 |
|
Рост и потеря волосТайна роста и потери волос: центральная роль стволовых клетокСмена волос в норме у человека - это динамичный, непрерывный процесс. Все типы волос в течение определенного времени растут, затем выпадают и заменяются следующим поколением. Облысение, или алопеция, патологическое выпадение волос, вызывается самыми разнообразными причинами - от генетической предрасположенности до психических стрессов. Хотя некоторые медики и рассматривают алопецию как надуманную болезнь, большинство людей считают, что волосы - наиболее важный компонент их внешности, и даже скромная потеря волос связана с беспокойством и депрессией. Одно из утешений - лысых мужчин часто считают более интеллектуальными. С женщинами, конечно, все обстоит гораздо драматичнее. Борьба с облысением ведется с незапамятных времен как методами традиционной и народной медицины, так и с помощью совершенно ненаучных приемов, но большинство средств имеют практически нулевую эффективность. Свидетельством тому является одобренный FDA (Управление по контролю за продуктами и лекарствами, США) список средств для лечения алопеции, которые можно пересчитать по пальцам одной руки. Но, несмотря на это, индустрия косметических средств, работающая на озабоченных граждан, получает многомиллиардные доходы. Между тем, за последние несколько лет в биологии волос и тесно связанной с ней молекулярной биологии стволовых клеток (СК) произошли потрясающие открытия, помогающие понять механизмы роста волос и открывающие путь к новым методам лечения алопеции.
Структура волосяного фолликулаКогда мы стрижемся, бреемся или вырываем волосы с корнем, то обычно даже не задумываемся о том, что волос является компонентом критически важного органа - волосяного фолликула (ВФ), от которого зависит весь жизненный цикл волоса. Корень волоса расположен в дерме и окружен оболочкой (корневая соединительнотканная, или влагалищная сумка) с примыкающей к ней областью bulge (англ. выпуклость, округлый выступ; исконное значение "дутая кожаная сумка, мешок"). Все это вместе и образует волосяной фолликул. ВолосяноЙ фолликул развивается как маленькая воронковидная складка эпидермиса, врастающая в подлежащую дерму. Нижняя расширенная часть корня называется луковицей, именно за счет нее происходит рост волоса и формирование новых волос. Они, в общем, состоят из кератиноцитов, а их наружный корневой слой является продолжением эпидермиса. В среднем на коже головы у человека может находиться более 100 тысяч волосяных фолликулов. На протяжении всей жизни из каждого фолликула может вырасти до 20-30 волос. К волосяному фолликулу примыкает сальная железа (обычно 2-3) и потовая железа, там же находится и мышца arrectorpili, поднимающая волос дыбом. Все эти органы окружены кровеносными сосудами и нервными окончаниями, соединенными с дермальным сосочком (ДС), через который и обеспечивается питание волосяного фолликула. Над сосочком находятся стволовые клетки, они созревают (дифференцируются) и делятся внутри фолликула. По мере того, как эти клетки продвигаются вверх, в направлении просвета, соединяющего фолликул с поверхностью, они проходят процесс кератинизации (отвердения) и становятся волосом. Основная часть волоса (корковый слой) состоит из плотно упакованных клеток, содержащих черный пигмент меланин; кутикула и корковое вещество образованы твердым кератином. Сердцевинная (мозговая) часть волоса содержит клетки, которые еще не до конца кератинизировались. Цветовая гамма волоса обусловлена различным содержанием в основном двух пигментов - эумеланина (придает черно-коричневый цвет) и феомеланина (желто-красный). Оба пигмента синтезируются в мела-ноцитах - клетках, находящихся в луковице, а также других участках кожи. Меланоциты вырабатывают пигменты только в фазе анагена, причем весь пигмент локализован в стержне волоса.
Цикл развития волосЖизненный цикл волоса, включает три основные фазы; продолжительность каждой из них различна и зависит от возраста и типа фолликула. Анаген - это фаза роста и продуцирования волоса, сопровождающаяся высокой митотической активностью матрикса. Длительность этой фазы, имеющей несколько периодов развития, у каждого человека генетически обусловлена и продолжается от 3 до 6 лет. На стадии анаген IV-экзоген из фолликула вырастает новый волос и выталкивает старый. Волосы на этой стадии имеют удлиненные пигментированные (если волосы пигментированы) луковицы, окруженные внутренней оболочкой. За анагеном наступает промежуточная фаза - катаген, когда начинается атрофия дермального сосочка, в результате чего клетки луковицы, лишенные питания, перестают делиться и ороговевают. В фазе катагена многие фолликулы подвергаются программируемой смерти (апоптозу), что ведет к их сморщиванию и укорачиванию, причем основание фолликула перемещается по направлению к поверхности кожи и дермальный сосочек выходит на уровень зоны bulge. После завершения этого процесса наступает фаза отдыха - телоген, во время которой волосы могут выпадать спонтанно или удаляться легким усилием при вычесывании. Волос также выпадает в тот момент, когда под ним начинается рост нового волоса. Новый волос вырастает из того же фолликула, что и старый. Волосы в этой стадии имеют маленькие непигментированные луковицы без внутренней оболочки. Длительность телогена в норме составляет приблизительно 3 месяца, а среднее процентное соотношение волос, находящихся в фазе анагена, телогена и катагена составляет, соответственно: 90%, 9-10% и менее 1%. Механическое удаление волос, находящихся в стадии телогена, всегда влечет за собой наступление анагена, т. е. волос начинает расти вновь. Отсюда становится понятным, почему иногда эпиляция не дает быстрых и видимых результатов - все волосы, которые легко вычесываются или выпадают, это обычно телогеновые волосы.
Морфогенез волосяного фолликулаВ чем причина цикличности роста волос? Предполагают, что стадия роста волоса, анаген, начинается после поступления из дермального сосочка (ДС), где находятся кластеры мезенхимальных клеток, некоего сигнала в направлении области bulge. Природа сигнала пока неизвестна. Область bulge расположена на уровне базального слоя эпидермиса и замечательна тем, что в ней рассеяны полипотентные стволовые клетки, потенциально способные превращаться во многие типы дермальных клеток (например, клетки потовых и жировых желез). Поступающий сигнал как раз и запускает пролиферацию этих клеток в области bulge. В анагене сигналы из ДС регулируют также пролиферацию клеток матрикса (М) в луковице, и в то же время сигнальную активность ДС поддерживаю! клетки эпителия. Одна биохимические механизмы андрогенной алопеции еще не раскрыты. Например, неизвестно, почему повышенной чувствительностью к андрогенам обладают только волосы определенных зон головы. Истинным прогрессирующим облысением страдают примерно 40% мужчин и только 1% женщин. Однако опасения за свои волосы и жалобы на облысение высказывают 60% женщин. Почти все они страдают временной потерей волос, вызванной стрессами, гормональными и сезонными колебаниями в организме, внутренними заболеваниями и даже грибковым поражением волос. У женщин, у которых потеря волос не обязательно зависима от андрогенов, происходит изменение характера цикличности развития ВС - сокращается длительность фазы анагена и увеличивается длительность фазы телогена. Кроме того, промежуток времени между сбросом волос и новым ростом может составлять несколько месяцев, что в норме обычно не наблюдается или лот лаг-период очень скоротечный. Все это приводит к резкому сокращению длины и толщины волос (миниатюризации), утрате пигментации или дегенерации волосяного стержня. При сильно выраженной алопеции какая-то часть фолликулов может вообще исчезнуть и замениться фиброзной тканью. Таким образом, у большинства лысеющих людей волосы выпадают не чаще, чем у других, разница в том, что у них вместо выпавшею волоса не вырастает нормальный, здоровый, причем он может не замениться вовсе. Основываясь на этих данных, понятно, что лечение этого типа облысения должно направляться на продление фазы анагена и на превращение телогеновых фолликулов в анагеновые с возможной генерацией новых волосяных фолликулов. Один из применяемых подходов заключается в блокировке превращения тестостерона в его активный метаболит 5-ДГТ, например, путем введения препарата "финастерида". Однако даже сильнодействующие средства (вплоть до кастрации) не дают яркого эффекта превращения миниатюрных волос в нормальные, здесь нужны новые подходы.
Очаговая алопеция (Alopecia areata)Это - аутоиммунная болезнь, связанная с тем, что в фазе анагена волосяную луковицу атакуют собственные Т-лимфоциты. Наблюдается дистрофия фолликулов и разрушение волосяного стержня, причем это часто происходит диффузно (пятнами на голове). Возможными мишенями для Т-клеток являются кератиноциты и меланоцигы. Корни болезни гнездятся, по-видимому, в генетической предрасположенности, но связано ли это с генами внутри фолликула, или вне - пока неизвестно. Что интересно, при очаговой алопеции волосы могут вырасти вновь, даже спустя годы, поскольку выпадение волос не сопровождается рубцеванием, а стволовые клетки в области bulge сохраняют свою потенцию.
Алопеция telogen effluviumДостаточно распространена, при этом типе облысения волосяные фолликулы синхронно входят в фазу экзогена. Например, во время беременности фолликулы имеют тенденцию оставаться все время в фазе анагена, но после родов все они дружно переходят в экзоген (сброс волос) и телоген. Солнечное облучение и некоторые медицинские препараты также могут быть причиной этого недуга. В принципе, этот тип облысения является обратимым, поскольку фолликулы остаются интактными и способны генерировать новые волосы.
Сигнальная транедукция при морфогенезе волосяного фолликулаКак уже ясно, лечение алопеции - очень непростая вещь, и для терапевтического вмешательства в функции волосяного фолликула необходимо соблюдать тонкий баланс между молекулами-активаторами и молекулами-ингибиторами, чтобы как-то имитировать процесс, происходящий при нормальном морфогенезе. Для этого надо хорошо разобраться в природе сигнальных процессов, происходящих в анагене.Недавно существенное продвижение в этом направлении сделали ученые из Медицинского института Ховарда Хьюза (Howard Hughes Medical Institute) Рокфеллерского Университета (март 2003 г.) - они расшифровали природу химических сигналов, влияющих на развитие фолликула. Полученные ими данные помогают глубже разобраться в причинах облысения и проливают свет на механизм образования некоторых видов рака кожи. Открытие было сделано в ходе поиска веществ, задействованных в механизме регуляции дифференцировки стволовых клеток кожи. Как уже обсуждалось, последние под влиянием различных факторов могут превращаться либо в клетки кожи, либо в волосяные фолликулы. Исследователи обнаружили два сигнальных белка, обозначаемых Wnt и noggin* (контролирует деление клеток), которые заставляют незрелые стволовые клетки превращаться в волосяные фолликулы, причем в этом процессе участвуют еще два ключевых белка - (3-катенин** и Lefl (lymphoid enhancer-binding /actor), являющийся частью транскрипционного комплекса, контролирующего активность генов. В процессе морфогенеза фолликула стволовые клетки формируют зародышевую структуру, изменяя свою полярность и перестраивая клеточные контакты. В этом механизме задействованы еще два типа сигнальных молекул: белок Wnt, который стабилизирует (3-катенин, врежден, например произошло повреждение гена, ведущее к утрате конца белка, или подавление работы гена, кодирующего один из белков системы, то вся система разрушается и клетка, где эти изменения произошли, получает возможность отделиться от агрегата. Действительно, оказалось, что во многих злокачественных опухолях кадхерин-катениновая система нарушена, а в большинстве доброкачественных сохранена. Более того, можно подавить злокачественность раковых клеток, в частности их способность к метастазированию, путем введения в геном конструкции, содержащей ген Е-кадхерина, которая будет обеспечивать выработку больших количеств белка Е-кадхерина. Уже сравнительно давно, основываясь на общности молекулярных маркеров, ученые предполагали, что именно волосяной фолликул является генератором многих видов кожного рака. Дальнейшие исследования показали, что образование опухоли связано со сбоем экспрессии сигнальных белков, которые продуцируются эпителиальной тканью. Интересный феномен наблюдали американские ученые, изучая роль белка роль (3-катенина в росте коры головного мозга мыши. Чтобы узнать, будет ли активация (3-катенина регулировать передачу сигналов в нейронах мозга, исследователи вывели группу трансгенных мышей, у которых была повышенная продукция этого белка в клетках-предшественниках нейронов. Кора мозга мышей в норме гладкая. У людей она сильно сморщена из-за большого объема ткани и недостатка места в черепе. Неожиданно исследователи обнаружили, что у мышей с повышенной продукцией b-катенина кора мозга была значительно больше в объеме, она была сморщена так же, как и у людей. Они предположили, что белок играет роль включателя в делении предшественников нервных клеток - повышенное выделение белка приводило к тому, что клетки продолжали делиться.
ЗаключениеКак уже отмечалось, одна из основных функций волосяного фолликула - служить источником СК. Именно они обеспечивают циклический рост волос, обновление эпидермиса и других тканей. Исследования показали, что СК распределяются по всей нижней части волосяного фолликула, причем они дают поколения не только собственных фолликулярных клеток, но и постоянно мигрируют из фолликула, поставляя исходные (прогениторные) клетки для кератиноцитов. Следует сказать, что в последние годы достигнут огромный прогресс в изучении биологических свойств и возможностей стволовых клеток при их трансплантации в органы животных. Оказалось, что эти клетки наделены замечательной способностью находить участки повреждения в органе и репарировать дефекты, причем показана возможность полного перепрограммирования стволовых клеток. Незрелые стволовые клетки, выделенные из опухолевых тканей, научились превращать в нейроны, в свою очередь, нервные клетки можно превращать в клетки крови, а клетки из костного мозга - в клетки печени. На самом деле определяющую роль играет лишь то, куда - в какую ткань, или орган, пересаживают стволовые клетки, далее же они сами приобретают нужную специализацию (при условии, что они обладают потенцией к соответствующей дифференцировке). Внутри всех органов и тканей любого человека (и млекопитающего) присутствуют эти клетки, изначально являющиеся поколениями плюропотентных стволовых клеток, возникших в эмбриогенезе. Доля СК в тканях взрослого организма, как правило, очень мала, порядка 0,01%, но, к счастью, они могут быть внесены в организм искусственно. Для этой цели на практике часто используют фетальные и опухолевые ткани и клетки - плаценту, пуповинную и плацентарную кровь, культивируемые клетки тератокарциномы (из опухоли яичка ребенка), т. е. клетки, взятые на максимально более ранних стадиях развития организма. Таким образом, уже сейчас мы входим в эру молекулярной инженерии человеческих тканей и органов, в основе которой лежат стволовые клетки. Для будущей медицины - это универсальный источник клеток для выращивания кожных трансплантатов, мощное средство борьбы с инфарктом, инсультом и раковыми болезнями. Решающую роль они должны сыграть и в решении проблем облысения.Косметика & Медицина 3/2003 Косметические проблемы: симптомы, диагноз, лечение, подробнее
Дополнительная информация: |
