Выяснено, когда начинаются клеточные изменения, связанные со старением волос

Фото из открытых источников

Редеющие волосы и первые надоедливые седые пряди обычно появляются в среднем возрасте, но клеточная основа для этого закладывается задолго до этого. Согласно новаторским исследованиям, картирующим волосяные фолликулы человека на клеточном уровне, ранние молекулярные изменения, связанные со старением волос, начинаются за несколько лет до этого. Ученые говорят, что эти изменения можно обнаружить в возрасте 30-40 лет, и многие из них связаны с хроническим вялотекущим воспалением.

Группа исследователей из BGI и Шанхайской больницы кожных заболеваний проанализировала образцы кожи головы 11 человек в возрасте от 20 до 50 с лишним лет, изучив генетическую активность более 57 000 отдельных клеток. Для большинства анализов группа сравнивала молодых людей с группой людей среднего возраста. Результаты их исследований, опубликованные в журнале hLife, показывают наличие генетической активности, связанной с воспалением, во многих типах клеток кожи головы людей среднего возраста, от стволовых клеток, которые генерируют новые волосы, до клеток, продуцирующих пигмент и определяющих цвет волос.

У людей в возрасте от 30 до 40 лет клетки волосяных фолликулов уже демонстрируют молекулярные признаки стресса, активации иммунной системы и снижения регенеративной способности — даже когда волосы выглядят относительно здоровыми.

В ходе исследования были выявлены закономерности экспрессии генов, связанных с воспалением, которые затрагивают многие типы клеток в волосяном фолликуле. Гены, участвующие в стрессовых реакциях, активации иммунной системы и повреждении ДНК, были более экспрессированы в образцах среднего возраста, в то время как гены, контролирующие обновление стволовых клеток, были подавлены. Это создает условия, которые могут затруднить нормальное функционирование стволовых клеток волосяного фолликула.

В основе этой воспалительной реакции лежит белковый комплекс под названием AP-1. Исследователи обнаружили значительно повышенную активность AP-1 в стволовых клетках волосяных фолликулов и клетках кожи людей среднего возраста. Анализ сети предполагает, что этот белковый комплекс координирует работу других генов, связанных со старением, включая MYC и SOCS3. На основании предыдущих исследований в других тканях, MYC может приводить к истощению стволовых клеток за счет чрезмерной активности, в то время как SOCS3 может блокировать сигналы роста, необходимые для регенерации тканей. В совокупности эти закономерности указывают на потенциальный цикл истощения стволовых клеток.

Ученые называют этот более широкий процесс «воспалительным старением» (inflammaging), то есть хроническим вялотекущим воспалением, которое усиливается с возрастом по всему организму. Данное исследование демонстрирует, что кожа головы показывает схожие закономерности экспрессии генов.

Изменения, связанные с воспалением, были особенно заметны в меланоцитах — клетках, отвечающих за пигментацию волос. В коже головы людей среднего возраста эти клетки демонстрировали повышенную экспрессию гена DCT, участвующего в синтезе меланина. Вместо того чтобы указывать на здоровое производство пигмента, авторы интерпретируют это как признак того, что биология пигментации подвергается стрессу или изменению в среднем возрасте. Как это связано именно с поседением, еще предстоит проверить.

Для подтверждения полученных клеточных результатов была сформирована группа последующего наблюдения, в которую вошли 90 человек, прошедших трихоскопию — процедуру измерения плотности и диаметра волос. Плотность волос снижалась с возрастом во всех группах, что подтверждает соответствие наблюдаемых на клеточном уровне молекулярных изменений измеримым физическим изменениям.

Пожалуй, наиболее показательными оказались изменения в том, как разные типы клеток взаимодействуют друг с другом. Исследователи проанализировали молекулярные сигналы, которыми обмениваются клетки, и обнаружили, что в целом уровень коммуникации снижается в коже головы людей среднего возраста.

В сигнальных путях, критически важных для циклов роста волос, были обнаружены особенно заметные изменения. Клетки дермального сосочка, специализированные опорные клетки у основания каждого фолликула, показали ослабление связи с ключевыми клетками фолликула, включая популяции кератиноцитов, в образцах среднего возраста. Эти сигналы обычно сообщают фолликулам, когда начинать рост новых волос. Когда эта связь нарушается, волосяные фолликулы могут дольше оставаться в состоянии покоя между циклами роста, что потенциально может привести к постепенному истончению волос.

В ходе исследования также были выявлены три различных популяции активно делящихся клеток в разных областях кожи головы: наружный слой кожи, наружная корневая оболочка волосяных фолликулов и матрица волоса, где растут новые волосы. Эти клетки представляют собой переходные стадии между стволовыми клетками и полностью дифференцированными клетками волос, а уменьшение их количества в образцах среднего возраста указывает на нарушение регенеративной способности.

Данное исследование может указать на будущие терапевтические мишени. Если активация AP-1 и связанные с ней воспалительные процессы являются частью того, что связано со старением волосяных фолликулов, то вмешательства, модулирующие этот путь, однажды могут помочь замедлить возрастные изменения волос, хотя в этом исследовании не тестировались методы лечения. Молекулярные паттерны в среднем возрасте могут быть изменены. Они включают в себя специфические клеточные пути, которые теоретически могут быть мишенями.

Хотя видимые признаки проявляются постепенно, лежащие в их основе изменения начинаются гораздо раньше. Это указывает на возможность того, что вмешательства могут быть наиболее эффективными, если их начинать в возрасте 30-40 лет, до того, как запасы стволовых клеток будут значительно истощены.

Исследователи предупреждают, что их выводы основаны на ограниченной выборке и не отражают процессы старения на поздних стадиях, поскольку в исследование был включен только один участник старше 50 лет. Небольшая выборка также не позволила проанализировать гендерные различия и региональные вариации на коже головы.

Для миллионов людей, сталкивающихся с возрастными изменениями волос, это исследование дает представление о клеточных процессах, связанных со старением волос, и выявляет молекулярные пути, на которые могут быть направлены будущие методы лечения.