成纤维细胞生长因子-5对毛囊周期的调控作用研究进展

林豪杰 祁均梅 许诺

[摘要]毛囊是皮肤重要的附属器官，是毛发形成和生长的基础。毛囊具有周期性生长的特点，每个毛囊周期包括生长期、退行期和休止期。毛囊周期由多种信号控制，成纤维细胞生长因子（Fibroblast Growth Factors， FGFs）家族的多个成员在毛囊周期调节中起至关重要的作用，其中FGF5在毛囊周期的生长末期高表达，是结束毛囊生长期，推动其进入退行期的重要因子，抑制FGF5的基因表达或拮抗其活性能够阻止毛囊进入退行期，延长毛囊生长期，起到促进毛发生长和防止脱发的作用，因此，FGF5已成为育发防脱的重要靶标。

[关键词]毛囊;毛囊周期;成纤维细胞生长因子5;脱发;生发剂

[中图分类号]R758.71    [文献标志码]A    [文章编号]1008-6455（2019）11-0163-04

Abstract： Hair follicles form an important feature of the skin and are the basis for hair formation and growth. They are characterized by periodic growth， and each follicular cycle consists of the growth phase， regression phase， and ambiguous phase. A variety of signaling molecules are known to regulate the growth of hair follicles. Among these， members of the Fibroblast Growth Factors （FGFs） family play a crucial role， in particular， FGF5， which is highly expressed at the end of the growth phase， promoting the entry of the hair follicle into the regression phase. Thus， inhibiting the expression of FGF5 or antagonizing its activity can prevent the hair follicles from entering the regression phase， prolonging the growth phase， and consequently promoting hair growth and preventing hair loss. This review focuses on the regulation of hair follicle cycle by FGF5.

Key words： hair follicle; hair follicle cycle; fibroblast growth factor 5; alopecia; hair restorer

毛囊（hair follicle）是皮膚附属器官之一，是毛发形成和生长的基础[1]。哺乳动物的毛囊发育形成于胚胎阶段，出生后，发育成熟的毛囊呈现周期性的生长变化，决定着毛发周期性的生长与脱落。毛囊周期受多种因素的影响，受多种信号分子的调控[2]。成纤维细胞生长因子（FGF）的家族成员FGF5是控制毛囊从生长期向退行期转换的关键因子[3]。

1  毛囊的结构和毛囊周期

毛囊呈圆柱状结构，自外向内由结缔组织鞘（Connective tissue sheath）、外毛根鞘（Outer root sheath）、内毛根鞘（Inner root sheath）、毛干（Hair shaft）等构成[4]。生长期毛囊的底端膨大为球状，称为毛球（Hair bulb），其中的毛乳头（Dermal papilla， DP）位于毛球底部中央，呈梭状，由间质来源的真皮毛乳头细胞（Dermal papilla cells，DPCs）组成，主要功能是诱导和维持毛球上皮细胞的生长分化，诱导毛囊形态发生。毛干被内毛根鞘和外毛根鞘包裹。内毛根鞘由鞘小皮、赫胥黎层（Huxley′s layer）和亨勒层（Henle′s layer）组成。外毛根鞘由多层细胞组成，包裹内毛根鞘和毛干。毛囊的最外面是由成纤维细胞组成的结缔组织鞘，将毛囊与真皮层隔开。毛囊自上而下依次为漏斗部（infundibulum）、峡部（isthmus）、隆突（bulge）、毛球部（bulb），漏斗部开口于皮肤表面，其下端是皮脂腺导管的开口处。峡部下端膨大处为隆突，有立毛肌附着。

毛囊有再生功能，呈周期性变化。在其周期性生长过程中，毛囊的上段，即立毛肌附着点以上部分始终保持完整，为恒定部;毛囊下部则随着毛囊周期呈现生长、退化、静止的周期性变化，为循环部[5]。根据循环部的变化将毛囊的周期分为生长期（anagen）、退化期（catagen）和休止期（telogen）。毛囊的生长周期维持着毛囊的自我更新并调控毛发的生长和脱落。在生长期，毛囊底部的DPCs增殖，毛球膨大，毛乳头供血充足，毛母质细胞迅速增殖并分化为内毛根鞘和毛干，毛囊外层细胞形成外毛根鞘和结缔组织鞘，毛囊向下生长达真皮组织最深处。在退行期，毛乳头和毛母质细胞停止分裂，大量细胞凋亡，毛乳头萎缩并上移，毛球底部凹陷，呈扁平状，毛根上升到皮脂腺附近，结缔组织鞘加厚皱缩，内毛根鞘、外毛根鞘变短。进入休止期后，毛球变得更小，大部分毛囊根部维持在皮脂腺附近不再变化，毛根底部细胞变少，毛发逐渐脱落。

2  毛囊周期的调控机制和FGF5的作用

毛囊周期的调控主要由间质来源的DPCs与上皮来源的毛母质细胞及毛囊干细胞（follicle stem cells）之间的相互作用来控制，此即毛囊的间质-上皮相互作用（Mesenchymal-epithelial interactions，MEI）[5-7]。MEI由众多的蛋白调控因子介导，包括Wnts及其抑制蛋白DKK1，BMPs及其抑制蛋白Noggin，以及多个生长因子家族，如：FGFs、表皮生长因子（EGFs）、胰岛素样生长因子（IGFs）、血管内皮生长因子（VEGFs）、血小板衍生因子（PDGFs） 、转化生长因子（TGF-βs）等。总体上讲，毛囊周期的转换取决于一系列促进和抑制毛囊生长的调控因子之间的动态平衡[4]。由DPCs发出的激活信号包括Wnt2/5/10、FGF7/10和Noggin等诱导了毛囊生长期的起始，并促进毛囊生长;随后，一系列生长期维持因子（anagen maintaining factors）包括IGF-1、FGF7、VEGF等表达下降，而抑制性因子包括TGFβ1、BMP2/4、FGF5等表达逐渐增多，最后导致生长期向退化期的转换;而休止期高表达的BMP6和FGF18则有助于维持毛囊干细胞处于休止状态，使毛囊停留在休止期[8]。

FGFs是一个包括23个成员的生长因子大家族，它们通过结合多种成纤维细胞生长因子受体（ Fibroblast growth factors receptor 1-4，FGFR1-4），并与硫酸乙酰肝素蛋白多糖或Klotho家族成员结合形成三元复合体，介导FGFs信号的传导[8]。有多种FGF家族成员参与毛囊周期调控，包括FGF1、2、5、7、10、13、18和22[9]。FGF7和FGF10是DPCs分泌的诱导毛囊进入并维持在生长期的重要刺激信号;FGF2可促进毛乳头的增殖，并与PDFG-AA协同促进DPCs分泌FGF7和FGF10[10]。FGF18主要表达于生长期毛根鞘和休止期毛囊隆突部，维持毛囊干细胞处于休止状态;FGF13在生长期表达量较高，退化期表达量降低，静止期表达量又开始升高，诱导毛囊从静止期向生长期转换，促进毛囊生长。

与上述FGF家族成员不同，FGF5是一个毛囊生长抑制因子，它在毛囊生长末期大量表达，促进毛囊由生长期向退行期转化[11-12]。早在1962年，Jackson等[13]就发现FGF5基因突变引起小鼠皮毛变长。随后研究发现FGF5基因在转录时通过差异剪切表达长短两种mRNA，长mRNA含有FGF5基因的3个外显子序列，编码266个氨基酸组成的FGF5蛋白，可与FGFR1高亲和力结合;短mRNA则跳过了外显子2，由外显子1与外显子3框外剪接，该差异剪接体编码一个仅含121个氨基酸的多肽，称为FGF5-Short（FGF5S）。FGF5S能够与FGF5竞争结合FGFR1，拮抗FGF5的作用[5]。在皮肤组织内FGF5的来源尚未明确，可能来源于外毛根鞘或毛囊周围组织[14]，有研究发现大鼠毛囊周围的巨噬细胞样细胞表达FGF5，在大鼠真皮组织中，表达FGF5的巨噬细胞样细胞在生长期显著增加，在退行期和休止期减少，说明巨噬细胞样细胞可通过分泌FGF5调控毛囊退行期的发生[15]。头部皮肤的免疫组化研究已经证实FGF5存在于人毛囊的外根鞘细胞内和毛囊周围的细胞中[16]。另有研究表明，FGF5的高亲和力受体FGFR1主要表达于毛乳头细胞、毛母质细胞和毛囊干细胞，毛囊外根鞘细胞可产生FGF5并以旁分泌方式抑制这些毛囊细胞分裂，引起生长期停止而进入衰退期[17]。FGF5是已知最有效的促进毛囊从生长期到休止期转换的因子。FGF5可诱导体外培养的游离毛囊提前终止生长期，进入退行期[5];给小鼠皮下注射重组FGF5蛋白也可诱导毛囊周期提前进入衰退期，皮下注射FGF5S对毛发周期无影响，但明显抑制同时注射的FGF5诱导退行期的作用，表明FGF5和FGF5S相互拮抗[17]。可见，FGF5在生长期的末期高表达，其作用是诱导毛囊周期进入退行期[18]。遗传学研究也表明：FGF5基因缺陷或敲除的动物（包括小鼠、羊、猫、狗、豚鼠等）均表现出毛发异常增多、变长的表型[19-23];梁东等[24]发现不同品种水貂的皮肤组织中FGF5基因的mRNA表达量差异及其分布情况对皮毛长度有影响。对多个睫毛粗长症（human trichomegaly）家系的遗传学分析也证明FGF5的单基因突变是致病原因[25]。

3  FGF5已经成为育发防脱的重要靶标

鉴于FGF5在毛囊周期调控中的重要作用，FGF5已经成为育发和防治脱发研究新的作用靶点。王丙萍等[26]利用基因打靶和体细胞克隆技术获得靶向敲除FGF5基因的转基因羊，其羊毛生产性能显著提高。较早的研究发现miRNA let-7b可通过抑制TGFβRI的表达促进羊驼的毛发生长[27]。更新的研究发现let-7b还能靶向结合FGF5的mRNA，提示其可能负向调控FGF5的表达，研究者进而通过构建let-7b真核过表达载体来转染羊驼成纤维细胞，发现let-7b过表达的确能够下调FGF5的表达水平，提示可以利用let-7b靶向调控FGF5调节羊驼毛生长[28]。Li WR等[29]利用CRISPR/Cas9基因编辑技术造成绵羊FGF5基因的功能缺失突变，发现FGF5基因修饰绵羊的羊毛长度和产量均比野生型绵羊显著提高，表明CRISPR/Cas9介导的FGF5基因编辑技术可用于提高绵羊的羊毛长度和产量。该课题组的另一项研究证明表达FGF5S也可以提高绵羊的羊毛长度和产量[30]。

脱发正在困扰着越来越多的人群，以最为常见的雄激素性脱发（简称雄秃）为例，50岁以上的男性人群发病率高达50%左右，而且年龄每增加10岁，雄秃的发生率就增加10%[31]。近年来对脱发病理机制的研究取得了一系列进展，为防脱产品的研发提供了新的思路和作用靶点[32]。目前认为雄秃最重要的病理机制是毛囊生长期的提前终止（premature termination of anagen），导致生长期缩短，使毛囊不断微型化，使休止期不断延长，最终永久停留在休止期，导致脱发。因此，防治脱发的关键在于阻止毛囊生长期的缩短，防止其提前终止。雄激素是目前最明确的雄秃致病因素，雄激素睾酮从血液循环进入毛囊后，需要在毛乳头细胞内被5-还原酶转变为活性更强的二氢睾酮（DHT），进而诱导TGF-β表达，抑制毛母质细胞增殖并促进其凋亡，诱导毛囊生长期结束而进入衰退期。当前最为有效的雄秃防治药物非那雄胺就是通过抑制5-还原酶的活性抑制睾酮转变为DHT，从而拮抗雄激素的作用，阻止其诱导的毛囊生长期的提前终止，因此，5-还原酶是當前最为明确的雄秃治疗靶点。但对5-还原酶抑制剂的研究表明，即使是作用最强的5-还原酶抑制剂，其防治雄秃的有效率也相当有限，说明除了雄激素外还有其他的脱发致病因素。最近的一项大样本全基因组扫描研究结果进一步验证了这一观点，证明雄秃的易感基因除了5-还原酶、雄激素受体等基因位点外，还有其他的基因位点，其中FGF5就是新发现的雄秃易感基因[33]。

Dimminic B等[34]采用稳定表达FGF5受体FGFR1的细胞系BaF3细胞，筛选能够选择性抑制FGF5活性的中草药提取物，发现地榆（Sanguisorba Officinalis）提取物、银杏叶提取物和枇杷叶提取物能够选择性抑制FGF5的活性，并在小鼠实验中证明地榆提取物外用具有延长毛囊生长期的作用，最终通过39名脱发志愿者的临床试验证明外用地榆提取物能够显著减少休止期毛囊/生长期毛囊比率，具有止脱功效。该课题组进一步对地榆根提取物的天然单体化合物进行了筛选，发现多种单萜化合物MTP3–MTP6具有FGF5抑制活性，并且在志愿者临床試验中发现0.095% MTP3和0.5% MTP3每日两次，使用16周，具有明显的止脱和生发效果。Ito C等[35]发现FGF5衍生的十肽（95-VGIGFHLQIY-104）具有类似FGF5s的拮抗FGF5的活性，能够抑制FGF5诱导的BALB/3T3 A31细胞、NIH/3T3小鼠成纤维细胞、以及转染了FGFR-1c的Ba/F3 细胞的增殖，并在小鼠体内实验中抑制FGF5所致的毛囊生长抑制活性，促进毛发生长。上述研究表明抑制FGF5的基因表达或拮抗其活性均能够阻止毛囊生长期的提前结束，起到促进毛发生长和防止脱发的作用。

4  小结

目前市场上育发防脱的产品很多，但大多数没有确切疗效[36]。因此，防脱护发产品的研发需要突破性的技术创新，包括新的作用靶点、新的治疗手段等[37]。大量研究表明，FGF5是调控毛囊周期的重要因子，FGF5在毛囊生长期末期高表达，能够推动毛囊进入退行期，而抑制FGF5的表达或拮抗其活性能够延长毛囊的生长期，延迟其进入退行期。因此，FGF5是育发和防治脱发的重要靶点，进一步寻找或者发展能够抑制FGF5的表达或活性的药物和技术手段，对研发育发防脱产品具有重要意义。

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[收稿日期]2019-03-27

本文引用格式：林豪杰，祁均梅，許诺，等.成纤维细胞生长因子-5对毛囊周期的调控作用研究进展[J].中国美容医学，2019，28（11）：163-166.