不知道你有没有这样的体验：每天早上梳头，看到梳子上又多了几根“离队”的头发，心里顿时一凉；或是羡慕别人那一头浓密飘逸的秀发，而自己的头顶却日渐“开阔”。

　　在社交媒体上，#脱发#、#发际线保卫战#、#如何拥有茂密头发# 等话题常年占据热点，各种生发液、头皮按摩仪、食补方子层出不穷，背后是无数人对“头上那片森林”的深切关怀与焦虑。

　　头发，这小小的身体附属物，为何生长，为何脱落，其内部究竟在进行着怎样精密而动态的“生命工程”？长期以来，我们对毛囊的认识多来自小鼠等动物模型，但人类的毛囊毕竟有其独特性。

　　近日，一项发表于《自然·通讯》的研究，首次在单细胞水平上绘制了人类毛囊在生长时期的细胞动态地图。研究不仅揭示了细胞如同乘坐“旋转滑梯”般的有趣运动模式，更颠覆了传统认知，提出了一个全新的头发生长机制——外根鞘细胞通过肌动蛋白介导的“拉力”，像传送带一样将内部的头发纤维“拉”出来！ 这或许能为未来解决脱发问题、开发更有效的生发疗法提供全新的思路。接下来，就让我们跟随科学家的镜头，潜入毛囊的微观世界，一探究竟。

　　毛囊是我们身体中少数能周期性再生的小器官，是研究组织稳态、干细胞分化和细胞动力学的绝佳模型。然而，由于伦理和技术限制，我们对人类毛囊生长期间细胞如何行为知之甚少，大部分认知源于对啮齿动物（如小鼠）的研究。人类的毛囊在循环周期、激素调控等方面与小鼠存在差异，因此，直接观察人类毛囊的细胞活动至关重要。

　　本研究的核心目的，就是利用先进的活体成像技术，首次在三维空间、单细胞分辨率下，实时观察并量化人类毛囊在生长阶段（生长期）的细胞迁移、分裂和流动模式。

　　研究者们想知道：不同层次的细胞（如形成发干的内层细胞和包裹它们的外层细胞）是如何协同工作以实现头发生长的？驱动细胞向上移动的主要力量是来自基底部的细胞分裂产生的“推力”，还是另有其他机制？

　　实验对象与流程

　　实验对象：研究使用的是从成年人面部提升手术中获得的、非色素性的终毛（头皮毛发）毛囊。这些毛囊经过显微解剖后，在体外培养基中保持存活和生长状态。

　　成像神器：团队定制了特殊的显微镜样品架，能将毛囊水平或垂直固定，从而实现对毛囊纵向或横截面的成像。他们使用多光子显微镜，利用细胞自身的自发荧光（主要来自NADH）、细胞膜产生的三次谐波（THG）、胶原蛋白产生的二次谐波（SHG），或对细胞核进行荧光染色（Hoechst染料），来清晰区分和追踪单个细胞。

　　拍摄过程：将毛囊置于37°C、5% CO₂的培养环境中，每30分钟拍摄一次3D图像，持续长达90小时。为了避免毛囊在体外培养后期进入退化期（假退化期）的影响，数据分析主要集中在培养的前约20小时，即毛囊保持良好生长状态的时段。

　　人类毛囊组织结构及用于活体毛囊成像的多光子显微系统

　　一场精妙绝伦的细胞拉力赛

　　（1）发现一：毛囊细胞上演“上下行”与“旋转滑梯”

　　通过追踪毛囊球部上方区域的细胞，研究人员发现了有趣的运动模式。正如下图所示，位于不同径向位置的细胞命运各异：

　　毛囊细胞动力学

• 　　内根鞘（IRS）和皮质层（Cortex）细胞：坚定地向上迁移，向着形成发干的方向前进。而且，IRS细胞向上移动的速度显著快于皮质层细胞（平均快约1.8微米/小时）。

• 　　外根鞘（ORS）细胞：行为则复杂得多。在球部上方区域，它们不仅沿着毛囊长轴向下移动，还表现出螺旋状的旋转运动，方向既有顺时针也有逆时针，如同沿着一个螺旋滑梯向下滑行（ORS垂直方向速度平均达12.0微米/小时）。当这些细胞到达更下方的毛球区域时，旋转运动逐渐减弱，转变为更直接的向下运动（ORS平行方向速度平均为-6.9微米/小时）。

　　这意味着ORS细胞并非静止的外包装，而是活跃地、以复杂的三维路径向毛囊基底部汇集。这种螺旋运动可能像拧毛巾一样，有助于组织的塑形和力的传递。

　　（2）发现二：细胞分裂的“发动机”位置与方向

　　毛囊是体内增殖最活跃的组织之一，细胞分裂主要发生在毛球部的毛母质区。研究团队通过统计细胞分裂（有丝分裂）事件，绘制了分裂密度图。他们发现：

• 　　大部分分裂发生在毛母质近端（靠近真皮乳头顶部），分裂速率远高于远端。

• 　　细胞分裂的方向并非随机：在毛母质近端，分裂方向几乎垂直于真皮乳头表面；而在远端，则逐渐变得与毛囊生长轴平行。重要的是，细胞分裂的方向与相邻细胞向上流动的方向高度一致。

　　这表明细胞分裂不仅提供新细胞，其分裂平面的选择也受到周围组织流场的引导，或主动适应了流动方向，以实现高效、有序的细胞输送。

　　（3）发现三：拉力，而非推力，是头发生长的关键驱动力！

　　这是本研究最颠覆性的发现。为了区分“细胞分裂产生推力”和“外层产生拉力”这两种假设，研究者进行了巧妙的“破坏性”实验：

　　不同毛发生长驱动因子的实验性耗竭

• 　　切除毛球实验：将毛囊的毛球部（包含主要的分裂细胞）手术切除。结果发现，即便没有了分裂源，上方的IRS和皮质层细胞仍然持续向上移动了24小时（上图a-b）。这强有力地证明，存在一个位于真皮乳头上方的主动“拉力”机制。

• 　　抑制肌动蛋白实验：用药物Latrunculin B破坏细胞骨架肌动蛋白。结果，毛囊的生长速度降低了80%（图5c）。肌动蛋白是细胞产生机械力和迁移的关键蛋白。

• 　　抑制细胞分裂实验：用药物秋水仙素完全阻止细胞分裂。令人惊讶的是，毛囊上层的细胞流并未停止，只是速度略有下降（约24%）（上图d-f）。

　　这些实验最终将矛头指向了外根鞘（ORS）。综合所有证据，研究者提出了一个全新的“拉力模型”：ORS细胞通过其内部的肌动蛋白网络，产生一个向下的主动运动（如同向下跑的传送带），这个运动通过细胞间的连接（如与伴随层之间的特定粘连结构），对内侧的伴随层、IRS和皮质层产生一个向上的拉力，从而像从牙膏管里挤出牙膏一样，将头发纤维“拉”出来。细胞分裂的作用更多是补充和喂养这个系统，而非主要的驱动力。

　　（4）数学建模的佐证：流体动力学模拟

　　为了从物理层面理解细胞流动，研究者将毛囊细胞群体视为一种不可压缩的粘性流体，建立了基于纳维-斯托克斯方程的轴对称计算模型。当他们在模型中假设ORS与内层之间的界面（代表伴随层）是一个以约6.75微米/小时速度向上移动的“壁”（模拟ORS施加的拉力）时，模型计算出的速度场与实验观测到的数据高度吻合。反之，如果假设这个壁是静止的，模拟结果则与实验严重不符。这从理论计算上支持了存在一个额外主动拉力的结论。

　　小结

　　综上，这项研究彻底改变了我们对头发生长动力学的理解。它告诉我们，你的每一根头发，都不是简单地被底部的细胞“推”出来的，而是被外层活跃的ORS细胞通过精密的肌动蛋白“拉力带”，“拽”出来的。IRS细胞是“快车道”选手，皮质层细胞是“普通道”选手，而ORS细胞则扮演着忙碌的“地铁检修工”，一边螺旋下行，一边为整个系统提供核心动力！

　　由此看来，头发的“内心戏”（细胞戏）可比我们想象的复杂多了！科学正在努力解码，而我们要做的，或许就是给科学家们一点时间，同时，也对自己的毛囊好一点。

　　参考资料：

　　[1]Tissot N, Genty G, Santoprete R, Baltenneck F, Thibaut S, Michelet JF, Sequeira I, Bornschlögl T. Mapping cell dynamics in human ex vivo hair follicles suggests pulling mechanism of hair growth. Nat Commun. 2025 Nov 21;16(1):10267. doi: 10.1038/s41467-025-65143-x. PMID: 41271712; PMCID: PMC12638305.

　　来源 | 生物谷撰文 | 生物谷编辑 | 木白