雄性激素源脱发（AGA）研究：从表观生态到基因定位

贾焱+宋丽雅+王琪+成志伟+董银卯+何聪芬

雄性激素源脱发背景介绍

雄性激素源脱发 （Androgenic alopecia， AGA），又称雄激素性脱发或脂溢性脱发，是最常见的脱发类型。大量数据表明，AGA在亲代和子代之间存在明确的遗传倾向，且在男女两性中均有发生。在白色人种中，年龄大于40岁的男性，接近50%都有AGA现象发生；AGA现象同样也存在于女性中，女性AGA患者出现症状的时间迟于男性，一般是在30岁或40岁之后才开始脱发[1]。随着现代生活节奏的加快和压力的增大，黄色人种出现AGA现象的比例也越来越高。

1. AGA症状及临床诊断标准

头发在毛囊中不断地生长和脱落，呈现周期性，各个毛囊独立进行周期性变化，互不影响。头发的生长周期可分为生长期、退行期和休止期三个阶段。生长期即头发的增长时期，持续时间为2～6年，此时期毛囊功能活跃，真皮乳头细胞增大，细胞分裂加快，毛发呈积极的增生状态；退行期时毛囊开始退化，可持续2～4周，此时期真皮乳头细胞逐渐缩小，细胞数目减少，头发停止生长；休止期为毛囊退化、头发脱落的时期，时间为3～4个月，毛发根部的角化逐渐向下发展，最终与真皮乳头细胞分离，毛囊萎缩，使毛发脱落，但随之新的真皮乳头细胞逐渐形成，准备开始新的生长周期。AGA的发生是由于头发的生长期大幅缩短（数月至1年），在毛囊还没有完成生长期的生长、增大时，就提前进入退行期，导致毛囊的微型化，使头发变细。同时，毛囊提前进入退行期，导致处于生长期的头发数量减少，而处于退行期和休止期的头发增多，头发的整体数量减少。在发生过程中表现为明显脱发，并伴随头皮脂类分泌增强、头部脂类增多[2]。

在临床医学上，AGA的诊断标准是头皮毛囊持续性的缩小，粗厚的终毛（terminalhair）转变为细小的毫毛（velus hair），同时，色素的合成功能被削弱，头发的颜色随之变浅。因此，有人认为在AGA的发生过程中，毛囊的总数并没有减少，只是发生了毛囊的缩小和色素的降低[1]。一些流行病学研究表明，AGA不仅可以导致脱发，而且和冠心病[3-5]、糖尿病[6]、前列腺疾病[7]和高血脂症[8]都有一定的相关性。同时，AGA患者由于进行性加重的脱发，会影响到自身形象，也会产生一定的心理压力。

2. AGA研究历史

1942年，Hamilton发表了基于临床病例的研究成果：在被阉割的人群中没有AGA现象，如果向他们体内注射睾酮（Testosterone， T），则会导致一部分人会发生AGA。这个发现使人们认识到雄性激素和AGA之间的关系。随着对临床病例的关注，临床医生们发现在缺乏5α还原酶 （5α-reductase， 5α-R）的假两性人群中，观察不到AGA现象，表明5α-R在AGA的发生过程中发挥了重要作用。5α-R可以将人体内的睾酮转化为二氢睾酮 （Dihydrotestosterone， DHT），因此，早期的研究结果证明，T在人体内被5α-R转化为DHT，并最终导致AGA的发生。但是由DHT引起的下游通路及分子机制，一直到分子生物学和基因组学的兴起才得以部分阐释。

从雄性激素与AGA的关系被明确，到随后对于分子机制的研究过程中，始终有一个问题困扰着生物学家：人类在青春期以后，在腋下、男性下颌等部位，雄性激素可以促进毫毛毛囊转化为终毛毛囊，把细小、无色的毫毛转变为粗大、有色的终毛；同时，雄性激素对于睫毛等一些毛发则几乎没有作用。但是，它对于AGA人群的头皮毛囊则具有完全相反的作用，使终毛毛囊转化为毫毛毛囊，促进毛囊萎缩和头发脱落[1]。雄性激素对不同组织毛发的不同作用被称为“雄性激素悖论”，至今仍然是一个被广泛关注的问题。

3. AGA研究新思路

对于AGA分子机理的研究，上游通路已经清楚，但是下游通路依然有很多疑问，而且“雄性激素悖论”一直不能被很好地解释。在AGA的发生和发展过程中，雄性激素无疑是上游通路中最重要的分子，但是下游通路中导致脱发的效应因子依然难以被人们完全揭示，这也是“雄性激素悖论”不能被清楚解释的根本原因。

在AGA的发生过程中，不仅有明显的脱发，与之伴随的还有头皮脂类分泌增强，这也是AGA被称为脂溢性脱发的原因。同时，雄性激素作用的其他组织毛发，比如胡须和睫毛，并没有脂类分泌增强的现象。因此，一直被忽视的脂类可能是揭示AGA分子机理下游通路的关键，也是阐明“雄性激素悖论”的线索。

AGA与头皮表观生态研究

1. AGA与人体健康状况

近些年来，对于AGA与人体健康状况的相关性研究越来越多，一些流行病学调查显示，AGA与代谢综合征（血脂、血糖、胰岛素抵抗、身体质量指数等）、雄性激素水平、冠心病、前列腺疾病等都有相关性，这种相关性与样本的人种、国别、性别和年龄都有关系。一项以西班牙人为研究对象的研究表明，男性AGA人群和女性AGA人群的低密度脂蛋白、总胆固醇、甘油三酯含量都明显高于正常男性和正常女性[9]；另外一项以3000多韩国人为研究对象的研究表明，对于女性，AGA现象与代谢综合征有明显的相关性，而男性则没有这种相关性[10]。2011年一项对埃及AGA人群的研究显示，AGA现象与胰岛素抵抗和糖尿病之间似乎没有相关性[11]。虽然相似的流行病学研究很多，但是对于中国人的此类研究还是空白。

2.头皮的生理状态研究

通过对AGA人群与正常人群的头皮生理状态进行对比研究，我们发现脂类是影响生理状态的重要原因。头皮脂类分泌增加是AGA的典型特征，如表一所示[12]。结果表明，AGA人群左、右前额、头顶部的脂类含量都大于正常人群，两组左、右后枕部的脂类含量无显著性差异；24h之内AGA人群头皮各个部位的pH值均明显低于正常人群；2～24h内AGA人群头顶部和左、右后枕部的水分含量明显高于正常组；4～24h内AGA人群左、右后枕部头皮经皮水分散失（Transepidermal water loss， TEWL）明显高于正常人群。脂类分泌增加是导致头皮生理状态改变的重要原因，脂类含量升高可以使水分含量发生变化，并可以导致pH降低。endprint

3. 头皮的微生态研究

分别采集两种（正常和AGA）人群的头皮微生物进行测序，对两种人群的头皮微生态进行研究，结果显示AGA人群的解糖葡萄球菌、丙酸杆菌属、不动杆菌和马拉色菌属丰度较大。此实验结果表明了头皮脂类和微生态的关系：AGA人群头皮脂类含量升高，适宜丙酸杆菌和马拉色菌的生长，丙酸杆菌解葡萄糖产酸，导致头皮pH降低，适宜阴性葡萄球菌和棒状杆菌的生长。揭示AGA人群头皮脂类含量升高是微生态发生变化的主要原因。

AGA分子机理研究

1. 研究进展

AGA分子机理的研究吸引了很多实验室的关注，现在已经部分被阐明。雄性激素是AGA分子机制最上游的分子，可以经过血液循环到达靶细胞内，通过多个信号通路来影响人类皮肤的多种功能，如皮脂腺的分化、表皮屏障稳态、调控毛发生长及皮肤伤口愈合。在毛囊处，毛囊中的真皮乳头细胞是雄性激素的靶细胞，负责将血液中雄性激素的作用传递给毛囊，影响毛发的生长[13]。Faydaci等人的研究发现，AGA患者和正常人血清中的睾酮浓度几乎没有差别，因此推测血清中的睾酮可能进入靶细胞真皮乳头细胞中，通过信号转导导致AGA的发生[14]。进一步的研究发现，真皮乳头细胞中的雄性激素受体（androgen receptor， AR）在此过程中也发挥了重要作用，验证了信号通路在AGA分子机理中的重要作用[15]。综合这些研究结果，AGA分子机理的上游通路是：随着血液循环，雄性激素睾酮到达靶细胞真皮乳头细胞中。睾酮是一类亲脂性激素，可以自由穿透细胞膜进入细胞质。细胞质中的5α还原酶（5α-reductase， 5α-R）将其转化为活性更强的二氢睾酮（Dihydrotestosterone， DHT），DHT与AR有很强的亲和性，结合之后形成DHT-AR复合体，两个DHT-AR复合体发生聚合形成二聚体。二聚体通过核仁进入细胞核，与雄性激素受体元件（Androgen-response element， ARE）相结合，并招募AR共激活因子，共同招募RNA聚合酶，启动目的基因的转录及翻译，这些蛋白质执行各自的生物学功能，最终导致AGA的临床症状。目前，已经证实的相关蛋白质有TGF-β1、TGF-β2、DKK-1、IGF-1等一些细胞因子[16-18]。

2. 研究新思路

对AGA分子机理的研究，初期的重点在于探究雄性激素的作用。随着研究的深入，与雄性激素相关的上游信号转导已经基本阐明，而下游的相关靶蛋白研究一直进展缓慢。同时，对于雄性激素和毛发的关系研究一直有一个悖论。众所周知，雄性激素是人类毛发的主要调控者，青春期以后，雄性激素可以促进毫毛毛囊（Velus Folicle）转化为终毛毛囊（Terminal Folicle），把细小、无色的毫毛转变为粗大、有色的终毛，比如男性胡须的变化。同时，雄性激素对于睫毛等一些毛发则几乎没有作用。但是，它对于AGA患者的头发则具有完全相反的作用，使终毛毛囊转化为毫毛毛囊，促进毛囊萎缩，将头发从终毛变为毫毛，最终脱落[1]。雄性激素对不同组织毛发的不同作用被称为“雄性激素悖论”。雄性激素对毛发作用的组织特异性，提示它在不同的组织，通过特定的信号通路，促进不同蛋白的表达，发挥其组织特异的作用。因此，对于雄性激素所促进表达的组织特异性蛋白进行确定和研究，特别是研究AGA患者真皮乳头细胞中的相关蛋白，不仅可以解释雄性激素作用悖论，而且可以揭示AGA分子机理的下游通路。

近几年来，已经确定了一些在AGA发生过程中发挥作用的蛋白质，主要是几类细胞因子，它们主要参与调控毛囊细胞的增殖及头发的生长，如TGF-β2能阻止毛囊内细胞的增殖，引起毛囊内细胞凋亡，进而引起毛囊微型化发生脱发[19]；IGF-1可以刺激体外毛发的生长，延缓毛囊进入退行期[20]。而关于头皮脂类分泌增强的相关蛋白质的研究却很少，对于头皮脂类分泌增加与脱发之间关系的研究则更少。但众所周知，在AGA发生过程中，不仅有明显的脱发，与之伴随的还有头皮脂类分泌增强、头部脂类增多，这也是AGA的分子机理被阐明之前，被称为脂溢性脱发的原因。同时，雄性激素作用的其他组织的毛发，比如胡须和睫毛，似乎没有脂类分泌增强、脂类增多的现象。因此，研究AGA人群头皮的脂类的分泌及代谢过程，分析这些生物学过程中，发挥重要作用的蛋白质（如限速酶），运用分子生物学技术确定它们在AGA人群脱发头皮的真皮乳头细胞中的转录和表达水平，并与它们在AGA人群非脱发头皮、正常人群头皮的真皮乳头细胞中的转录和表达水平相对比，确定那些转录和翻译水平有明显变化的蛋白质，这些蛋白质可能就是由雄性激素所调控的、影响AGA人群头皮脂类的分泌和代谢的关键分子。而这些分子有可能通过某些途径改变头发的生长期，使毛囊发生萎缩。

通过确定AGA人群头皮的真皮乳头细胞中，雄性激素调控的、与脂类分泌增加相关的蛋白质，分析它们对于脂类分泌和代谢的作用，以及脂类对头发的影响（包括头皮的生理状态、微生态等方面），补充下游通路，完整AGA分子机理。脂类在AGA分子机理中的作用将为解释“雄性激素悖论”提供新线索。

AGA与基因组学研究

1. 研究进展

随着基因组学的不断发展，大规模测序和基因芯片技术成为分析某一性状和基因关系的重要技术，2005年，Axel M. Hilmer等人对95个家庭的成员进行基因测序和计算机分析[21]。作者对基因测序结果采用名为非参数连锁分析的方法，是一种在分析前不需要对疾病或性状的遗传模式（如基因型频率、外显率等）进行确定的分析方法。结果显示，位于X染色体长臂1区2带到2区2带的基因序列与AGA的连锁现象非常显著。对这个区域的基因序列进行分析，发现AR基因位于此区域内。对于AGA分子机理方面的相关工作已经证明了AR在AGA的发生过程中发挥了重要作用。因此，此项工作是基因水平对AR作用的验证，同时结果显示AR基因是位于X染色体上，表示AGA的发生基因是从母本基因遗传而来的。但是，从临床数据来看，子代AGA与父本AGA的一致性很强，表示AGA的发生基因似乎是从父本基因遗传来的。因此，AGA的发生是多基因控制的，同时可能存在着位于其他染色体上，其他的决定AGA发生的基因并没有被发现。2008年，Axel M. Hilmer等人优化了测序和分析方法。在95个家庭样本的基础上，又添加了125个德国家庭成员，研究结果显示在X染色体外有4个基因区域与AGA有密切相关性：3号染色体长臂2区1带到2区9带，11号染色体长臂1区4带到2区5带，18号染色体短臂1区1带到长臂2区3带，19号染色体短臂1区3带到长臂1区3带。这些染色体区域中，与AGA相关性最强的位点是3号染色体长臂2区6带[22]。2013年，Heilmann等人收集了2759个样本组（AGA人群）和2661个对照组（正常人群）的基因序列进行测序并分析，发现四个基因区域与AGA有很强的相关性，在2号染色体长臂3区5带，3号染色体长臂2区5带，5号染色体长臂3区3带，12号染色体短臂1区2带[23]。

2. 研究困境

基因组学的快速发展给AGA的研究带来基因水平的成果。通过大规模测序和分析，基因组学可以定位与AGA关系最密切的基因区域，并且通过技术的更新和改进，基因定位会越来越准确。但是在精确定位可疑位点之后，如何确定这些DNA片段所编码的蛋白质是一个很棘手的问题，也是基因组学所面临的最大难题之一。多种高级电泳技术和高级质谱技术的综合运用是最有希望的解决途径，但是对于AGA的相关蛋白质研究，仍然不能奏效。因此，从头皮的脂类研究入手，通过分析影响脂类分泌和代谢的相关蛋白质，可能是研究AGA相关蛋白质的更好途径。

展望

1. 研究趋势

总结现有的AGA相关研究，从表观生态研究到分子机理的探索，再到基因组学的研究，已经部分清楚了AGA的发生和发展过程：在包括AR基因在内的多个基因控制下，雄性激素与AR结合后，引发靶细胞真皮乳头细胞分泌多种蛋白质来调控头发的生长周期：细胞因子调节毛囊细胞的成长；一些限速酶调节脂类的合成和分泌，脂类影响头皮的生理状态和微生态，最终导致头发脱落。因此，本实验室总结了头皮脂类的研究方法[24]，正在开展对AGA患者头皮脂类分泌增强的相关蛋白质的研究，并分析脂类分泌增加与脱发之间的关系，这是明确AGA分子机理的下游靶蛋白、完全理解AGA发生过程的一个很有希望的新思路，而且有望解释“雄性激素悖论”。

2. 研究治疗新思路

对于AGA的发生和发展，最终的调节物质为细胞因子和脂类代谢相关的限速酶。因此，在头皮局部调节细胞因子和脂类限速酶的方法才是治疗AGA最安全有效的方法。目前市场上防治脱发的产品种类很多，但是治疗效果有限，不能完全满足消费者的需求。综合流行病学、分子生物学、基因组学和脂类组学等多种方法，运用“由表及里”的思路对AGA进行从表观生态到基因定位的研究，不仅能够全面理解AGA，而且能够指导防治脱发产品的开发，将具有很大的应用前景和经济效益。endprint