雄性激素源脫發（AGA）研究：從表觀生態到基因定位

賈焱+宋麗雅+王琪+成志偉+董銀卯+何聰芬

雄性激素源脫發背景介紹

雄性激素源脫發 （Androgenic alopecia， AGA），又稱雄激素性脫發或脂溢性脫發，是最常見的脫發類型。大量數據表明，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生。在白色人種中，年齡大于40歲的男性，接近50%都有AGA現象發生；AGA現象同樣也存在于女性中，女性AGA患者出現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[1]。隨著現代生活節奏的加快和壓力的增大，黃色人種出現AGA現象的比例也越來越高。

1. AGA癥狀及臨床診斷標準

頭發在毛囊中不斷地生長和脫落，呈現周期性，各個毛囊獨立進行周期性變化，互不影響。頭發的生長周期可分為生長期、退行期和休止期三個階段。生長期即頭發的增長時期，持續時間為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，毛發呈積極的增生狀態；退行期時毛囊開始退化，可持續2～4周，此時期真皮乳頭細胞逐漸縮小，細胞數目減少，頭發停止生長；休止期為毛囊退化、頭發脫落的時期，時間為3～4個月，毛發根部的角化逐漸向下發展，最終與真皮乳頭細胞分離，毛囊萎縮，使毛發脫落，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的發生是由于頭發的生長期大幅縮短（數月至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，使頭發變細。同時，毛囊提前進入退行期，導致處于生長期的頭發數量減少，而處于退行期和休止期的頭發增多，頭發的整體數量減少。在發生過程中表現為明顯脫發，并伴隨頭皮脂類分泌增強、頭部脂類增多[2]。

在臨床醫學上，AGA的診斷標準是頭皮毛囊持續性的縮小，粗厚的終毛（terminalhair）轉變為細小的毫毛（velus hair），同時，色素的合成功能被削弱，頭發的顏色隨之變淺。因此，有人認為在AGA的發生過程中，毛囊的總數并沒有減少，只是發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，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，會影響到自身形象，也會產生一定的心理壓力。

2. AGA研究歷史

1942年，Hamilton發表了基于臨床病例的研究成果：在被閹割的人群中沒有AGA現象，如果向他們體內注射睪酮（Testosterone， T），則會導致一部分人會發生AGA。這個發現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，臨床醫生們發現在缺乏5α還原酶 （5α-reductase， 5α-R）的假兩性人群中，觀察不到AGA現象，表明5α-R在AGA的發生過程中發揮了重要作用。5α-R可以將人體內的睪酮轉化為二氫睪酮 （Dihydrotestosterone， DHT），因此，早期的研究結果證明，T在人體內被5α-R轉化為DHT，并最終導致AGA的發生。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化為終毛毛囊，把細小、無色的毫毛轉變為粗大、有色的終毛；同時，雄性激素對于睫毛等一些毛發則幾乎沒有作用。但是，它對于AGA人群的頭皮毛囊則具有完全相反的作用，使終毛毛囊轉化為毫毛毛囊，促進毛囊萎縮和頭發脫落[1]。雄性激素對不同組織毛發的不同作用被稱為“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的發生和發展過程中，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的發生過程中，不僅有明顯的脫發，與之伴隨的還有頭皮脂類分泌增強，這也是AGA被稱為脂溢性脫發的原因。同時，雄性激素作用的其他組織毛發，比如胡須和睫毛，并沒有脂類分泌增強的現象。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，一些流行病學調查顯示，AGA與代謝綜合征（血脂、血糖、胰島素抵抗、身體質量指數等）、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.頭皮的生理狀態研究

通過對AGA人群與正常人群的頭皮生理狀態進行對比研究，我們發現脂類是影響生理狀態的重要原因。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AGA人群頭皮各個部位的pH值均明顯低于正常人群；2～24h內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AGA人群左、右后枕部頭皮經皮水分散失（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改變的重要原因，脂類含量升高可以使水分含量發生變化，并可以導致pH降低。endprint

3. 頭皮的微生態研究

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發生變化的主要原因。

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，現在已經部分被闡明。雄性激素是AGA分子機制最上游的分子，可以經過血液循環到達靶細胞內，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、表皮屏障穩態、調控毛發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，影響毛發的生長[13]。Faydaci等人的研究發現，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，通過信號轉導導致AGA的發生[14]。進一步的研究發現，真皮乳頭細胞中的雄性激素受體（androgen receptor， AR）在此過程中也發揮了重要作用，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，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。細胞質中的5α還原酶（5α-reductase， 5α-R）將其轉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，啟動目的基因的轉錄及翻譯，這些蛋白質執行各自的生物學功能，最終導致AGA的臨床癥狀。目前，已經證實的相關蛋白質有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導已經基本闡明，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的主要調控者，青春期以后，雄性激素可以促進毫毛毛囊（Velus Folicle）轉化為終毛毛囊（Terminal Folicle），把細小、無色的毫毛轉變為粗大、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則幾乎沒有作用。但是，它對于AGA患者的頭發則具有完全相反的作用，使終毛毛囊轉化為毫毛毛囊，促進毛囊萎縮，將頭發從終毛變為毫毛，最終脫落[1]。雄性激素對不同組織毛發的不同作用被稱為“雄性激素悖論”。雄性激素對毛發作用的組織特異性，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，已經確定了一些在AGA發生過程中發揮作用的蛋白質，主要是幾類細胞因子，它們主要參與調控毛囊細胞的增殖及頭發的生長，如TGF-β2能阻止毛囊內細胞的增殖，引起毛囊內細胞凋亡，進而引起毛囊微型化發生脫發[19]；IGF-1可以刺激體外毛發的生長，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的研究卻很少，對于頭皮脂類分泌增加與脫發之間關系的研究則更少。但眾所周知，在AGA發生過程中，不僅有明顯的脫發，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，被稱為脂溢性脫發的原因。同時，雄性激素作用的其他組織的毛發，比如胡須和睫毛，似乎沒有脂類分泌增強、脂類增多的現象。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，發揮重要作用的蛋白質（如限速酶），運用分子生物學技術確定它們在AGA人群脫發頭皮的真皮乳頭細胞中的轉錄和表達水平，并與它們在AGA人群非脫發頭皮、正常人群頭皮的真皮乳頭細胞中的轉錄和表達水平相對比，確定那些轉錄和翻譯水平有明顯變化的蛋白質，這些蛋白質可能就是由雄性激素所調控的、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的生長期，使毛囊發生萎縮。

通過確定AGA人群頭皮的真皮乳頭細胞中，雄性激素調控的、與脂類分泌增加相關的蛋白質，分析它們對于脂類分泌和代謝的作用，以及脂類對頭發的影響（包括頭皮的生理狀態、微生態等方面），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展，大規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2帶到2區2帶的基因序列與AGA的連鎖現象非常顯著。對這個區域的基因序列進行分析，發現AR基因位于此區域內。對于AGA分子機理方面的相關工作已經證明了AR在AGA的發生過程中發揮了重要作用。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的發生基因是從母本基因遺傳而來的。但是，從臨床數據來看，子代AGA與父本AGA的一致性很強，表示AGA的發生基因似乎是從父本基因遺傳來的。因此，AGA的發生是多基因控制的，同時可能存在著位于其他染色體上，其他的決定AGA發生的基因并沒有被發現。2008年，Axel M. Hilmer等人優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個基因區域與AGA有密切相關性：3號染色體長臂2區1帶到2區9帶，11號染色體長臂1區4帶到2區5帶，18號染色體短臂1區1帶到長臂2區3帶，19號染色體短臂1區3帶到長臂1區3帶。這些染色體區域中，與AGA相關性最強的位點是3號染色體長臂2區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，發現四個基因區域與AGA有很強的相關性，在2號染色體長臂3區5帶，3號染色體長臂2區5帶，5號染色體長臂3區3帶，12號染色體短臂1區2帶[23]。

2. 研究困境

基因組學的快速發展給AGA的研究帶來基因水平的成果。通過大規模測序和分析，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，可能是研究AGA相關蛋白質的更好途徑。

展望

1. 研究趨勢

總結現有的AGA相關研究，從表觀生態研究到分子機理的探索，再到基因組學的研究，已經部分清楚了AGA的發生和發展過程：在包括AR基因在內的多個基因控制下，雄性激素與AR結合后，引發靶細胞真皮乳頭細胞分泌多種蛋白質來調控頭發的生長周期：細胞因子調節毛囊細胞的成長；一些限速酶調節脂類的合成和分泌，脂類影響頭皮的生理狀態和微生態，最終導致頭發脫落。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的研究，并分析脂類分泌增加與脫發之間的關系，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的發生和發展，最終的調節物質為細胞因子和脂類代謝相關的限速酶。因此，在頭皮局部調節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的產品種類很多，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產品的開發，將具有很大的應用前景和經濟效益。endprint