Волосы. Иллюстрированное пособие для врачей, трихологов и парикмахеров - читать онлайн

Пигментация волос – это результат активности специальных клеток меланоцитов. Они названы так потому, что эти клетки производят пигмент меланин и откладывают его в стержень волоса по мере его формирования[31]. Меланоциты находятся в луковице волосяного фолликула.

Пигментация фолликулов чувствительна к многочисленным внутренним факторам. На нее влияют:

• фаза цикла роста волос;

• место расположения фолликула на теле;

• раса и пол;

• чувствительность к гормонам;

• генетические дефекты;

• возрастные изменения.

Пигментацию волос регулирует множество различных веществ, таких как факторы роста, цитокины, гормоны, нейропептиды и нейромедиаторы, эйкозаноиды, циклические нуклеотиды, питательные вещества, микроэлементы. Многие из этих веществ могут действовать через механизмы межклеточной сигнализации[32].

Значение пигментации

Пигментация необходима по нескольким причинам, которые являются различными для разных видов животных. Она выполняет несколько функций, основными из которых являются следующие:

• защита кожи от ультрафиолетового излучения солнца;

• терморегуляция;

• маскировка;

• передача сексуальных сигналов.

Кроме того, пигмент меланин, вырабатываемый меланоцитами волосяного фолликула, – это мощная ловушка свободных радикалов. То есть производство меланина внутри волосяной луковицы помогает смягчить стресс клеток, вызванный активными формами кислорода (АФК). Кроме этого, перенос меланина из меланоцитов в кератиноциты, расположенные в прекортикальном матриксе волос, способствует их дифференцировке[33].

Меланоциты

У человека меланоциты находятся не только в эпидермисе и волосяных фолликулах, но и в слизистых оболочках, улитке внутреннего уха, радужной оболочке глаза и среднем мозге, а также в некоторых других тканях[34].

Зрелые меланоциты происходят от незрелых меланоцитов. Их предшественники во время эмбриогенеза мигрируют из нервного гребня (компонента эктодермы, расположенного между нервной трубкой и эпидермисом) в кожу. У взрослых активные меланоциты расположены чуть ниже прекортикальных кератиноцитов. Оттуда меланин может переноситься в кору стержня волоса, в меньшей степени – в мозговое вещество и в самых редких случаях – в кутикулу волоса[35]. В зрелом волосяном фолликуле волосистой части головы взрослого человека меланоциты распределены по нескольким различным анатомическим областям, каждой из которых соответствует определенная стадия дифференцировки.

Наиболее очевидное свидетельство созревания меланоцитов – начало меланогенеза (синтеза меланина). Этот процесс начинается еще у эмбриона человека – примерно на седьмой неделе беременности. Некоторые мигрирующие меланобласты активно синтезируют меланин еще до того, как достигают эпидермиса, за несколько недель до начала развития волосяных фолликулов. В отличие от полностью зрелых меланоцитов, меланобласты еще в эпидермисе обладают потенциалом к пролиферации (делению) и дальнейшей дифференцировке. Они или их потомки покидают эпидермис и распределяются по развивающимся волосяным фолликулам[36].

Следует напомнить, что волосяная луковица – это единственное место производства пигмента стержня волоса активными меланоцитами. Они находятся в базальном слое воронки и в матриксе волосяной луковицы вокруг верхнего сосочка дермы. Именно здесь, в специализированной пигментной единице волосяного фолликула, расположенной над дермальным сосочком и вокруг него, и происходит производство пигмента волос[38]. Здесь также находится вторая небольшая субпопуляция меланоцитов, которые распределяются на наиболее удаленных областях растущей волосяной луковицы, откуда передача пигмента в прекортикальные кератиноциты (кератиноциты, которые участвуют в образовании волосяных волокон) невозможна.

Фолликулярно-меланиновая единица

Активные меланоциты волосяной луковицы образуют функциональные единицы с соседними незрелыми кератиноцитами, которые получают гранулы меланина и образуют пигментированный стержень волоса. Меланин переносится преимущественно в кортекс стержня волоса, реже – в мозговой слой и лишь изредка – в кутикулу[39].

Фолликулярно-меланиновая единица состоит из меланоцитов и кератиноцитов волосяного матрикса, частично регулируемых фибробластами дермального сосочка. Пигментация – результат последовательных взаимодействий между этими клетками. Процесс пигментации включает в себя производство меланина меланоцитами, перенос гранул меланина в кортикальные и мозговые кератиноциты волоса и тем самым образование пигментированных стержней волос.

На каждые пять кератиноцитов в волосяной луковице в целом приходится один меланоцит. Меланоциты волосяной луковицы отличаются от эпидермальных тем, что они крупнее, имеют более разветвленные дендриты и более обширный аппарат Гольджи и эндоплазматический ретикулум. Они также производят более крупные меланосомы.

Синтез меланина и перенос пигмента в кератиноциты луковицы в значительной степени контролируются сигналами от кератиноцитов, иммунных клеток, фибробластов кожи и эндотелиальных клеток. Меланоциты могут влиять также и на окружающие клетки, например, с помощью переноса меланосом в кератиноциты или через производство и секрецию белков-регуляторов[40].

Меланосомы

Меланины образуются в уникальных органеллах, называемых меланосомами. Эти связанные с лизосомами органеллы продуцируются в цитоплазме меланоцита в результате меланогенеза. Гранулы меланина транспортируются к периферии меланоцитов и в конечном итоге переносятся в соседние кератиноциты стержня волоса, за счет чего он пигментируется[41][42]. Ранние меланосомы продуцируются аппаратом Гольджи и возникают недалеко от ядра, а затем созревают до поздних (пигментированных) меланосом по мере продвижения к периферии меланоцита и его дендритам (отросткам).

Структура меланосом зависит от типа продуцируемого меланина. Меланоциты в темно-коричневых и черных волосяных фолликулах содержат наибольшее количество меланосом. Они называются истинными или эумеланосомами, а их меланин – истинным или эумеланином. Меланоциты в коричневой волосяной луковице также содержат эумеланосомы, но они несколько меньше по размеру, чем в черной. Меланоциты в луковицах светлых волосяных фолликулов производят только слабомеланизированные меланосомы с низким содержанием эумеланина. Меланоциты красных волосяных луковиц производят феомеланосомы с характерной неупорядоченной внутренней структурой. В отличие от фибриллярного ядра эумеланосомы, феомеланосома содержит везикулярный матрикс с красным и желтым меланином, расположенным нерегулярно в виде пятен и, по-видимому, случайным образом[43].

Меланогенез

Процесс меланогенеза можно разделить на две части: биогенез меланосом и работа биохимического пути, превращающего фенилаланин/1-тирозин в меланин. Оба процесса находятся под сложным генетическим контролем, при этом ферменты, структурные белки, факторы транскрипции, рецепторы и факторы роста, необходимые для этих процессов, кодируются более чем ста генами.

Давайте поговорим об основных белках, влияющих на выработку меланина в меланоцитах. К ним относятся:

• структурные белки меланосом, которые обеспечивают каркас для ферментов, необходимых для отложения меланина;

• белки, которые регулируют синтез меланина (три ключевых фермента) в меланосомах:

• TYR (тирозиназа),

• TYRP1 (родственный тирозиназе протеин-1),

• TRP2/DCT (допахромовая таутомераза).

Рисунок 7. Факторы, регулирующие выработку меланина в меланоцитах. К ним относятся белки, которые влияют на структуру меланосомы (Pmel17, MART-1 и GPNMB); белки, которые прямо или косвенно модулируют синтез меланина (TYR, TYRP1, DCT, BLOC-1, OA1, P и SLC45A2), и белки, ответственные за транспортировку белков меланосом или внутриклеточный транспорт меланосом (микротрубочки, F-актин, кинезин, динеин, Rab27a, меланофилин, миозин Va, RILP, цилиобревины и Slp2-a), а также меланоцит-специфические факторы транскрипции (PAX3, SOX9/10, LEF-1, CREB, DICER и MITF). Стадии развития меланосом отмечены на этой диаграмме как I, II, III и IV.

На перемещение и функцию этих ферментов влияют многие факторы, включая BLOC-1, OA1, белок P и SLC45A2 (ранее известный как MATP). Стоит также отметить, что ионы металлов, включая цинк и медь, служат катализаторами работы фермента при синтезе меланина, а металлические остатки в окаменелостях позволяют даже предсказать цвет динозавров[44];

• белки, участвующие во внутриклеточном перемещении компонентов меланосом и транспорте меланосом к периферии клетки.

Цикличность меланогенеза волосяного фолликула

Наиболее важным различием между эпидермальными и фолликулярно-меланиновыми единицами является жесткий циклический контроль активности меланоцитов волосяной луковицы. Меланогенез в них активен только во время анагена. Эпидермальные меланоциты, напротив, кажутся все время функционирующими: наша кожа пигментирована постоянно. Для большинства людей эта активность может быть дополнительно стимулирована УФ-излучением[45]. Загар на коже – это не что иное, как эффект дополнительной стимуляции меланогенеза на солнце.

В волосяном фолликуле кожи головы человека период активного меланогенеза во время фазы анагена может длиться до 10 лет[46]. Он отключается во время перехода от анагена к катагену: сначала происходит подавление работы ключевых ферментов меланогенеза, за которым следует апоптоз меланоцитов волосяного фолликула[47].

Таким образом, фолликулярный меланогенез имеет характерную циклическую природу[48]. Ранние признаки неизбежной регрессии волосяного фолликула становятся очевидными в пигментной единице волосяного фолликула к концу анагена. К ним относятся втягивание дендритов меланоцитов и ослабление меланогенеза[49].

Во время телогена в волосяном фолликуле не вырабатывается меланин, но телогеновый волосяной фолликул все же содержит все клетки-предшественницы, нужные для восстановления полностью пигментированного волосяного фолликула во время анагена. Некоторые меланоцитарные клетки (вероятно, стволовые клетки меланоцитов) распределены по так называемым вторичным зародышевым областям телогеновых фолликулов. Они содержат кератиноциты и меланоциты, необходимые для начала следующего анагена.

Важный вопрос пигментации волосяного фолликула касается судьбы меланоцитов волосяной луковицы во время катагена: куда они уходят? И откуда они берутся, когда фолликулярный меланогенез возобновляется во время следующей фазы анагена? До недавнего времени господствовало мнение, что ниша меланоцитов волосяной луковицы самовоспроизводится. В соответствии с этой гипотезой меланоциты, участвующие в пигментации одного поколения волос, остаются вовлеченными в пигментацию следующего поколения, то есть существует несколько циклов де-дифференцировки меланоцитов с последующей повторной дифференцировкой.

Меланоциты в системе волосяных фолликулов более чувствительны к влиянию времени, чем меланоциты в эпидермисе, что приводит к поседению волос. Вероятно, это частично происходит из-за различий в эпидермальном и фолликулярном микроокружении клеток[50].

Возрастные изменения пигментации

Цвет волос, особенно у лиц евразийского происхождения, демонстрирует поразительные возрастные эффекты. В период полового созревания часто происходит переход от светлых «промежуточных волос» к более пигментированным и грубым «конечным волосам». Действительно, цвет волос у детей с возрастом обычно темнеет, и после полового созревания светловолосый ребенок нередко становится темноволосым.

По-видимому, с возрастом потеря активных меланоцитов происходит не только в коже (эпидермисе и волосяных фолликулах), но также в невусах и глазах. Уменьшение пигментации в эпидермисе происходит постепенно, а вот возрастная потеря цвета волос может быть гораздо более серьезной. Таким образом, разные субпопуляции меланоцитов регулируются разными «меланогенетическими часами».

Точный механизм потери меланоцитов как в эпидермисе, так и в волосяном фолликуле пока что неясен. Потеря способности меланоцитов активно делиться является, по-видимому, результатом их неспособности активировать путь митоген-активируемой протеинкиназы (MAPK), необходимый для активации их деления. При старении меланоциты также экспрессируют повышенные уровни ингибиторов циклин-зависимых киназ (например, p21 и p16), которые останавливают их клеточный цикл[51].

Вероятно, оказывает влияние и то, что антиоксидантные системы в меланоците волосяного фолликула с возрастом нарушаются, что приводит к неконтролируемому повреждению самого меланоцита, в том числе из-за его собственного окислительного стресса, связанного с меланогенезом. Уже известно, что поседение связано с усилением апоптоза меланоцитов и их окислительным стрессом[52][53]. Что касается экзогенного окислительного стресса, то из-за нарушения механизмов антиоксидантной защиты седеющие волосяные фолликулы менее приспособлены к борьбе с ним[54].