[과학] 스트레스가 어떻게 흰머리를 유발하는가 ; 생물학적 퍼즐 해결

과학자들은 스트레스가 탈모를 유발한다는 오래 된 일화들을 뒷받침하는 증거를 발견했습니다.

연구원들은 쥐의 경우, 싸움 또는 비행 반응에 관련된 신경의 종류가 모낭을 생성하는 줄기세포에 영구적인 손상을 입힌다는 것을 발견했습니다. 연구 결과는 스트레스가 신체에 어떤 영향을 미치는지에 대한 지식을 발전시키고, 그것의 부정적인 영향을 막기 위한 첫 번째 단계입니다.

 

마리 앙트와네트가 프랑스혁명 중에 잡혔을 때, 그녀의 머리카락은 하룻밤 사이에 흰색으로 변했다고 합니다. 보다 최근의 역사를 보면, 존 메케인은 베트남 전쟁 동안 전쟁 포로로서 심각한 부상을 입었고, 그의 머리 색깔을 잃었습니다.

 

이러한 오랫전의 일화들은 스트레스를 받는 경험과 탈모 현상을 연결시켜 왔습니다. 하버드대학 과학자들은 처음으로 그 과정이 정확히 어떻게 진행되는지를 발견했습니다. 스트레스는 싸움이나 도주 반응의 일부인 신경을 활성화시키고, 이는 다시 모낭에서 줄기 세포를 영구적으로 손상시킵니다.

 

Nature에 발표 된 이 연구는 스트레스가 신체에 미치는 영향에 대한 과학자의 지식을 발전시키고 있습니다.

 

[이미지] nature지에 발표된 연구논물 요약(Abstract)

"모든 사람들은 스트레스가 신체에 어떤 영향을 미치는지에 대한 일화를 가지고 있습니다. 특히 피부와 머리카락에서 우리가 밖에서 볼 수 있는 유일한 조직입니다."라고 하버드의 스템스트 셀 및 재생 생물학의 앨빈(Alvin)과 에스타(Easta Star) 부교수는 말합니다.

 

"우리는 이 연관성이 사실인지, 그리고 만약 그렇다면, 스트레스가 어떻게 다양한 조직에 변화를 가져오는지를 알고 싶었습니다. 모발 색소 침착은 접근이 용이하고 추적이 가능한 시스템입니다. 게다가, 우리는 스트레스가 정말로 모발을 자라게 하는지 알고 싶었습니다."

원인 추적

스트레스가 몸 전체에 영향을 미치기 때문에, 연구원들은 우선 스트레스를 머리 색과 연결시키는 역할을 하는 신체 체계를 좁혀야 했습니다. 연구팀은 우선 스트레스가 색소를 생성하는 세포에 면역 공격을 일으킨다는 가설을 세웠습니다. 하지만 면역 세포가 없는 쥐들이 여전히 머리가 자라는 것을 보여 주었을 때, 연구원들은 코티솔이라는 호르몬으로 눈을 돌렸습니다. 하지만 다시 한 번, 그것은 막다른 골목이었습니다.

[그림] 스트레스 반응 시스템

"스트레스는 항상 몸 안에 있는 코티솔의 수준을 높입니다. 그래서 우리는 코티솔이 역할을 할 수 있다고 생각했습니다." 라고 Hsu(슈) 박사는 말했습니다. "하지만 놀랍게도, 쥐들이 코티솔을 만들 수 없도록 부신을 제거했을 때, 여전히 스트레스를 받고 그들의 털은 회색으로 변했습니다."

 

다른 가능성들을 체계적으로 제거한 후에, 연구원들은 교감 신경 체계를 갈아 끼워 넣었는데, 이것은 몸의 싸움과 도주 반응을 담당했습니다.

 

교감 신경은 피부의 각 모낭으로 퍼져 나갑니다. 연구원들은 스트레스가 근처의 색소를 재생하는 줄기 세포에 의해 흡수되는 화학적 노르 에피네프린을 방출하게 한다는 것을 발견했습니다.

영구적인 피해

[그림] 모낭 줄기세포 (Stem Cells)

모낭 안에서, 특정 줄기 세포들은 뼈를 생산하는 세포들의 저장고의 역할을 합니다. 모발이 재생되면 일부 줄기 세포는 색소를 생성하는 세포로 바뀌게 됩니다.

 

연구원들은 교감 신경에서 나오는 노르 에피네프린이 줄기 세포를 과도하게 활성화시킨다는 것을 발견했습니다. 줄기 세포는 모두 색소를 생성하는 세포로 변환되어 저장고를 조기에 고갈시킵니다.

 

Hsu 박사는 "우리가 이것을 연구하기 시작했을 때, 저는 스트레스가 몸에 나쁜 영향을 미칠 것이라고 예상했습니다. 하지만 우리가 발견한 스트레스의 해로운 영향은 제가 상상했던 것 이상이었습니다." 라고  말했습니다. "불과 며칠 후에, 색소를 재생하는 줄기 세포들이 모두 사라졌습니다. 일단 그것들이 사라지면, 더 이상 색소를 재생할 수 없습니다. 손상은 영구적입니다."

 

이번 연구 결과는 보호 진화론적 반응의 부작용을 강조하는 것이라고 연구원들은 말했습니다.

 

박사후 연구원 인 빙 장 (Bing Zhang) 박사는 "급성 스트레스, 특히 싸움이나 도주 반응은 전통적으로 동물의 생존에 유익한 것으로 여겨져 왔습니다. 하지만 이 경우, 극심한 스트레스는 줄기 세포의 영구적인 감소를 야기합니다."라고 말했습니다.

근본적인 질문에 대한 답변

스트레스를 모발 노화와 연관시키기 위해, 연구원들은 전신 반응으로 시작해서 점차적으로 개별적인 장기 시스템, 세포 간 상호 작용, 그리고 궁극적으로 분자 역학까지 확대했습니다. 그 과정은 장기, 신경, 세포 수용체를 조작하는 방법을 포함한 다양한 연구 도구를 필요로 했습니다.

 

장(Zhang) 연구원은 "가장 높은 수준에서 가장 작은 세부 사항에 이르기까지 다양한 분야의 많은 과학자들과 협력하여 매우 근본적인 생물학적 문제를 해결했다."고 말했습니다.

 

공동 연구자들 중에는 신경계와 면역 체계 간의 상호 작용을 연구하는 하버드 의대 면역학 조교수 아이작 치우(Isaac Chiu)가 있었습니다.

 

"우리는 말초 신경 세포가 장기 기능, 혈관, 면역력을 강력하게 조절한다는 것을 알고 있지만, 줄기 세포를 조절하는 방법에 대해서는 덜 알려져 있습니다,"라고 치우 교수는 말했습니다.

 

"이 연구를 통해, 이제 우리는 뉴런이 줄기 세포와 그들의 기능을 조절할 수 있고, 스트레스를 머리카락이 자라는 것과 연결시키기 위해 세포와 분자 수준에서 어떻게 상호 작용하는지를 설명할 수 있습니다."

 

이 발견은 스트레스가 다양한 장기와 조직에 미치는 광범위한 영향을 조명하는 데 도움이 될 수 있습니다. 이러한 이해는 스트레스의 해로운 영향을 수정하거나 차단하려는 새로운 연구의 길을 열어 줄 것입니다.

 

"스트레스가 색소를 재생하는 줄기 세포에 어떻게 영향을 미치는지를 정확하게 이해함으로써, 우리는 스트레스가 신체의 다른 조직과 장기에 어떻게 영향을 미치는지를 이해하기 위한 기초를 마련했습니다." 라고 슈는 말했습니다. "스트레스를 받을 때 조직이 어떻게 변하는지를 이해하는 것은 스트레스의 해로운 영향을 중단시키거나 되돌릴 수 있는 궁극적인 치료를 향한 첫번째 중요한 단계입니다. 우리는 아직도 이 분야에서 많은 것을 배워야 합니다."

 

이 연구는 하버드 줄기 세포 연구소 및 하버드 대학교 연구소인 스미스 가족 재단 오디세이 상의 지원을 받았습니다.

 

 

* 참고저널 :

Bing Zhang, Sai Ma, Inbal Rachmin, Megan He, Pankaj Baral, Sekyu Choi, William A. Gonçalves, Yulia Shwartz, Eva M. Fast, Yiqun Su, Leonard I. Zon, Aviv Regev, Jason D. Buenrostro, Thiago M. Cunha, Isaac M. Chiu, David E. Fisher, Ya-Chieh Hsu. Hyperactivation of sympathetic nerves drives depletion of melanocyte stem cells. Nature, 2020; DOI: 10.1038/s41586-020-1935-3

 

 

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