La couleur des cheveux est l’un des phénotypes les plus visibles chez l’homme, allant du noir au brun, en passant par le blond et le roux. Avec l’âge, la production de radicaux libres (stress oxydant) augmente tandis que les mécanismes de défense endogènes diminuent (défenses anti-radicaux). Ce déséquilibre conduit à des dommages progressifs aux structures cellulaires (mélanocytes), entraînant vraisemblablement le phénotype du vieillissement des cheveux qui se manifeste par une diminution de la fonction mélanocytaire, un grisonnement, et une diminution de la production de cheveux ou alopécie.

➠ Physiologie des cheveux

Les cheveux humains sont principalement constitués de protéines (80 à 85 %), de pigments mélaniques (0 à 5 %), d’eau (10 à 13 %) et de lipides (1 à 6 %). La couleur naturelle des tiges capillaires est couplée au cycle de croissance des cheveux. La pigmentation des cheveux et de la peau est une manifestation de la présence de pigments appelés mélanines. La pigmentation des cheveux est régulée par la mélanogénèse folliculaire, dans laquelle le processus consiste en la formation de mélanine dans les mélanosomes par les mélanocytes au cours d’un processus complexe appelé mélanogenèse, puis son transfert aux kératinocytes de la tige pilaire.
Le grisonnement des cheveux, ou canitie, est un phénomène naturel qui survient avec l’âge, mais il peut aussi apparaître plus tôt chez certaines personnes.

A noter : alors que la mélanogenèse épidermique est continue et facilement stimulée après exposition aux rayons UV, la mélanogenèse des follicules pileux est cyclique et étroitement couplée au cycle de croissance des cheveux. Et contrairement à la peau, les UV ont un effet décolorant, pas pigmentant, sur les cheveux.

➥ La mélanogénèse

Les mélanocytes produisent des mélanosomes, des vésicules contenant de la mélanine, le pigment naturel des cheveux. Les mélanocytes interagissent avec les systèmes endocrinien, immunitaire, inflammatoire et nerveux central, et son activité est également régulée par des facteurs extrinsèques tels que le rayonnement ultraviolet, le stress et les médicaments. Le pigment de mélanine joue un rôle essentiel dans la protection contre les effets nocifs du rayonnement ultraviolet et d’autres facteurs de stress environnementaux. Le calcium et la vitamine D jouent des rôles indirects mais importants dans la pigmentation des cheveux, principalement en influençant la fonction des mélanocytes, la différenciation cellulaire et la régulation immunitaire au niveau du follicule pileux.
La mélanogenèse par les mélanocytes est un processus en plusieurs étapes qui commence par la synthèse de L-DOPA à partir de L-Tyrosine, qui nécessite la tyrosine hydroxylase et la tétrahydrobioptérine comme cofacteur.  L’enzyme tyrosinase, qui est considérée comme l’enzyme clé de la mélanogenèse, convertit ensuite la DOPA (dihydroxyphénylalanine), par oxydation, en dopaquinone (DQ), qui peut suivre diverses voies pour former l’eumélanine ou la phéomélanine.
🔗 Biology (Basel). 2023 – A Comprehensive Review of Mammalian Pigmentation: Paving the Way for Innovative Hair Colour-Changing Cosmetics

La mélanine est ensuite transférée vers les kératinocytes environnants qui vont proliférer et différencier les tiges capillaires d’origine. Au cours du processus de différenciation, les poils en croissance deviennent pigmentés. 

La transformation tumorale d’un mélanocyte, cellule capable de produire la mélanine, donne un mélanome.

Diversité de la couleur des cheveux

La diversité de la pigmentation des cheveux repose principalement sur la quantité et le rapport des deux types de mélanine (eumélanine/phéomélanine) incorporés dans les tiges capillaires. Ce rapport est déterminé par la disponibilité de la cystéine. L’eumélanine est principalement le pigment capillaire par défaut, prédominant chez plus de 90 % de la population humaine. Les phénotypes eumélaniques vont du noir, brun foncé, brun moyen, brun clair au blond. 
Tous ces phénotypes contiennent de petites quantités, presque constantes, de phéomélanine, les teneurs variables en eumélanine étant responsables des différences visuelles dans la couleur des cheveux. Les cheveux châtain foncé contiendraient de l’eumélanine à 66 % du niveau des cheveux noirs, châtain moyen à 47 %, châtain clair à 40 %, et cheveux blonds à 23 %. Les cheveux roux sont le seul phénotype qui contient des quantités comparables d’eumélanine et de phéomélanine. Il a été proposé que l’activité de l’enzyme TYR, qui est fortement affectée par le pH mélanosomal, et la teneur en cystéine des mélanosomes jouent un rôle essentiel dans la détermination de la quantité et du rapport des deux pigments des cheveux humains. 

A noter : Les cations métalliques tels que le manganèse Mn⁺², et le cuivre Cu⁺² en autres peuvent stimuler l’auto-oxydation de la DOPA en mélanine. Une carence en vitamine B12, en fer et en cuivre, ainsi qu’une malnutrition protéique sévère, ont été associées à l’hypopigmentation des cheveux.

➥ Les kératinocytes

Les kératinocytes sont des cellules épithéliales spécialisées qui produisent la kératine, une protéine fibreuse très résistante de la peau et des cheveux. Bien qu’ils ne produisent pas de mélanine eux-mêmes, ils jouent un rôle essentiel dans la couleur des cheveux par leur relation étroite avec les mélanocytes. Les mélanocytes sont situés en effet à proximité des kératinocytes dans la matrice du cheveu. Les kératinocytes, qui composent la majeure partie du cheveu, reçoivent la mélanine produite par les mélanocytes situés à la base du follicule pileux e c’est ce transfert de pigment qui colore la kératine en formation, et qui donne sa couleur naturelle au cheveu.
Le calcium et la 1,25 dihydroxyvitamine D (1,25(OH)(2)D) régulent la différenciation des kératinocytes. Le calcium plus particulièrement intervient dans la signalisation intracellulaire des kératinocytes et mélanocytes.

La couleur des cheveux dépend principalement de la présence ou de l’absence de pigment mélanique. Les mélanines de la peau et des cheveux sont formées dans des organites cytoplasmiques appelés mélanosomes, produits par les mélanocytes, et sont le produit d’une voie biochimique complexe (mélanogenèse), la tyrosinase étant l’enzyme limitante

➠ Le grisonnement des cheveux

➥ Pourquoi les cheveux deviennent gris ?

Les cheveux tirent leur couleur de la mélanine, un pigment produit par des cellules spécialisées appelées mélanocytes, situées dans le follicule pileux. Avec l’âge, ces cellules subissent du stress oxydatif (accumulation de radicaux libres, notamment du peroxyde d’hydrogène) et une inflammation chronique qui endommagent leur fonction et leur renouvellement.

Avec le temps :

• Les mélanocytes s’affaiblissent ou meurent et donc moins de mélanine est produite.
• Les cheveux repoussent alors gris (mélange de cheveux pigmentés et non pigmentés) ou blancs (absence totale de mélanine).

Le grisonnement des cheveux, également appelé canitie ou achromotrichie, fait partie du processus naturel de vieillissement. La canitie se différencie du vitiligo, qui est une maladie de peau provoquant une dépigmentation de la peau ou de mèches de cheveux. Il apparaît de plus en plus de preuves que les mélanocytes humains, par rapport aux mélanocytes épidermiques, sont plus sensibles au vieillissement chronologique. Le point de vue traditionnel propose que l’épuisement des mélanocytes bulbaires du follicule pileux soit en corrélation avec le stress oxydatif. Les tiges de cheveux du cuir chevelu gris/blanc humain accumulent du peroxyde d’hydrogène H2O2.
🔗 Biol Rev Camb Philos Soc. 2021 – The biology of human hair greying
🔗 Int J Trichology. 2018 – Premature Graying of Hair: Review with Updates
🔗 Int J Trichology. 2009 – Oxidative stress in ageing of hair

L’apparition de cheveux blancs est dûe à l’inactivité des mélanocytes contenus dans le bulbe pileux qui synthétisent la mélanine et à l’accumulation de peroxyde d’hydrogène H202. L’accumulation de peroxyde d’hydrogène a pour origine la diminution de deux enzymes, la catalase et la glutathion péroxydase, qui décompose le H2O2 en eau (H20) et en oxygène (O2), et qui perturbe la formation de la tyrosinase à l’origine de la production de mélanine dans le follicule pileux, responsable entre autres de la couleur des cheveux.

• la catalase : a besoin de sélénium, manganèse et surtout de zinc
• la glutathion péroxydase :  a besoin de glutathion et de sélénium
• la méthionine sulfoxyde réductase

Les résultats de la recherche suggèrent que le grisonnement des cheveux séniles est causé par un stress oxydatif médié par H2O2 (peroxyde d’hydrogène). Ce stress oxydatif affecte la réparation de la méthionine sulfoxyde dans les cheveux humains, entraînant le grisonnement des cheveux chez les personnes âgées.

➥ La méthionine

La L-méthionine est un acide aminé soufré essentiel impliquée dans la synthèse de :
– S-adénosyl-méthionine (SAMe)
– homocystéine,
– cystéine et taurine
– gluthathion (GSH)
– carnitine (beta-oxydation)
– créatine
– l’ADN (thymine)
– succinyl-CoA

Les combinaisons de L-cystine et de vitamines B sont traditionnellement utilisées dans les produits en vente libre pour le traitement de la chute des cheveux. 
🔗 Clin Cosmet Investig Dermatol. 2020 – L-Cystine-Containing Hair-Growth Formulation Supports Protection, Viability, and Proliferation of Keratinocytes

Les espèces réactives de l’oxygène ont été impliquées dans l’apoptose des mélanocytes des follicules pileux et dans les dommages à l’ADN. Les tiges de cheveux gris/blancs du cuir chevelu humain accumulent du peroxyde d’hydrogène (H2O2) à des concentrations millimolaires. L’expression presque absente de la catalase et de la méthionine sulfoxyde réductase en association avec une perte fonctionnelle de réparation de la méthionine sulfoxyde (Met-S = O) dans l’ensemble du follicule pileux gris et la formation Met-S=O de résidus Met, limite la fonctionnalité de l’enzyme tyrosinase, l’enzyme clé de la mélanogenèse,  ce qui conduit à perte progressive de la couleur des cheveux.

La méthionine sulfoxyde, ou sulfoxyde de méthionine, est un dérivé oxydé de la méthionine, un acide α-aminé protéinogène. La perte de méthionine est corrélée à une accumulation de peroxyde d’hydrogène (H2O2) dans les follicules pileux, à une diminution de l’efficacité de la tyrosinase, et à une perte progressive de la couleur naturelle des cheveux. La méthionine est cruciale pour l’augmentation de la concentration intracellulaire de glutathion (GSH), un antioxydant. La promotion de la défense cellulaire médiée par les antioxydants et de la régulation redox est essentielle pour protéger les cellules contre la perte de cellules noires induite par la dopamine par les métabolites de liaison oxydatifs.
🔗 FASEB J. 2009 – Senile hair graying: H2O2-mediated oxidative stress affects human hair color by blunting methionine sulfoxide repair

La diminution de la catalase et de la glutathion peroxydase qui décompose le peroxyde d’hydrogène en eau et en oxygène entraine son accumulation, ce qui perturbe la formation de la tyrosinase à l’origine de la production de mélanine dans le follicule pileux, responsable entre autres de la couleur des cheveux. 

➥ La tyrosine

La Kynurenine (KYN), un métabolite du tryptophane, inhibe l’expression de la tyrosinase et la teneur en mélanine dans les co-cultures primaires de mélanocytes et de kératinocytes humains. L’augmentation de la production de KYN dépend de l’enzyme indoléamine-2,3-dioxygénase (IDO) inductible par l’IFN-γ.
🔗 Exp Dermatol. 2022 – Kynurenine inhibits melanogenesis in human melanocyte-keratinocyte co-cultures and in a reconstructed 3D skin model

Comment protéger ses cheveux ?

• Adoptez une alimentation riche en antioxydants (fruits rouges, légumes verts, oméga-3).
• Limitez l’exposition au soleil, au tabac et aux polluants.
• Prenez soin de votre cuir chevelu avec des soins doux et stimulants.
• Gérez votre stress avec des techniques de relaxation.

👉 Le grisonnement des cheveux en résumé

La pigmentation naturelle des cheveux dépend de l’activité des mélanocytes (production de mélanine) et des kératinocytes (structure du cheveu et réception de la mélanine). Le grisonnement des cheveux, ou canitie, est un phénomène naturel en lien avec les stress oxydatif. La diminution de l’activité de la catalase et de la glutathion peroxydase, qui décompose normalement le peroxyde d’hydrogène H2O2 (eau oxygéné) en eau et en oxygène, entraine son accumulation et par la suite la mort des mélanocytes.

© Rémy Honoré

🔗 Pour en savoir plus

1. Sciences & Avenir. 2009 – Pourquoi les cheveux blanchissent-ils ?

🔗 Ressources scientifiques

1. StatPearls. 2023 – Physiology, Hair
2. StatPearls. 2023 – Anatomy, Hair