图片DOI：10.1016/j.cell.2024.11.004
间歇性禁食让“发量告急”
HFSCs就像头发的“生产队长”，负责指挥毛囊的更新和再生，而它们的“工作环境”——也就是“微环境”，更像一个精密的调度中心，接收来自全身和局部的各种信号来调整干细胞的工作状态。不过，这么关键的“生产队长”和“调度中心”，在间歇性禁食的影响下会发生什么变化？尤其是对毛囊再生来说，这一直是学界的未解之谜。
其实，早有观察表明，那些为了快速减肥采取极低热量饮食的人可能会出现脱发。但现代的间歇性禁食——比如现下大热的“16+8”限时进食或隔日断食，是否也会对毛囊健康带来同样的影响？目前还没有明确的答案。
这一次，研究人员把目光锁定在HFSCs身上。它们有一个很有意思的特点，就是会周期性“上班”或“休息”，而且它们的工作成果——头发，是肉眼可见的！这让HFSCs成为了理想的研究对象。研究人员希望通过它们解答两个重要问题：间歇性禁食会不会悄悄影响我们的“颜值担当”——头发？这种“吃吃停停”的饮食模式引发的全身性生理变化，又是通过什么途径影响HFSCs的“工作状态”的？
于是，研究团队对两种热门的禁食方式进行了实验：
实验选用了成年C57BL/6小鼠，这种小鼠背部的毛囊周期变化非常规律。研究从小鼠出生第60天（P60）开始，此时毛囊正处于第二次静止期，也就是毛囊的“休眠期”，等待时机进入“生长期”，重新长出毛发。为了更直观地观察毛发再生过程，小鼠的背部毛发在实验前被剃光，然后分为三组：自由进食组（AL）作为对照组，另两组分别进行TRF和ADF干预。
整个实验持续96天，也就是一直监测到P156结束。研究团队不仅定期观察小鼠的毛发生长情况，还通过H&E染色技术检测毛囊状态，看看它们有没有“苏醒”。
结果让人意想不到：
在AL、16/8 TRF和ADF条件下，从P60到P156雌性小鼠毛发再生的进程
不同时间点（P60至P156）毛发再生的百分比
进一步的组织学分析发现，禁食组（TRF和ADF干预）的小鼠毛囊长期卡在延长的静止期或“刚起步”的早期生长期，始终无法生成新的毛发轴。换句话说，毛囊似乎被“饿”得动弹不得了。
通过H&E染色观察，AL、TRF和ADF条件下小鼠皮肤的组织学切片
间歇性禁食让HFSCs陷入“生死劫”
毛囊的再生离不开HFSCs的参与，这些细胞的激活和增殖是毛囊进入生长期的关键。然而，间歇性禁食可能对这一过程带来负面影响。进一步的研究发现，间歇性禁食并非仅仅“让毛囊歇一会儿”，而是诱导了HFSCs的反复激活和凋亡，最终阻碍了毛囊的正常再生。
HFSCs分布在毛囊的隆突部和毛坯部这两个关键位置。当毛囊进入生长期时，毛胚部的干细胞首先被激活，随后带动隆突部干细胞同步进入生长模式。这些激活后的干细胞像“建筑工人”一样分化为短暂扩增细胞（HF-TACs），快速繁殖，为毛囊提供“建筑材料”。但问题是，如果干细胞无法正常激活或过早死亡，毛囊就会“罢工”，无法顺利再生。
间歇性禁食抑制毛囊再生的可能机制
为了探究间歇性禁食对HFSCs激活的具体影响，研究人员选择了ADF模式作为实验干预。从小鼠出生后第24天（P24）开始干预，此时毛囊正处于第一次静止期。他们通过标记分裂细胞的“绿色信号”（EdU）追踪HFSCs的激活情况，同时用“红色信号”（caspase-3）评估HFSCs的凋亡情况。
结果显示，实验初期（P24到P26），无论是自由进食还是ADF模式干预的小鼠，它们的HFSCs都能顺利激活，毛囊进入生长期。研究人员在它们毛囊内观察到大量“绿色信号”，说明禁食在短期内并未显著影响HFSCs的激活能力。
可惜好景不长，随着禁食周期的延续，ADF组的小鼠开始出现明显的HFSCs凋亡现象。在禁食24小时后，毛囊中的绿色信号迅速减少，而红色信号急剧增加，显示大量HFSCs被“消灭”。随后，在禁食结束的进食期中，毛囊内的HFSCs重新被激活，但好不容易开始“工作”，下一个禁食周期又将它们送入“红色深渊”，新激活的细胞再次凋亡。
这种“激活—凋亡”的循环让HFSCs处于疲惫状态，无法提供足够的HF-TACs，毛囊失去了再生的动力，最终导致头发长不出来。
那另一种流行的禁食模式（TRF）有没有“踩坑”呢？研究发现，TRF模式也让HFSCs经历了类似的“生死劫”。即使将禁食干预从小鼠出生后的第60天（P60）开始，结果仍然一致——HFSCs凋亡显著增加，毛囊再生受到抑制。
吃得少还是饿太久？实验打破“热量论”
很多人以为禁食对毛囊产生这种影响的奥秘在于减少热量摄入，可这项研究却一针见血：禁食时小鼠根本没少吃！无论是ADF还是TRF干预，“干饭”小鼠可没委屈自己，都在允许的进食时间里“狂补”热量，总体上并不比AL组的同类们少吃。
A图：间歇性禁食可能导致的两种结果：减少卡路里摄入和/或延长禁食时间，以及这些因素如何影响HFSCs的凋亡和毛发再生；B图：不同饮食模式下小鼠平均每日卡路里摄入；C图：不同饮食模式下小鼠的平均卡路里摄入
那为什么HFSCs会凋亡？研究人员把目光转向了禁食的“另一面”——饿得时间太长了！
所以，饿多久对毛囊才算“致命”？为了解答这一问题，研究人员让小鼠经历不同的禁食时长，结果显示：
短时禁食（饿8小时）：HFSCs安然无恙，基本未见凋亡信号，毛囊再生能力正常。
中时禁食（饿16小时）：出现明显的HFSCs凋亡信号，HFSCs开始大量凋亡。
长时禁食（饿24小时）：
凋亡信号进一步增强，毛囊再生“罢工”加剧。
24小时禁食和24小时再进食期间，HFSCs凋亡的时间过程
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：
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：
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：
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）和肾上腺素（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：
