從雞皮疙瘩發(fā)現(xiàn)生髮密碼 臺大跨國團隊分析毛囊?guī)旨毎{(diào)控與毛髮再生的機制登國際頂尖期刊《Cell》

頭髮在人類具有重要的社交功能，掉髮不僅可能造成外表上的改變，也會影響到當事人的心理。發(fā)展生髮的藥物及治療方法，一直是再生醫(yī)學(xué)研究上重要的議題。毛髮具有週期性再生，而毛髮的再生需要毛囊?guī)旨毎幕罨?。臺大跨國研究團隊透過幹細胞的基礎(chǔ)研究，將引領(lǐng)發(fā)展新的治療方法與標的。

由科技部、臺大醫(yī)院以及臺灣生技醫(yī)藥發(fā)展基金會(TBF)的支持，臺大「發(fā)育生物學(xué)與再生醫(yī)學(xué)暨研究中心」副主任，也是醫(yī)學(xué)工程系特聘教授暨臺大醫(yī)院皮膚部主治醫(yī)師林頌然教授領(lǐng)導(dǎo)的研究團隊，與美國哈佛大學(xué)臺籍學(xué)者許雅捷(Ya-Chieh Hsu)透過跨國研究合作分析毛囊?guī)旨毎幕A(chǔ)調(diào)控機轉(zhuǎn)，找到毛囊?guī)旨毎{(diào)控與毛髮再生的新密碼，以及可能的新治療標的。研究成果於八月六日獲登國際頂尖期刊 《細胞》(Cell)。

林頌然教授表示： 研究團隊從雞皮疙瘩現(xiàn)象分析「豎毛肌」及毛髮直立的機制，發(fā)現(xiàn)了在寒冷時，交感神經(jīng)會高度活化，此時除了可以刺激豎毛肌收縮產(chǎn)生雞皮疙瘩之外，毛囊?guī)旨毎钚砸矔瑫r被提升，具有加速毛髮再生以增進保溫的功能。這也可以解釋何以寒帶動物如北極熊等有著豐厚的皮毛。

冬天一陣冷風(fēng)，全身不禁就會起雞皮疙瘩(goosebumps 或 piloerection)，主要是因為冷風(fēng)刺激交感神經(jīng)使豎毛肌(arrector pipi muscle, APM)收縮及毛髮直立，可以留住體表更厚的一層空氣，形成更好的冷空氣絕緣體。此外，豎毛功能也具有防敵效果，動物遇到危險或受到驚嚇時，也會本能立起體毛使身形看起來變大，以對抗可能的敵人(例如貓)。具有體刺的動物(例如刺蝟與豪豬)，遇到危險時也可立起體刺，防衛(wèi)敵手的攻擊。這些本是哺乳動物對抗外敵與禦寒的重要機制。類似的豎毛功能，對於鳥類的飛行、求偶及禦敵也相當重要。

他們同時發(fā)現(xiàn)，交感神經(jīng)除了促成毛囊?guī)旨毎幕钚耘c毛囊豎毛肌的運作有關(guān)外，也與毛髮生長的作用息息相關(guān)。此交感神經(jīng)-豎毛肌-毛囊?guī)旨毎麊挝辉谝话闵憝h(huán)境下，交感神經(jīng)可降低豎毛肌的休眠因子基因foxp1 and fgf18之表現(xiàn)，使其活化門檻降低，以裝備毛囊?guī)旨毎M入較易活化的狀態(tài)。一旦毛囊失去交感神經(jīng)後，毛囊?guī)旨毎麜M入深度休眠狀態(tài)，毛髮會停滯在冗長的休止期，不易再生。

因此，在寒冷時，交感神經(jīng)會高度活化，此時除了可以刺激「豎毛肌」收縮產(chǎn)生雞皮疙瘩之外，「毛囊?guī)旨毎够钚砸矔瑫r被提升，加速毛髮再生，以增進保溫功能。

他們並進一步探索在皮膚發(fā)育過程當中，此「交感神經(jīng)-豎毛肌-毛囊?guī)旨毎箚挝恢g的機制如何建立。他們發(fā)現(xiàn)在胚胎皮膚內(nèi)，毛囊會最早發(fā)育，並在毛囊內(nèi)形成毛囊?guī)旨毎?。隨後毛囊?guī)旨毎a(chǎn)生的衍生細胞會分泌一種訊息傳遞因子，叫做「音速刺蝟因子」 (sonic hedgehog)，來打造適合的微環(huán)境，以誘導(dǎo)「豎毛肌」在毛囊周圍發(fā)育。豎毛肌發(fā)育完成之後，會誘導(dǎo)「交感神經(jīng)」朝向豎毛肌生長。因為成束的豎毛肌的起點緊貼毛囊?guī)旨毎桓猩窠?jīng)會在此處同時伸出神經(jīng)纖維來支配毛囊?guī)旨毎?，?dǎo)致此三源結(jié)構(gòu)之形成。

此研究解釋了交感神經(jīng)如何在發(fā)育時，建立同時支配豎毛肌以及調(diào)控毛囊?guī)旨毎墓δ埽涣硪环矫?，在動物成體之後，交感神經(jīng)也高度依賴豎毛肌提供的結(jié)構(gòu)支撐功能。因此，三者的關(guān)係是互相影響的，因為，他們發(fā)現(xiàn)一旦毛囊失去豎毛肌，交感神經(jīng)也會自毛囊附近退離。

研究團隊進一步發(fā)現(xiàn)，此時不僅雞皮疙瘩的功能消失，毛囊?guī)旨毎矔M入深度休眠而使毛髮陷入長期休止。也就是說，交感神經(jīng)與毛囊?guī)旨毎幕钚灾g的關(guān)聯(lián)也是毛髮生長的密碼！

過去的研究也發(fā)現(xiàn)，雄性禿病人的禿髮處也可以看到豎毛肌消失。因此，交感神經(jīng)可能也與雄性禿的病理機轉(zhuǎn)相關(guān)。而另一群病人，因為感染發(fā)炎或是手術(shù)而導(dǎo)致身體半側(cè)交感神經(jīng)興奮，也有此半側(cè)毛髮過多的情形。本研究也提供了這些多毛疾病的可能原因解釋。

研究團隊另一突破性的發(fā)現(xiàn)，是解釋交感神經(jīng)如何調(diào)控幹細胞的機制，交感神經(jīng)在接近毛囊?guī)旨毎帲瑫纬深愃粕窠?jīng)突觸的結(jié)構(gòu) (synapse-like structure)。此結(jié)構(gòu)可以使交感神經(jīng)有效率透過釋出正腎上腺素(norepinephrine)，精準刺激毛囊?guī)旨毎幕钚?。在體內(nèi)神經(jīng)突觸的結(jié)構(gòu)，過去只發(fā)現(xiàn)存在神經(jīng)與神經(jīng)的交界，或是神經(jīng)與肌肉的交界。這是首次發(fā)現(xiàn)類似神經(jīng)突觸的構(gòu)造，可以用來調(diào)控體內(nèi)的幹細胞。他們也發(fā)現(xiàn)毛囊?guī)旨毎峭高^ADRB2受體接受交感神經(jīng)訊號，進而啟動毛囊再生。

此一研究也有助於藥物研發(fā)。實驗中透過利用小分子藥物來活化ADRB2受體，也可成功活化小鼠毛囊及以及培養(yǎng)的人類的毛囊?guī)旨毎?。因此透過調(diào)控ADRB2受體或是其下游的分子途徑，將有潛力作為開發(fā)生髮藥物的新標的。

本校參與此研究的人員包括此論文的共同第一作者博士後研究員陳志龍博士、臺大醫(yī)院醫(yī)學(xué)研究部細胞治療中心助理研究員范邁儀博士、以及醫(yī)學(xué)工程研究所林大畬研究助理。哈佛大學(xué)以外，參與此研究另包括來自洛克斐勒大學(xué)Janelia Research Campus of Howard Hughes Medical Institute以及瑞士的學(xué)者；臺大醫(yī)院醫(yī)學(xué)研究部第二及第八共研，提供研究技術(shù)支援；臺灣大學(xué)基因體暨精準醫(yī)學(xué)中心基因轉(zhuǎn)殖動物核心實驗室，協(xié)助進行小鼠基因轉(zhuǎn)殖。團隊也感謝臺大醫(yī)院、科技部以及臺灣生技醫(yī)藥發(fā)展基金會(TBF)的支持。