嗅出頭髮生長的氣息──淺談頭髮生長及Sandalore對頭髮生長的影響

更新日期:6月 25


責任編輯/何亨彥

核稿編輯/林翊庭

圖說美編/柯岱君


難度:✭✭✩✩✩

先備知識:細胞的生長週期、細胞凋亡、細胞傳訊

連結大學:分子生物學


「持續使用四個月一定見效!」

「快速生髮,重拾自尊!」

「找回魅力、從頭開始!」

相信你們對於這樣的生髮廣告詞並不陌生,頭髮往往被視為是一個人的門面,一旦盛況不再,就會讓人心中不平衡,因此一系列的生髮產品便就此問世。而這些生髮產品雖然五花八門,但他們的功能其實大致上就是刺激毛囊,使毛囊生長,並延長毛囊生長期的長度,減緩掉髮。最近科學家發現除了用化學藥品來刺激毛囊之外,氣味分子竟然也可以用來延長毛囊的生長期!到底是怎麼一回事呢?接下來這篇文章就要來介紹頭髮的結構、頭髮的生長週期、以及最後,你將知道要如何「嗅出」頭髮生長的氣息。

頭髮的構造

頭髮大部分是由蛋白質所構成的,在髮根的地方有毛囊,也就是負責頭髮生長的主要位置。頭髮雖然細細的一根,但其實是由很多層構造不斷包覆起來的。從毛囊的橫切面觀察,大致上可以分成三個部分:外根鞘(Outer Root Sheath, ORS)、內根鞘(Inner Root Sheath, IRS)、以及毛幹(Hair Shaft, HS)。外根鞘是最外面的一層,與頭皮的部分表皮細胞相連,包覆住了內根鞘以及更裡面的毛幹。毛幹是整根頭髮的中樞,包含了角質層、皮質、髓質。

讓我們把觀點移動到頭髮最根部的地方,在這裡有一些基質細胞(Matrix Cell)能夠分裂分化,這正是內根鞘以及毛幹生長的地方。當毛囊處於生長期時,基質細胞會生長分裂並角質化,讓頭髮增長。但是,毛囊不會總是在生長,頭髮也不會無限制的一直增長,因此生長期會有結束的一天,那麼生長期結束後,緊接著的是甚麼呢?毛囊又會有甚麼樣的變化呢?(見下圖一)

毛囊的生長週期(Hair Cycle)

毛囊的生長週期主要可以分成三個部分:生長期(Anagen Phase)、衰退期(Catagen Phase)、休止期(Telogen Phase)。生長期一般都落在2至6年之間,這個時期的長短控制了頭髮的生長長度。在這段時間裡,頭髮的最根部會膨大形成毛囊球(Bulb),毛囊球中存在的間質細胞會快速的分裂分化,製造新的內根鞘及毛幹,並把舊的細胞往外推送,增加頭髮的長度。當間質細胞逐漸得不到充足的營養供給時,他分裂分化的速度就會降低,此時便進入了毛囊生長週期的第二階段──衰退期。衰退期時,頭髮不再增長,毛囊球及外根鞘進行細胞凋亡,造成毛囊球萎縮,毛幹也脫離毛囊球往表皮移動,到達某個特定的位置後便固著在那裡。此時的頭髮並沒有顯著的細胞凋亡,也沒有細胞分裂,就只是靜靜地待在那個地方,等待下一次的輝煌,因此他叫做休止期。等到下次幹細胞受到刺激後,會分化成基質細胞,並使毛囊球再次膨大,重新進入生長期,並長出新的頭髮。這時,部分舊的頭髮會脫落,形成我們日常的落髮。這便是頭髮的生長週期。

圖一 毛囊的生長週期及剖面圖
Sandalore與頭髮生長的關係

Sandalore是一種合成的檀香增味劑,科學家們發現將這一種氣味分子加入毛囊的實驗室環境中時,能減緩毛囊細胞凋亡的情形。還記得我們剛剛才提到毛囊從生長期進入衰退期時,外根鞘及基質細胞都會產生細胞凋亡的現象吧!因此減緩毛囊的細胞凋亡能增長毛囊的生長期,並延緩衰退期的到來。有趣的是,科學家也發現另外一個氣味分子能夠抑制Sandalore所帶來的影響,也就是說這個我們竟然可以透過氣味控制頭髮的生長,難道頭髮上也有鼻子,讓它可以聞到各式各樣的味道,接收氣味分子的刺激嗎?其實答案很接近,因為頭髮真的可以「聞到」這些氣味分子,但是不是透過鼻子,而是透過嗅覺受體(Olfactory Receptor)──OR2AT4!

嗅覺受體OR2AT4

OR2AT4這個英數夾雜的詞彙意義是甚麼呢?研究嗅覺受體的學者們,為了方便識別種類繁雜的嗅覺受體,就幫他們分門別類。OR2AT4就是指嗅覺受體第二家族中AT次家族中的的4個成員(Olfactory Receptor Family 2 Subfamily AT Member 4),這就有點像是大家族點名的方式,給每個成員一個特定的名字。

OR2AT4如何影響頭髮生長(如圖二)

在頭髮的基質細胞以及外根鞘上都發現了OR2AT4的蹤跡,科學家們推測當OR2AT4接收到受質時(不僅僅是Sandalore,也有可能是其他分子),就能夠啟動細胞內一連串的傳訊路徑,透過上游的分子接連的活化下游的分子將配體所帶來的訊號傳遞下去。而在這一系列接力傳訊的起點,就是身體內 重要的傳訊蛋白——G蛋白(Guanine Nucleotide-Binding Proteins, G Protein)。G蛋白接收到受質時,身上的GDP會被轉換成GTP,形成活化態,並可以活化下一個傳訊者,藉此將訊息傳遞下去。OR2AT4就是透過G Protein的活化來影響原先調控頭髮生長的生化途徑之一——IGF-1(Insulin-like Growth Factor 1)的下游路徑。

IGF-1是種生長因子,根據每個部位的IGF-1受體不同,以及引發的下游路徑不同,而能在身體內引發各式各樣不同的反應。在毛囊中,IGF-1接上IGF-1受體(IGF-1 Receptor)後,能活化下游的第二傳訊者──PI3K(PI3K就是曾經介紹過的傳令兵唷,想複習PI3K的傳訊角色,請看《我被病毒感染肥胖了——腺病毒36與肥胖及血糖控制的關係》),PI3K接著會透過一連串的生化途徑,促進NF-κB的表現。NF-κB是一種能控制DNA轉錄的物質(想知道更多有關NF-κB的知識,請看《星星之火,可以燎原——淺談發燒機轉》),最終會抑制外根鞘及基質細胞的細胞凋亡,延長生長期的時間。而剛剛提到的G蛋白便是可以透過活化PI3K,並進一步活化其下游的路徑。總結來說,氣味分子Sandalore能接上OR2AT4,並活化G蛋白,透過PI3K的傳訊,促進NF-κB的表現,最終能抑制細胞凋亡。

另外,在基質細胞上的OR2AT4接收到受質後,G蛋白還會啟動另一條路徑,調控基因並促進細胞分裂,以維持基質細胞的活性,讓基質細胞繼續分裂出新的內根鞘及毛幹,延長生長期的時間。這就是為甚麼氣味分子Sandalore能控制頭髮生長的原因。

圖二 Sandalore能透過OR2AT4在身體內引發的可能生化途徑

讀到這裡,相信大家已經知道甚麼是「讓頭髮生長」的味道了,嗯……就是那淡淡的檀香,帶領我們的頭髮越發茂盛……不是啦!雖然Sandalore氣味分子、OR2AT4受體及毛囊之間的部分運作機制還不甚明朗,但是說不定有朝一日,我們不必再看到那些煩人的生髮廣告,不必再使用那些生髮產品,而是舒舒服服地坐在沙發上,沐浴在美妙的香味之中,輕鬆的讓毛囊在氣味分子的刺激下維持活躍,我相信那時候的我們一定可以「嗅出頭髮生長的氣息」!

看完這篇文章我們可以知道:

  1. 毛囊的剖面構造包括外根鞘、內根鞘與毛幹,頭髮最根部存在基質細胞能分裂出內根鞘及毛幹。

  2. 頭髮的生長週期包括生長期、衰退期與休止期,週期會隨著細胞增生與細胞凋亡的速度而有所變化。

  3. Sandalore氣味分子能透過OR2AT4嗅覺受體,影響IGF-1對頭髮生長的路徑,抑制細胞凋亡,並促進細胞增生,進而延長生長期的時間。

參考資料:

[1]Welle, M. M., & Wiener, D. J. (2016). The hair follicle: a comparative review of canine hair follicle anatomy and physiology. Toxicologic pathology, 44(4), 564-574.

[2]Alonso, L., & Fuchs, E. (2006). The hair cycle. Journal of cell science, 119(3), 391-393.

[3]Chéret, J., Bertolini, M., Ponce, L., Lehmann, J., Tsai, T., Alam, M., ... & Paus, R. (2018). Olfactory receptor OR2AT4 regulates human hair growth. Nature communications, 9(1), 1-12.

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