雄性激素源脫發(fā)（AGA）研究：從表觀生態(tài)到基因定位

賈焱+宋麗雅+王琪+成志偉+董銀卯+何聰芬

雄性激素源脫發(fā)背景介紹

雄性激素源脫發(fā) （Androgenic alopecia， AGA），又稱雄激素性脫發(fā)或脂溢性脫發(fā)，是最常見的脫發(fā)類型。大量數(shù)據(jù)表明，AGA在親代和子代之間存在明確的遺傳傾向，且在男女兩性中均有發(fā)生。在白色人種中，年齡大于40歲的男性，接近50%都有AGA現(xiàn)象發(fā)生；AGA現(xiàn)象同樣也存在于女性中，女性AGA患者出現(xiàn)癥狀的時間遲于男性，一般是在30歲或40歲之后才開始脫發(fā)[1]。隨著現(xiàn)代生活節(jié)奏的加快和壓力的增大，黃色人種出現(xiàn)AGA現(xiàn)象的比例也越來越高。

1. AGA癥狀及臨床診斷標準

頭發(fā)在毛囊中不斷地生長和脫落，呈現(xiàn)周期性，各個毛囊獨立進行周期性變化，互不影響。頭發(fā)的生長周期可分為生長期、退行期和休止期三個階段。生長期即頭發(fā)的增長時期，持續(xù)時間為2～6年，此時期毛囊功能活躍，真皮乳頭細胞增大，細胞分裂加快，毛發(fā)呈積極的增生狀態(tài)；退行期時毛囊開始退化，可持續(xù)2～4周，此時期真皮乳頭細胞逐漸縮小，細胞數(shù)目減少，頭發(fā)停止生長；休止期為毛囊退化、頭發(fā)脫落的時期，時間為3～4個月，毛發(fā)根部的角化逐漸向下發(fā)展，最終與真皮乳頭細胞分離，毛囊萎縮，使毛發(fā)脫落，但隨之新的真皮乳頭細胞逐漸形成，準備開始新的生長周期。AGA的發(fā)生是由于頭發(fā)的生長期大幅縮短（數(shù)月至1年），在毛囊還沒有完成生長期的生長、增大時，就提前進入退行期，導致毛囊的微型化，使頭發(fā)變細。同時，毛囊提前進入退行期，導致處于生長期的頭發(fā)數(shù)量減少，而處于退行期和休止期的頭發(fā)增多，頭發(fā)的整體數(shù)量減少。在發(fā)生過程中表現(xiàn)為明顯脫發(fā)，并伴隨頭皮脂類分泌增強、頭部脂類增多[2]。

在臨床醫(yī)學上，AGA的診斷標準是頭皮毛囊持續(xù)性的縮小，粗厚的終毛（terminalhair）轉(zhuǎn)變?yōu)榧毿〉暮撩╲elus hair），同時，色素的合成功能被削弱，頭發(fā)的顏色隨之變淺。因此，有人認為在AGA的發(fā)生過程中，毛囊的總數(shù)并沒有減少，只是發(fā)生了毛囊的縮小和色素的降低[1]。一些流行病學研究表明，AGA不僅可以導致脫發(fā)，而且和冠心病[3-5]、糖尿病[6]、前列腺疾病[7]和高血脂癥[8]都有一定的相關性。同時，AGA患者由于進行性加重的脫發(fā)，會影響到自身形象，也會產(chǎn)生一定的心理壓力。

2. AGA研究歷史

1942年，Hamilton發(fā)表了基于臨床病例的研究成果：在被閹割的人群中沒有AGA現(xiàn)象，如果向他們體內(nèi)注射睪酮（Testosterone， T），則會導致一部分人會發(fā)生AGA。這個發(fā)現(xiàn)使人們認識到雄性激素和AGA之間的關系。隨著對臨床病例的關注，臨床醫(yī)生們發(fā)現(xiàn)在缺乏5α還原酶 （5α-reductase， 5α-R）的假兩性人群中，觀察不到AGA現(xiàn)象，表明5α-R在AGA的發(fā)生過程中發(fā)揮了重要作用。5α-R可以將人體內(nèi)的睪酮轉(zhuǎn)化為二氫睪酮 （Dihydrotestosterone， DHT），因此，早期的研究結果證明，T在人體內(nèi)被5α-R轉(zhuǎn)化為DHT，并最終導致AGA的發(fā)生。但是由DHT引起的下游通路及分子機制，一直到分子生物學和基因組學的興起才得以部分闡釋。

從雄性激素與AGA的關系被明確，到隨后對于分子機制的研究過程中，始終有一個問題困擾著生物學家：人類在青春期以后，在腋下、男性下頜等部位，雄性激素可以促進毫毛毛囊轉(zhuǎn)化為終毛毛囊，把細小、無色的毫毛轉(zhuǎn)變?yōu)榇执蟆⒂猩慕K毛；同時，雄性激素對于睫毛等一些毛發(fā)則幾乎沒有作用。但是，它對于AGA人群的頭皮毛囊則具有完全相反的作用，使終毛毛囊轉(zhuǎn)化為毫毛毛囊，促進毛囊萎縮和頭發(fā)脫落[1]。雄性激素對不同組織毛發(fā)的不同作用被稱為“雄性激素悖論”，至今仍然是一個被廣泛關注的問題。

3. AGA研究新思路

對于AGA分子機理的研究，上游通路已經(jīng)清楚，但是下游通路依然有很多疑問，而且“雄性激素悖論”一直不能被很好地解釋。在AGA的發(fā)生和發(fā)展過程中，雄性激素無疑是上游通路中最重要的分子，但是下游通路中導致脫發(fā)的效應因子依然難以被人們完全揭示，這也是“雄性激素悖論”不能被清楚解釋的根本原因。

在AGA的發(fā)生過程中，不僅有明顯的脫發(fā)，與之伴隨的還有頭皮脂類分泌增強，這也是AGA被稱為脂溢性脫發(fā)的原因。同時，雄性激素作用的其他組織毛發(fā)，比如胡須和睫毛，并沒有脂類分泌增強的現(xiàn)象。因此，一直被忽視的脂類可能是揭示AGA分子機理下游通路的關鍵，也是闡明“雄性激素悖論”的線索。

AGA與頭皮表觀生態(tài)研究

1. AGA與人體健康狀況

近些年來，對于AGA與人體健康狀況的相關性研究越來越多，一些流行病學調(diào)查顯示，AGA與代謝綜合征（血脂、血糖、胰島素抵抗、身體質(zhì)量指數(shù)等）、雄性激素水平、冠心病、前列腺疾病等都有相關性，這種相關性與樣本的人種、國別、性別和年齡都有關系。一項以西班牙人為研究對象的研究表明，男性AGA人群和女性AGA人群的低密度脂蛋白、總膽固醇、甘油三酯含量都明顯高于正常男性和正常女性[9]；另外一項以3000多韓國人為研究對象的研究表明，對于女性，AGA現(xiàn)象與代謝綜合征有明顯的相關性，而男性則沒有這種相關性[10]。2011年一項對埃及AGA人群的研究顯示，AGA現(xiàn)象與胰島素抵抗和糖尿病之間似乎沒有相關性[11]。雖然相似的流行病學研究很多，但是對于中國人的此類研究還是空白。

2.頭皮的生理狀態(tài)研究

通過對AGA人群與正常人群的頭皮生理狀態(tài)進行對比研究，我們發(fā)現(xiàn)脂類是影響生理狀態(tài)的重要原因。頭皮脂類分泌增加是AGA的典型特征，如表一所示[12]。結果表明，AGA人群左、右前額、頭頂部的脂類含量都大于正常人群，兩組左、右后枕部的脂類含量無顯著性差異；24h之內(nèi)AGA人群頭皮各個部位的pH值均明顯低于正常人群；2～24h內(nèi)AGA人群頭頂部和左、右后枕部的水分含量明顯高于正常組；4～24h內(nèi)AGA人群左、右后枕部頭皮經(jīng)皮水分散失（Transepidermal water loss， TEWL）明顯高于正常人群。脂類分泌增加是導致頭皮生理狀態(tài)改變的重要原因，脂類含量升高可以使水分含量發(fā)生變化，并可以導致pH降低。endprint

3. 頭皮的微生態(tài)研究

分別采集兩種（正常和AGA）人群的頭皮微生物進行測序，對兩種人群的頭皮微生態(tài)進行研究，結果顯示AGA人群的解糖葡萄球菌、丙酸桿菌屬、不動桿菌和馬拉色菌屬豐度較大。此實驗結果表明了頭皮脂類和微生態(tài)的關系：AGA人群頭皮脂類含量升高，適宜丙酸桿菌和馬拉色菌的生長，丙酸桿菌解葡萄糖產(chǎn)酸，導致頭皮pH降低，適宜陰性葡萄球菌和棒狀桿菌的生長。揭示AGA人群頭皮脂類含量升高是微生態(tài)發(fā)生變化的主要原因。

AGA分子機理研究

1. 研究進展

AGA分子機理的研究吸引了很多實驗室的關注，現(xiàn)在已經(jīng)部分被闡明。雄性激素是AGA分子機制最上游的分子，可以經(jīng)過血液循環(huán)到達靶細胞內(nèi)，通過多個信號通路來影響人類皮膚的多種功能，如皮脂腺的分化、表皮屏障穩(wěn)態(tài)、調(diào)控毛發(fā)生長及皮膚傷口愈合。在毛囊處，毛囊中的真皮乳頭細胞是雄性激素的靶細胞，負責將血液中雄性激素的作用傳遞給毛囊，影響毛發(fā)的生長[13]。Faydaci等人的研究發(fā)現(xiàn)，AGA患者和正常人血清中的睪酮濃度幾乎沒有差別，因此推測血清中的睪酮可能進入靶細胞真皮乳頭細胞中，通過信號轉(zhuǎn)導導致AGA的發(fā)生[14]。進一步的研究發(fā)現(xiàn)，真皮乳頭細胞中的雄性激素受體（androgen receptor， AR）在此過程中也發(fā)揮了重要作用，驗證了信號通路在AGA分子機理中的重要作用[15]。綜合這些研究結果，AGA分子機理的上游通路是：隨著血液循環(huán)，雄性激素睪酮到達靶細胞真皮乳頭細胞中。睪酮是一類親脂性激素，可以自由穿透細胞膜進入細胞質(zhì)。細胞質(zhì)中的5α還原酶（5α-reductase， 5α-R）將其轉(zhuǎn)化為活性更強的二氫睪酮（Dihydrotestosterone， DHT），DHT與AR有很強的親和性，結合之后形成DHT-AR復合體，兩個DHT-AR復合體發(fā)生聚合形成二聚體。二聚體通過核仁進入細胞核，與雄性激素受體元件（Androgen-response element， ARE）相結合，并招募AR共激活因子，共同招募RNA聚合酶，啟動目的基因的轉(zhuǎn)錄及翻譯，這些蛋白質(zhì)執(zhí)行各自的生物學功能，最終導致AGA的臨床癥狀。目前，已經(jīng)證實的相關蛋白質(zhì)有TGF-β1、TGF-β2、DKK-1、IGF-1等一些細胞因子[16-18]。

2. 研究新思路

對AGA分子機理的研究，初期的重點在于探究雄性激素的作用。隨著研究的深入，與雄性激素相關的上游信號轉(zhuǎn)導已經(jīng)基本闡明，而下游的相關靶蛋白研究一直進展緩慢。同時，對于雄性激素和毛發(fā)的關系研究一直有一個悖論。眾所周知，雄性激素是人類毛發(fā)的主要調(diào)控者，青春期以后，雄性激素可以促進毫毛毛囊（Velus Folicle）轉(zhuǎn)化為終毛毛囊（Terminal Folicle），把細小、無色的毫毛轉(zhuǎn)變?yōu)榇执?、有色的終毛，比如男性胡須的變化。同時，雄性激素對于睫毛等一些毛發(fā)則幾乎沒有作用。但是，它對于AGA患者的頭發(fā)則具有完全相反的作用，使終毛毛囊轉(zhuǎn)化為毫毛毛囊，促進毛囊萎縮，將頭發(fā)從終毛變?yōu)楹撩?，最終脫落[1]。雄性激素對不同組織毛發(fā)的不同作用被稱為“雄性激素悖論”。雄性激素對毛發(fā)作用的組織特異性，提示它在不同的組織，通過特定的信號通路，促進不同蛋白的表達，發(fā)揮其組織特異的作用。因此，對于雄性激素所促進表達的組織特異性蛋白進行確定和研究，特別是研究AGA患者真皮乳頭細胞中的相關蛋白，不僅可以解釋雄性激素作用悖論，而且可以揭示AGA分子機理的下游通路。

近幾年來，已經(jīng)確定了一些在AGA發(fā)生過程中發(fā)揮作用的蛋白質(zhì)，主要是幾類細胞因子，它們主要參與調(diào)控毛囊細胞的增殖及頭發(fā)的生長，如TGF-β2能阻止毛囊內(nèi)細胞的增殖，引起毛囊內(nèi)細胞凋亡，進而引起毛囊微型化發(fā)生脫發(fā)[19]；IGF-1可以刺激體外毛發(fā)的生長，延緩毛囊進入退行期[20]。而關于頭皮脂類分泌增強的相關蛋白質(zhì)的研究卻很少，對于頭皮脂類分泌增加與脫發(fā)之間關系的研究則更少。但眾所周知，在AGA發(fā)生過程中，不僅有明顯的脫發(fā)，與之伴隨的還有頭皮脂類分泌增強、頭部脂類增多，這也是AGA的分子機理被闡明之前，被稱為脂溢性脫發(fā)的原因。同時，雄性激素作用的其他組織的毛發(fā)，比如胡須和睫毛，似乎沒有脂類分泌增強、脂類增多的現(xiàn)象。因此，研究AGA人群頭皮的脂類的分泌及代謝過程，分析這些生物學過程中，發(fā)揮重要作用的蛋白質(zhì)（如限速酶），運用分子生物學技術確定它們在AGA人群脫發(fā)頭皮的真皮乳頭細胞中的轉(zhuǎn)錄和表達水平，并與它們在AGA人群非脫發(fā)頭皮、正常人群頭皮的真皮乳頭細胞中的轉(zhuǎn)錄和表達水平相對比，確定那些轉(zhuǎn)錄和翻譯水平有明顯變化的蛋白質(zhì)，這些蛋白質(zhì)可能就是由雄性激素所調(diào)控的、影響AGA人群頭皮脂類的分泌和代謝的關鍵分子。而這些分子有可能通過某些途徑改變頭發(fā)的生長期，使毛囊發(fā)生萎縮。

通過確定AGA人群頭皮的真皮乳頭細胞中，雄性激素調(diào)控的、與脂類分泌增加相關的蛋白質(zhì)，分析它們對于脂類分泌和代謝的作用，以及脂類對頭發(fā)的影響（包括頭皮的生理狀態(tài)、微生態(tài)等方面），補充下游通路，完整AGA分子機理。脂類在AGA分子機理中的作用將為解釋“雄性激素悖論”提供新線索。

AGA與基因組學研究

1. 研究進展

隨著基因組學的不斷發(fā)展，大規(guī)模測序和基因芯片技術成為分析某一性狀和基因關系的重要技術，2005年，Axel M. Hilmer等人對95個家庭的成員進行基因測序和計算機分析[21]。作者對基因測序結果采用名為非參數(shù)連鎖分析的方法，是一種在分析前不需要對疾病或性狀的遺傳模式（如基因型頻率、外顯率等）進行確定的分析方法。結果顯示，位于X染色體長臂1區(qū)2帶到2區(qū)2帶的基因序列與AGA的連鎖現(xiàn)象非常顯著。對這個區(qū)域的基因序列進行分析，發(fā)現(xiàn)AR基因位于此區(qū)域內(nèi)。對于AGA分子機理方面的相關工作已經(jīng)證明了AR在AGA的發(fā)生過程中發(fā)揮了重要作用。因此，此項工作是基因水平對AR作用的驗證，同時結果顯示AR基因是位于X染色體上，表示AGA的發(fā)生基因是從母本基因遺傳而來的。但是，從臨床數(shù)據(jù)來看，子代AGA與父本AGA的一致性很強，表示AGA的發(fā)生基因似乎是從父本基因遺傳來的。因此，AGA的發(fā)生是多基因控制的，同時可能存在著位于其他染色體上，其他的決定AGA發(fā)生的基因并沒有被發(fā)現(xiàn)。2008年，Axel M. Hilmer等人優(yōu)化了測序和分析方法。在95個家庭樣本的基礎上，又添加了125個德國家庭成員，研究結果顯示在X染色體外有4個基因區(qū)域與AGA有密切相關性：3號染色體長臂2區(qū)1帶到2區(qū)9帶，11號染色體長臂1區(qū)4帶到2區(qū)5帶，18號染色體短臂1區(qū)1帶到長臂2區(qū)3帶，19號染色體短臂1區(qū)3帶到長臂1區(qū)3帶。這些染色體區(qū)域中，與AGA相關性最強的位點是3號染色體長臂2區(qū)6帶[22]。2013年，Heilmann等人收集了2759個樣本組（AGA人群）和2661個對照組（正常人群）的基因序列進行測序并分析，發(fā)現(xiàn)四個基因區(qū)域與AGA有很強的相關性，在2號染色體長臂3區(qū)5帶，3號染色體長臂2區(qū)5帶，5號染色體長臂3區(qū)3帶，12號染色體短臂1區(qū)2帶[23]。

2. 研究困境

基因組學的快速發(fā)展給AGA的研究帶來基因水平的成果。通過大規(guī)模測序和分析，基因組學可以定位與AGA關系最密切的基因區(qū)域，并且通過技術的更新和改進，基因定位會越來越準確。但是在精確定位可疑位點之后，如何確定這些DNA片段所編碼的蛋白質(zhì)是一個很棘手的問題，也是基因組學所面臨的最大難題之一。多種高級電泳技術和高級質(zhì)譜技術的綜合運用是最有希望的解決途徑，但是對于AGA的相關蛋白質(zhì)研究，仍然不能奏效。因此，從頭皮的脂類研究入手，通過分析影響脂類分泌和代謝的相關蛋白質(zhì)，可能是研究AGA相關蛋白質(zhì)的更好途徑。

展望

1. 研究趨勢

總結現(xiàn)有的AGA相關研究，從表觀生態(tài)研究到分子機理的探索，再到基因組學的研究，已經(jīng)部分清楚了AGA的發(fā)生和發(fā)展過程：在包括AR基因在內(nèi)的多個基因控制下，雄性激素與AR結合后，引發(fā)靶細胞真皮乳頭細胞分泌多種蛋白質(zhì)來調(diào)控頭發(fā)的生長周期：細胞因子調(diào)節(jié)毛囊細胞的成長；一些限速酶調(diào)節(jié)脂類的合成和分泌，脂類影響頭皮的生理狀態(tài)和微生態(tài)，最終導致頭發(fā)脫落。因此，本實驗室總結了頭皮脂類的研究方法[24]，正在開展對AGA患者頭皮脂類分泌增強的相關蛋白質(zhì)的研究，并分析脂類分泌增加與脫發(fā)之間的關系，這是明確AGA分子機理的下游靶蛋白、完全理解AGA發(fā)生過程的一個很有希望的新思路，而且有望解釋“雄性激素悖論”。

2. 研究治療新思路

對于AGA的發(fā)生和發(fā)展，最終的調(diào)節(jié)物質(zhì)為細胞因子和脂類代謝相關的限速酶。因此，在頭皮局部調(diào)節(jié)細胞因子和脂類限速酶的方法才是治療AGA最安全有效的方法。目前市場上防治脫發(fā)的產(chǎn)品種類很多，但是治療效果有限，不能完全滿足消費者的需求。綜合流行病學、分子生物學、基因組學和脂類組學等多種方法，運用“由表及里”的思路對AGA進行從表觀生態(tài)到基因定位的研究，不僅能夠全面理解AGA，而且能夠指導防治脫發(fā)產(chǎn)品的開發(fā)，將具有很大的應用前景和經(jīng)濟效益。endprint