知的应激和疼痛应激,其中疼痛应激是通过注射一种辣椒素的超强类似物树脂毒素来进行的。此处采用的是学界成熟的研究压力机制的动物模型和方法,包括限制运动、光亮/黑暗交替、笼子倾斜,以及痛觉引起的应激反应等等。

  以上三种方法都催生出了白发,而注射树脂毒素是催生白发最迅速的。

  白发、衰老、掉发……

  一直以来,我的研究重点关注的就是皮肤干细胞以及皮肤和毛发再生的机理研究。压力使头发变白的机制研究,是我们实验室进行中的研究之一。

  那为什么研究头发的问题却要选择从皮肤入手呢?

  皮肤系统含有众多且不同的干细胞种类,有非常活跃的再生过程,而且,它的表型非常便于观察。这是一个非常好的模型,能够用来研究精神压力如何影响干细胞活动、干细胞的行为如何被调控等。

  在了解精神压力对干细胞及组织器官再生的影响机制之后,团队也正积极地寻找一些新方法、设计一些药物,试图阻止或减缓压力对身体不可逆的损伤。

  在这样的基础上,如果我们将视野再放大一些,大家都很关心的衰老,也在我们团队研究的“射程”范围内。

  精神压力是加速衰老过程的重要因素之一。当人体衰老时,伤口愈合速度会变慢,头发会变白掉落,这些都与皮肤系统里的成体干细胞相关。我们想要去了解这些机制,然后去设计新方法减缓皮肤和毛发的衰老,或者加快皮肤和毛发的再生。

  精神压力为何会由头发具象化

  压力其实是人感知层面上的东西,了解它是如何影响干细胞的活动从而影响身体的健康,就好比去了解精神跟身体这两条平行线是如何交汇的。

  色素干细胞(红色)周围的复杂交感神经(绿色)。急性压力诱导交感神经系统过度活化,释放大量的神经递质去甲肾上腺素。去甲肾上腺素驱使黑素细胞干细胞快速耗竭并使头发灰白。

  以往,人的精神状态跟身体状态被认为是两套“平行”的体系,但我们发现事实并非如此,很多人类感知到的东西、接收到的信息、承受的压力,都有可能对我们身体存在非常底层的影响。这些影响的范围和机制引起了我们研究团队的兴趣。

  世界范围内,有很多科研团队都在关注压力白发问题。1月24日,哈弗大学发布的研究和我们的研究结果得到了相互印证。经一系列小鼠实验,哈佛大学研究人员发现精神压力大导致交感神经释放去甲肾上腺素,这种激素会引起头发毛囊内黑素细胞干细胞过度反应,大量转化为黑素细胞。而一旦黑素细胞干细胞过早消耗完,头发就会因缺少黑素细胞变白。简言之,去甲肾上腺激素或许就是压力白头的罪魁祸首。

  这是一条未知的道路,张兵和他的团队正在朝着这个方向,一步一步向前推进。

  精神压力对皮肤和毛发产生的这些影响,就存在于我们的日常生活当中,然而对其机制的研究和了解仍处于初始阶段。当这些生活中最常见的现象,由科学研究的视角做了微观分子层面的基础研究后就可以明确发生机制,为真正解决实际问题打好基础,这才是真正在科学上“刨根问底”的研究、具有实际意义的研究。

  我们希望这些研究能够帮助人们摆脱压力带来的身体困扰。毕竟,我们无法逃避压力,但如果有办法可以不“头秃”,也算及时止损了。

  注:本文整理编辑自西湖大学、Deep Tech等图文资料。