蛋白聚糖在毛囊中的研究进展*

刘 欣 祝宁侠

桂林医学院，广西桂林市 541004

蛋白聚糖是由一个或多个糖胺聚糖链共价连接的核心蛋白组成，在细胞外基质和细胞表面分布。蛋白聚糖在人毛囊中的分布最早是在20世纪90年代初被发现的，即硫酸软骨素、硫酸皮肤素和硫酸肝素蛋白聚糖(Heparan sulfate proteoglycan，HSPG)[1-2]。本文主要系统概括蛋白聚糖在毛囊生物学中的作用，由于蛋白聚糖包含一个非常大的蛋白家族，本文仅限于描述较多、表达较广泛的多配体蛋白聚糖(syndecan)、基底膜蛋白聚糖(perlecan)、核心蛋白聚糖(decorin)、多能蛋白聚糖(versican)、聚集蛋白聚糖(aggrecan)和双糖链蛋白聚糖(biglycan)，描述其在毛囊生物学中的关键功能。

1 syndecan

syndecan作为一种跨膜蛋白聚糖是研究最为深入的，也是最早在毛囊中发现的分子。1991年，Trautman等[1]首先发现syndecan在啮齿动物触须毛囊中的表达模式。在第11天胚胎中，syndecan作为表皮细胞表面成分存在，但在基底膜下形成间充质细胞簇，标志着毛囊形成的位置。在第11.5天胚胎中，显示出伴随表皮细胞的伸长syndecan表达丧失。进一步发现syndecan最初不存在于间充质中，但是当间充质细胞凝结时瞬时表达，然后在形态发生完成后丢失。最初的syndecan，现在称为syndecan-1，以区别于其他三种蛋白聚糖。之后，Richardson等[3]通过使用敲除syndecan-1基因表达的靶向小鼠来检测对毛发发育的影响，结果发现同样的表达模式即syndecan-1不是毛囊起始和发育所必需的，但它可作为毛发发育过程中真皮凝结的标志物。

Bayer-Garner等[4]通过研究生长期、退化期和休止期阶段的人毛囊内syndecan-1的表达，发现在生长期毛囊的外根鞘中具有较强的syndecan-1免疫反应性，但这种表达随着毛囊周期中的休止期而减弱。syndecan-1也存在于生长期毛囊的真皮乳头中，它可能促进生长因子介导的细胞信号传导，诱导并维持毛干和内根鞘的生长。之后的研究发现，syndecan-1特异性表达于人毛囊的上皮部分。此外，syndecan-1在外根鞘、毛干以及较少的内根鞘中表达。令人惊讶的是，syndecan-1在中间部分外根鞘的基底层未检测到，并且在生长期毛囊的真皮乳头中弱表达[5]，这与Bayer-Garner等[4]检测到表达模式类似。

2 perlecan

所有基底膜都含有一种或多种蛋白聚糖，以及主要成分如层粘连蛋白和Ⅳ型胶原蛋白。其中最著名的是一种大型基底膜HSPG，现在称为perlecan。perlecan是一种多功能的蛋白多糖，它可以保持细胞外基质的完整性，在发育、伤口愈合和组织形态形成中发挥重要作用[6]。perlecan在目前所有基底膜中都能发现，毛囊的真皮—表皮交界处和相邻基底膜也不例外。在毛囊发育和头发周期中，基底膜HSPG的免疫组化定位几乎没有变化。Couchman等[2]在大鼠的生长期毛囊和DPC外基质中检测到另一种基底膜蛋白聚糖，硫酸软骨素蛋白聚糖(Chondroitin sulfate proteoglycan，CSPG)。然而，通过毛发周期检测的所有基底膜成分中，基底膜CSPG所见的变化是最显著的，并且与基底膜HSPG的分布不完全相同。在退行期，毛囊周围和真皮乳头内的CSPG数量显著减少。在休止期，真皮乳头内的CSPG没有可见的染色。一旦生长期开始，基底膜CSPG又返回染色。之后，通过研究人毛囊中蛋白聚糖的表达模式，发现perlecan在人生长期毛囊的基底膜、真皮乳头和毛囊周围的血管中表达，并且在生长期向退化期过渡后，perlecan继续在基底膜和真皮乳头中表达，而在退化期后期，毛球部未检测到perlecan。另外发现缺乏perlecan会在某种程度上削弱毛囊的免疫功能[5]。这种蛋白聚糖在毛发中的分布反映出其参与毛发生物学以及在毛发生长维持方面发挥重要作用。

3 versican

versican主要存在于细胞外基质中，是一个大分子量的CSPG，在细胞黏附、迁移，增殖和分化中起重要作用，因此它也是一种多功能蛋白多糖[7]。在成人皮肤中versican的免疫染色主要出现在真皮中，在毛囊真皮表皮交界处和结缔组织鞘处观察到弱染色，而网状真皮则表现出强烈的染色。在大鼠皮肤的网状真皮、真皮乳头中也发现了versican的表达，可能与毛囊基底膜有关。而在小鼠毛囊发育过程中，直到毛囊开始产生纤维，versican才表达。此外，versican表达的空间和时间变化与毛囊神经支配有关[8]。

以往的研究表明，versican参与诱导小鼠毛发形态发生、毛发再生的启动和毛发生长的维持。而在人类毛囊中，versican的分布和作用仍不清楚。Soma等[9]研究了versican在正常人类毛囊中的表达，发现versican在生长期毛囊的真皮乳头表达，而在退化期毛囊真皮乳头的表达明显下降。在休止期毛囊中未检测到特异性信号。versican免疫反应活性在生长期毛囊的真皮乳头上被延长，并且在退化期毛囊的染色再次减弱。Yang等[10]通过对不同传代培养的真皮乳头细胞(Dermal papilla cell，DPC)检测β-catenin和versican表达的变化。随着DPC传代的增加，其失去了聚集性，而且DPC中的versican蛋白和mRNA水平逐渐下降，而β-catenin没有显著下降趋势。之后敲除DPC中β-catenin和versican基因，探讨TCF-4/β-catenin信号通路对versican基因表达调控机制的影响。研究发现Wnt/β-catenin信号通路通过作用于versican基因上游启动子修饰versican的表达来调节DPC聚集性生长。Jo等[11]研究衰老相关性毛囊的变化，发现毛囊真皮乳头中的versican水平降低是人类毛囊一个显著的衰老相关变化。这些结果表明versican在毛囊形成和调控Wnt/β-catenin信号通路中起重要作用。

4 decorin

decorin是细胞外基质的蛋白聚糖成分，具有强大的抗纤维化、抗炎症、抗氧化和抗血管生成特性。它含有一个40kDa的核心蛋白，具有10个富含亮氨酸的重复序列，与糖胺聚糖链共价连接。decorin通过附着于细胞表面的受体或几个细胞外基质分子，参与调节大量的细胞功能，从而影响细胞分化、增殖和凋亡[12]。

decorin作为小的富含亮氨酸的蛋白聚糖家族的典型成员，其参与许多生物过程。然而，decorin在毛发周期中的作用尚未阐明。Jing等[13]研究decorin在小鼠毛囊中的表达模式，发现在生长期毛囊中，decorin在表皮、外根鞘、皮脂腺和真皮乳头细胞中表达增高。在退行期至休止期期间，除了隆突区域外，decorin的表达降低。通过外源性施用decorin加速了小鼠毛囊生长期的进展并导致退行期延迟，从而延长毛囊生长期阶段。之后，作者为了进一步阐明decorin对毛发循环过渡的影响，使用体外过表达策略和体内敲除decorin基因的小鼠来研究decorin对外根鞘角质形成细胞的影响。研究发现decorin过表达显著增强体外外根鞘角质形成细胞的增殖和迁移。此外，与野生型小鼠相比敲除decorin基因的小鼠毛囊生长期缩短和β-catenin表达水平降低[14]。Miyachi等[15]将细胞外基质蛋白聚糖decorin作为维持人类毛囊干细胞(HFSC)生态位的候选因子。观察到decorin高表达于毛囊隆突区，并且decorin的下调促进了HFSC分化。因此，作者推测decorin作为干细胞生态位成分起作用，并且由decorin表达降低引起HFSC维持的缺失可能是与年龄相关性脱发原因之一。这些研究结果为了解脱发的发病机制和新的治疗靶点提供了线索。

5 aggrecan

aggrecan是一种来自关节软骨的蛋白聚糖，含有硫酸软骨素和硫酸角质素，附着在多结构域蛋白核心上。该分子在关节软骨中具有重要功能，它通过与透明质酸和连接蛋白相互作用，赋予软骨承重特性。以往的研究表明，蛋白聚糖也在毛囊中发挥重要作用，一些蛋白聚糖核心蛋白已经在成人毛囊中描述过，对于aggrecan在毛囊中的研究较少。Malgouries[5]通过研究人毛囊中的蛋白聚糖的分布，发现aggrecan在生长期毛囊的结缔组织鞘和基底膜中表达，而且在毛囊的最底部表达得很好，但在真皮乳头中未检测到。在退行期毛囊中，aggrecan染色在毛球部周围仍然很强烈，但在柱状上皮周围完全消失。在晚期退行期，aggrecan在毛囊的真皮乳头中表达。此外，通过对人真皮乳头细胞进行单层培养，发现aggrecan对细胞增殖有明显的促进作用，但对DPC的鉴定没有影响[16]。这些结果表明aggrecan的表达随着毛发周期的变化而变化，并对细胞增殖起促进作用。

6 biglycan

biglycan是小的富含亮氨酸蛋白聚糖家族的成员。biglycan基因位于X染色体上。最初是从牛骨中分离出来的，然后在克隆和测序后发现其在N端区域含有两个Ser-Gly附着位点，因此其命名意味着两条糖胺聚糖链。biglycan已被证明在细胞表面，细胞周围，有时在器官内一系列特化细胞类型的细胞外基质中表达，是一种关键的基质成分和必要的信号分子。biglycan是与decorin密切相关的小的富含亮氨酸蛋白聚糖，序列和结构分析表明，这些基因在氨基酸水平上有55%的同源性，很可能是基因复制的产物。并且biglycan与decorin也是通过结合TGF-β来调节生物活性[17]。

之前研究表明biglycan在表皮中表达，而且在毛囊周围的基底膜和结缔组织鞘中表达较强，在真皮乳头中高水平表达[5]。Zhang等[18]为了确定毛囊再生的关键因子，通过蛋白质组学技术对第3代和第9代DPC培养液进行分析，筛选出在第3代相比第9代DPC培养液中表达量高的蛋白，其中包括biglycan。为了进一步分析，作者对小鼠分别注射第3代和第9代DPC培养液，发现注射第3代DPC培养液的小鼠皮肤中biglycan的表达水平增加并且在新生的毛囊中高度表达，但是在注射第9代DPC培养液的小鼠皮肤中未能诱导出新生毛囊，并且biglycan在皮肤中很少表达。根据之前研究发现biglycan通过其核心蛋白介导Wnt功能来增强经典Wnt信号传导[19]。已知Wnt/β-catenin信号通路，在毛囊生长和胚胎发生过程中起着重要的诱导作用。当Wnt信号被抑制时，皮肤基质不能形成，胚芽不能产生，毛囊的发育也被阻断[20]。因此，作者推测DPC分泌biglycan诱导毛囊再生可能也是通过调节Wnt/β-catenin信号通路。之后Kalabusheva等[16]对人DPC进行单层培养，发现biglycan对人DPC增殖有明显促进作用。这些结果表明，biglycan在调节Wnt信号传导和调控DPC分化增殖过程中起着关键作用。

毛囊是由上皮—间充质相互作用的结果，在毛囊形成过程中蛋白聚糖发挥调节生长因子活性作用从而促进毛囊发育，毛发生长。今后，还需要进一步研究来加深对蛋白聚糖在毛囊中作用机制的理解以便尽早开发新药应用到临床来治疗毛发疾病。