难道「瘦」和「浓密的头发」不可兼得?Cell:中国学者发现,长期间歇性禁食抑制毛囊再生,发质发量均下降! |
研究还发现,只要禁食结束再重新进食,凋亡信号就会暂时消失,但下一个禁食周期又会让HFSCs再度 倒下 。结果就是,毛囊在这种反复折腾中越来越虚弱,最后干脆 躺平 不干活了。
为了进一步验证禁食时长的影响,研究人员调整了TRF模式的进食窗口:
进食窗口从8小时延长至12小时:尽管小鼠的总热量摄入没变,毛囊再生却显著恢复,几乎达到正常水平。
将进食窗口缩短至5小时或3小时:禁食时间一延长,HFSCs凋亡加速,毛囊再生的延迟现象更加明显。
图E:通过增加或减少每日禁食时间来操纵TRF禁食时间;图F:在不同TRF模式下,小鼠的食物摄入量
图H:在不同TRF模式下,小鼠的毛发再生情况;图I:在不同TRF模式下,小鼠的平均每日卡路里摄入
这些结果进一步确认,禁食时长越短,干细胞的凋亡越少;禁食时长越长,损伤越严重。缩短禁食时长(延长吃饭时间)才是对毛囊更友好的操作。
有人可能会问,这会不会是昼夜节律出了问题?毕竟小鼠在昼夜节律变化时也可能影响生理状态。为此,研究团队特意测试了白天和夜晚禁食对毛囊的影响。结果显示,无论白天还是夜间,小鼠的毛囊再生延迟和HFSCs凋亡现象均表现一致。看来,禁食时间长短才是决定毛囊再生能力的 硬道理 ,而昼夜节律这次真是无辜的。
邻居不 安分 ,FFAs成 问题制造者
那么,导致HFSCs凋亡真正的 幕后黑手 到底是谁?随后进一步的分子机制研究发现,禁食期间,皮肤的脂肪细胞(真皮脂肪细胞)似乎成了 问题制造者 。这些脂肪细胞会释放大量游离脂肪酸(FFAs),而这些FFAs最终拖垮了HFSCs,导致毛发再生能力严重受损。
禁食时,机体会启动脂肪分解(脂解)来补充能量。真皮脂肪细胞作为HFSCs的 邻居 ,此时疯狂释放FFAs。这些 邻居 本来和HFSCs和平共处,但此时却成了它们的 致命威胁 ,实验发现:
禁食16小时后,真皮脂肪细胞开始剧烈脂解,进入局部毛囊微环境,此时HFSCs的凋亡也开始出现;
恢复进食后,真皮脂肪细胞停止脂解,FFAs浓度下降,HFSCs的凋亡现象也有所缓解。
24小时禁食和再进食期间,真皮脂肪细胞脂解的时间过程
这些现象表明,FFAs不仅是一个普通的信号分子,更是导致HFSCs 撑不住 的关键原因。
那么,FFAs为何让HFSCs 不堪重负 ?原来,FFAs进入HFSCs后,会被用来产生能量,但这个过程需要依赖脂肪酸氧化(FAO)。在禁食期间,HFSCs已经从依赖葡萄糖代谢切换到脂肪酸代谢, 工作量 猛增,压力陡然上升。长期超负荷运转下,HFSCs就像熬夜过度的人一样,被拖垮了。
与糖酵解和脂肪酸代谢相关的基因表达变化
不仅如此,HFSCs在吸收FFAs获取能量的过程中,会产生大量线粒体活性氧(ROS)。当ROS累积到一定程度,会引发氧化应激(体内 氧化 和 抗氧化 失衡),进一步损害HFSCs。
禁食状态下HFSCs的线粒体膜电位(TMRM)和线粒体ROS(MitoSOX)
通常情况下,ROS其实没那么可怕,就像厨房里冒的烟,只要有足够的 抽油烟机 (抗氧化能力),就能轻松解决。但问题是,HFSCs的 抽油烟机 不给力,面对不断积累的ROS简直招架不住,HFSCs被彻底 熏晕 ,受损后一步步走向凋亡。
为了验证HFSCs为什么会如此脆弱,研究者把它们和 表皮干细胞 (EpiSC)放到了一起对比。结果发现,EpiSC抗氧化能力显著优于HFSCs,尤其是在抗氧化基因表达水平上,EpiSC远超HFSCs。换句话说,HFSCs抗氧化能力太弱,面对氧化应激毫无招架之力,这可能是它们更容易凋亡的原因。
既然问题出在氧化应激上,研究团队尝试了两种方法来增强HFSCs的抗氧化能力,结果都很有效:
外援 维生素E:在小鼠皮肤上涂抹抗氧化剂维生素E后,HFSCs的凋亡显著减少,毛囊再生能力也得到改善。
基因改造 开挂 :通过基因工程让HFSCs过表达抗氧化酶过氧化氢酶(CAT),同样有效预防了禁食引发的HFSCs凋亡和毛囊再生障碍。
图I:在禁食条件下,局部应用维生素E或CAT过表达对HFSCs凋亡的影响;图J:在ADF条件下,接受VE或CAT过表达处理的小鼠的毛发再生情况
这些结果都清晰表明,无论是通过外源性抗氧化剂还是基因调控,增强HFSCs的抗氧化能力都能够缓解氧化应激对HFSCs的损害。
肾上腺如何 指挥 毛囊 罢工 ?
为了弄清楚间歇性禁食的信号是怎么传递到毛囊的,研究人员展开了一场深挖 幕后黑手 的侦查行动。
首先,交感神经被列入了嫌疑名单。毕竟,它天生就是应对机体低能量状态的 专业户 ,并且与真皮脂肪细胞紧密相邻。但实验表明,即使移除交感神经,禁食导致的脂解、HFSCs凋亡和毛囊再生受阻依然存在。这就好比查案时发现了一个 路过的吃瓜群众 ,看似可疑,其实没干坏事。
研究人员接着把视线转向肾上腺。禁食导致体内瘦素(leptin)水平下降,这一变化激活了下丘脑-垂体-肾上腺(HPA)轴,进而促使肾上腺分泌皮质酮(corticosterone)和(epinephrine)。这些激素在真皮脂肪细胞中表达, 指挥 真皮脂肪细胞进行脂解,释放出FFAs。
提出两种间歇性禁食诱导脂解的可能机制:1) 交感神经刺激?2)肾上腺激活?
间歇性禁食激活肾上腺的机制
激素水平的动态监测显示,禁食初期(前12小时),体内激素水平相对稳定,但12小时后,瘦素(leptin)浓度显著下降,皮质酮和肾上腺素水平同步上升。与此同时,真皮脂肪细胞开始疯狂脂解,HFSCs的凋亡现象也随之出现。更有趣的是,一旦恢复进食,这些激素立马 熄火 ,脂解和凋亡现象也随之消失。这种 同步性 让肾上腺的可疑性倍增。
在24小时禁食和24小时重新进食期间,测量了血浆中的瘦素、皮质酮和肾上腺素水平
那么,肾上腺激素到底具不具备 作案能力 呢?研究人员进一步设计了一系列实验:
模拟禁食环境:在低葡萄糖培养基中加入皮质酮和肾上腺素,发现这些激素可以直接让真皮脂肪细胞开始脂解。
激素注射:将高浓度皮质酮或肾上腺素直接注射到皮肤中,结果HFSCs在没有禁食的情况下也出现了大面积凋亡。
受体验证:当阻断脂肪细胞上皮质酮受体(GR)或肾上腺素受体(ADRB3)后,即使在禁食状态下,脂解和HFSCs的凋亡现象也大幅减少。这说明,肾上腺激素通过这些受体直接 指挥 脂肪细胞和HFSCs。
为了彻底 实锤 肾上腺的 罪行 ,研究人员给小鼠做了肾上腺切除手术。结果令人震惊:失去肾上腺的小鼠即使在禁食状态下,也没有出现脂解和HFSCs凋亡的现象,毛囊再生能力也未受到抑制。而对照组依然在禁食时表现出明显的毛囊损伤。此外,在正常饮食条件下,无论是否移除肾上腺,所有小鼠均未表现出脂解或HFSCs的凋亡。这一结果直接证明,肾上腺激素信号才是间歇性禁食引起HFSCs凋亡的 幕后黑手 。
从小鼠到人类:间歇性禁食的 连锁反应
通过小鼠实验,研究人员已经揭示了间歇性禁食如何通过激素变化,导致真皮脂肪细胞过度脂解,最终伤及HFSCs,影响毛发生长。但这些发现是否同样适用于人类?为了找到答案,研究人员进一步设计了一项随机对照试验(RCT)。参与者包括49名年轻男女志愿者,他们被分成了三组:
18/6时间限制饮食组(TRD):每天仅在6小时内进食,其他时间禁食。
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