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人到底为什么会一夜白头？我们觉得这个现象非常有趣，因为压力其实是人感知层面上的东西，了解它如何影响身体的健康，就好比去了解精神跟身体这两条平行线是如何交汇的。
张兵，哈佛大学干细胞与再生生物学系博士后，西湖大学生命科学学院博导。
人为什么会一夜白头？
2021.03.20 北京
大家好，我叫张兵，目前在西湖大学生命科学学院做研究员。我们的主要研究方向是皮肤和毛发的再生、更新，包括伤口的愈合，以及皮肤衰老的机制等等。今天想给大家分享一下我们前一阶段的工作，就是关于压力跟白发之间的关系。在进入主题之前，我先给大家介绍一下我们的皮肤系统。我们的皮肤是由表皮层和真皮层构成的。对哺乳动物来说，皮肤其实是身体最大的器官，它占到大概10%到15%的重量，它可以保护我们免受病原微生物的侵害，还可以让我们保持恒定的体温。皮肤也是一个最大的感觉器官，它可以让我们感受到环境的变化，同时对外界的刺激做出反应。比如有的动物当它要打架的时候，你会看见它的毛发立起来；还有的动物夏天会脱毛，冬天毛发又会重新生长。但对人来说，皮肤还有一个更加重要的功能，就是它决定了我们的颜值。一个人美不美，好不好看，其实很大程度上取决于他皮肤的状态如何。那到底是什么因素影响了我们皮肤和头发的状态呢？除去遗传因素，环境和我们自身的一些变化都对皮肤健康有着深远的影响，比如前一天晚上有没有熬夜，睡得好不好，最近吃的东西是不是太油，心情怎么样等等。在所有这些因素当中，有一个非常有趣的因素，就是精神压力。你可能听说过这个故事，这是法国国王路易十六的王后，玛丽·安托瓦内特。在法国大革命期间，她被愤怒的革命者处死。据说她刚被抓的时候头发还是灰褐色的，而等到她被送上断头台时，头发已经全白了。这个故事可能是虚构的，但头发迅速变白的现象现在被广泛称为「玛丽·安托瓦内特综合症」。在我们历史上也有一个非常有名的故事。春秋时期，伍子胥被楚王追杀，在过昭关时因为犯愁如何过关，一夜之间黑发变成了白发。那有没有近一点的例子？大家对这些人物肯定很熟悉，他们都是美国总统。这差不多是他们刚刚就职时候的照片。我们觉得这个现象非常有趣。为什么呢？因为压力其实是人感知层面上的东西，了解它是如何影响身体的健康，就好比去了解精神跟身体这两条平行线是如何交汇的。作为科研工作者，有了问题，就可以设计实验去找答案。首先我们去查了以前一些关于压力的研究，发现在神经科学领域，其实已经存在比较成熟的动物压力模型。比如说一只小鼠，你可以限制它的行动，让它一天到晚只能呆在一个地方，你也可以让它昼夜颠倒，或者让它一直熬夜不睡觉。大家听着是不是有点熟悉？可能很多朋友也每天过着这样的生活。通过这样的动物模型，我们就可以去模拟人在承受压力时身体的状况，去进行非常精确的一种机制性的研究。所以我们找了一些黑色的，有非常多毛发而且毛发还亮油油的小鼠，像不像我们刚毕业或者是刚开始工作时头发的状态？下一步，我们就给它施加了压力。几个月后，小鼠变成了这样。、我们看到结果的时候非常吃惊，我们觉得压力可能会有一些影响，但没有想过会产生这么大的影响。所以我们很自然地就在想，这其中到底是一种什么样的机制在起作用？在了解这种机制之前，我们先了解一下我们的头发。人类的头皮平均大概有10万个毛囊（我感觉我已经没有10万个了），头发的生长和颜色，主要是由毛囊内部的干细胞决定的。什么是干细胞？它存在于我们身体的很多器官当中，是一种处于原始状态的细胞。我们的身体其实并不是一个静止的状态，它一直在生长和更新。比如说我们皮肤的表皮，每两个星期就会完全更新一次，这种更新的动力就是干细胞。干细胞主要做两个工作，第一就是自我复制，它可以造出更多的自己。第二，它可以分化变成别的细胞。因为它可以不停地复制、分化，所以可以让我们的身体进行更新，维持身体的一个稳态。而对我们的毛囊来说，存在两种干细胞，一种是毛囊干细胞，一种是色素干细胞。毛囊干细胞主要是负责做头发，色素干细胞主要是负责给头发上色，它们两结合在一起就产生了有颜色的头发。毛囊是有生长周期的，分为三个阶段：生长期、退化期和休止期。我们人类头皮上的毛囊大部分时间都处于生长期，生长期非常非常长，这就是为什么我们需要不停地剪头发。但对自然界很多别的动物来说，它们大部分的毛囊生长期非常短，休止期非常长，它们长毛是一波一波长的。这也是为什么当你给宠物剪毛后，它需要很长时间才能再长回来。那毛囊干细胞和色素干细胞分布在哪里呢？这些绿色的就是毛囊干细胞，蓝色的就是色素干细胞，在休止期的时候它们都处于休眠状态，它们什么也不干，就待在那里。而当毛囊进入生长期后，这两种干细胞就同时被激活了。毛囊干细胞会开始做一个新的毛囊，开始产生头发。色素干细胞被激活后，就会分化出成熟的色素细胞，不停地给头发上色，这样我们就有了一根有颜色的头发。所以我们问的第一个问题就是，精神压力到底是影响了色素干细胞，还是这种成熟的分化的色素细胞？为什么这个问题很重要，大家想一想，如果你有干细胞的话，即使色素细胞没有了，到下一轮毛囊周期的时候，你还是可以生成色素细胞，头发还有机会上色。但如果你的色素干细胞没了，就不可能再产生这种分化的色素细胞了。也就是说，不管再怎么长，这头发永远都是白色的了。我们做了一个很简单的实验。这是我们实验室非常常见的技术，叫做免疫荧光染色。这是显微镜下的照片，上面那些红色点状的就是色素干细胞，下面这一团红色的就是成熟的分化的色素细胞。然后我们就给小鼠施加压力，看它到底影响的是哪一种细胞。结果大家可以看到，这些成熟的色素细胞还在那里，但是干细胞却消失了。所以当这种毛囊进入下一轮生长周期的时候，就只能产生白发了。看到这个结果的时候，我们真的非常吃惊，我们知道压力可能会产生一些影响，但没想到它可以直接导致一种干细胞的消失。那这种精神层面上的影响，到底是通过什么样的机制传导到我们的皮肤里面，然后导致皮肤里的干细胞消失的呢？有几种可能性。其实跟大部分人想的不一样，皮肤结构是比较复杂，它里边有非常多不同种类的细胞和组织。比如它有丰富的神经纤维，可以让我们感知周围的环境；它有很多免疫细胞，可以让我们对抗病原微生物；它还有血管、脂肪细胞等等。那会不会是它们当中的某些细胞，间接地传递了压力的影响？我们首先想到了第一种可能性：免疫细胞。为什么是免疫细胞？因为它是比较容易受精神状态影响的一类细胞，很多免疫性疾病都跟精神压力有关。我们就想，会不会是精神压力导致免疫细胞紊乱，让它们开始攻击自身的干细胞呢？我们做的实验非常简单。有一种小鼠它先天就没有免疫细胞，我们只要给这种小鼠施加精神压力，看看它会不会长白发就行了。左边是实验前。右边是给它施加压力之后。大家可以看到，即使没有免疫细胞，小鼠仍然可以长出白发，这就说明免疫细胞对产生白发的过程来说不是最重要的。接下来我们就想，那会不会是精神压力导致我们身体当中的一些激素增多了，比如说肾上腺素，然后这些激素由血管传递到皮肤的各个地方，从而导致这种效应？所以我们又做了一个实验，由于这些压力激素对小鼠的生存来说并不是必须的，我们用手术的方式就可以让它不再分泌这些激素，之后再给这只小鼠施加压力，看看在没有这种激素的情况下，它会不会产生白发。结果大家可能也猜到了，还是一样的，小鼠继续产生白发。到目前为止我们就有点抓狂了，因为这两种其实都是以前大家认为精神压力导致白发的假说，结果我们验证了事情并不是这样的。那就还有第三种可能，会不会是交感神经系统？给大家简单介绍一下什么叫做交感神经系统。交感神经系统是我们自主神经系统的一种，自主神经系统不需要你的干预，就能自主地去工作，这也是为什么我们睡着的时候仍然可以呼吸，心脏仍然可以跳动。交感神经系统「缠绕」在我们身体里绝大多数的组织和器官当中，它在应对压力时非常活跃，并驱动着对人体来说非常重要的「战斗或逃跑反应」：在有压力的情况下，交感神经系统会被激活，我们会心跳加速、出汗，肌肉也会变得更加有力。对于原始人类而言，遭遇野兽时可能是战可能是逃，这种瞬间的应激反应对我们的生存来说是非常重要的。我们就想，那会不会是交感神经系统的激活导致干细胞的消失？我们首先看了看交感神经分布在皮肤的什么位置。结果发现它所在的位置离色素干细胞非常近。大家应该猜到我们接着做了什么实验了，其实套路都是一样的。我们用了一种神经毒素，非常特异地去除了皮肤当中的交感神经，然后我们再给小鼠施加精神压力。这是对照组的小鼠，它产生了白头发。这是去除交感神经之后再给压力的小鼠，结果发现它的白发数量显著地减少了。看到结果我们非常惊喜，下一步我们就想，如果我们不给小鼠精神压力，只是去激活它的交感神经，那头发还会变白吗？于是我们用人工的方法，只在这个圈里面去激活小鼠的交感神经。大家可以看到，我们并不需要去给小鼠施加精神压力，只要激活这种神经，就可以在任何地方产生白发。最终，我们在细胞和分子水平上阐明了这个机制到底是怎么回事。原来，在一个正常状态下，我们的色素干细胞是处在一种休眠状态。但是在压力的状态下，我们的交感神经系统就会被过度激活，然后释放大量的神经递质去甲肾上腺素分子。这种神经递质可以跟色素干细胞上的一种特定的受体相结合，于是干细胞就被唤醒了，开始大量分化，最后就导致了干细胞库的枯竭，产生了白发。这就好比用打印机一下子打印1000张纸，打着打着就没墨了，其实就是这样一个道理。我们在《自然》杂志上发表这篇文章后，受到了很多的关注，也收到了很多大家的问题。第一个最常见的问题就是，那白发还会变黑吗？我想大家也知道答案了。由压力引起的白发，它是很难再变回去的，因为这个毛囊里面已经没有干细胞了。精神压力导致的这种干细胞库的枯竭，实际上是一种永久性的损伤。所以大家注意平时工作学习压力不要太大。其实仔细想想非常有意思。本来在人类这么长时间的进化过程当中，这种应激的压力反应是一种正向的保护机制，但是我们的发现证明这种保护机制也是有一些负面作用的。而且我们进一步就可以联想到，交感神经存在于我们身体绝大多数器官当中，它的过度激活仅仅导致了白发吗？还是说有一些损伤在我们身体的内部，只是我们没有办法看到？当然这有待于我们进一步地去研究。还有一个问题就是，除了长白发，老鼠掉毛了吗？一开始我百思不得其解，为什么老被问到这个问题，后来我明白了。答案是yes，我们发现在精神压力很大的时候，这些小鼠确实是会掉毛的，毛发会更少。我们实验室也正在做一些相关的工作，想要去了解具体的机制是什么。那我们可以人工干预这个过程吗？其实是可以的，我们可以人工地去减缓皮肤和毛发受到精神压力的影响，或者是加快皮肤和毛发的再生。比如我们找到了两个方法来抑制白发的产生。第一个方法是，我们可以让这些休眠的干细胞一直沉睡，不让它醒过来，用一些小分子的药物就可以达到这样的效果。我们也验证了使用药物后，小鼠就不会再产生白发了。第二种方法，就是我们可以阻断神经递质的作用，这也是有药物可以用的，当我们这样做的时候，小鼠也不会产生白发。接下来的一个问题是，压力是导致白发的唯一原因吗？压力确实会导致白发，但是白发不代表你压力一定大，因为白发的产生实际上是跟很多因素有关的，包括遗传的因素，有些人营养不良也会产生白发。那白头发会越拔越多吗？答案是不会。头发的数量取决于毛囊的数量，你拔一根，就会再长一根，只不过当色素干细胞没有了，长出来的就是白头发。白头发也不会越拔越少，你拔掉一根它还会再长一根。还有一个问题非常有趣，就是白发是否有进化优势？人体为什么要保留这样一种带副作用的功能呢？科学家有一些猜想，我们可以以大猩猩为例。成年的雄性银背山地大猩猩在完全成熟后，背部就会长出灰色的毛发，它可以成为首领，带领别的大猩猩。有可能在群居动物当中，白发往往跟经验或者社会地位有一些关联，可以带来一些附加的价值。当然这只是一种猜想。我们实验室主要就是研究这些系统性的因子，比如精神压力、肥胖、衰老、怀孕、锻炼，是怎么样通过影响成体干细胞来进一步影响我们的身体健康。这个领域其实目前还是处于一个比较早的初始的阶段，研究的人不多。我们希望通过我们的研究，能够了解这背后具体的机制，最终能够让我们每一个人都有一头乌黑亮丽的头发。
策划丨叶子 剪辑丨大凯 美术丨阿椒
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