冬天一陣冷風,全身不禁就會起雞皮疙瘩(goosebumps 或piloerection),主要是因為冷風刺激交感神經使豎毛肌(arrector pipi muscle, APM)收縮及毛髮直立,可以留住體表更厚的一層空氣,形成更好的冷空氣絕緣體。此外,豎毛功能也具有防敵效果,動物遇到危險或受到驚嚇時,也會本能立起體毛使身形看起來變大,以對抗可能的敵人(例如貓)。具有體刺的動物(例如刺蝟與豪豬),遇到危險時也可立起體刺,防衛敵手的攻擊。這些本是哺乳動物對抗外敵與禦寒的重要機制。類似的豎毛功能,對於鳥類的飛行、求偶及禦敵也相當重要。
研究團隊同時也發現,交感神經除了促成毛囊幹細胞的活性與毛囊豎毛肌的運作有關外,也與毛髮生長的作用息息相關。此交感神經-豎毛肌-毛囊幹細胞單位在一般生理環境下,交感神經可降低豎毛肌的休眠因子基因foxp1 and fgf18之表現,使其活化門檻降低,以裝備毛囊幹細胞進入較易活化的狀態。一旦毛囊失去交感神經後,毛囊幹細胞會進入深度休眠狀態,毛髮會停滯在冗長的休止期,不易再生。
因此,在寒冷時,交感神經會高度活化,此時除了可以刺激「豎毛肌」收縮產生雞皮疙瘩之外,「毛囊幹細胞」活性也會同時被提升,加速毛髮再生,以增進保溫功能。
毛囊─>豎毛肌─>交感神經,在發育時順序相互誘導
林頌然教授表示,進一步探索在皮膚發育過程當中,此「交感神經-豎毛肌-毛囊幹細胞」單位之間的機制如何建立。他們發現在胚胎皮膚內,毛囊會最早發育,並在毛囊內形成毛囊幹細胞。隨後毛囊幹細胞所產生的衍生細胞會分泌一種訊息傳遞因子,叫做「音速刺蝟因子」 (sonic hedgehog),來打造適合的微環境,以誘導「豎毛肌」在毛囊周圍發育。豎毛肌發育完成之後,會誘導「交感神經」朝向豎毛肌生長。因為成束的豎毛肌的起點緊貼毛囊幹細胞,交感神經會在此處同時伸出神經纖維來支配毛囊幹細胞,導致此三源結構之形成。
此研究解釋了交感神經如何在發育時,建立同時支配豎毛肌以及調控毛囊幹細胞的功能;另一方面,在動物成體之後,交感神經也高度依賴豎毛肌提供的結構支撐功能。因此,三者的關係是互相影響的,因為,他們發現一旦毛囊失去豎毛肌,交感神經也會自毛囊附近退離。