陳梅楊

（福建省發(fā)育與神經(jīng)生物學重點實驗室 福建師范大學生命科學學院，福建 福州 350117）

脫發(fā)會影響個人的身體、心理和社會健康。脫發(fā)疾病的治療包括藥理學和外科干預（自體毛發(fā)移植），目前，尚未發(fā)現(xiàn)能夠根治各類脫發(fā)疾病的藥物，毛發(fā)再生也受到自身供體毛囊（Hair Follicle：HF）的限制。因此，探索替代的治療方案即如何產(chǎn)生無數(shù)的毛囊，用以取代由于疾病、損傷或老化而丟失或受損的毛囊，這些都成為領域內(nèi)研究的重點。本文介紹毛發(fā)的發(fā)生、用于毛發(fā)再生的細胞源、脫發(fā)治療和相關產(chǎn)品研發(fā)，為脫發(fā)治療和開發(fā)出相關的毛發(fā)生長劑提供思路。

1 毛囊的形態(tài)發(fā)生和周期性循環(huán)

毛囊是胚胎皮膚發(fā)育過程中形成的器官，胚胎時期在上皮和間充質(zhì)細胞的相互作用中形成，由特化的真皮細胞和表皮干細胞之間相互作用轉變?yōu)槊摇Ｍ瑯?，出生后的毛發(fā)在生長過程中，間充質(zhì)真皮乳頭細胞和周圍的上皮細胞之間的交流調(diào)控毛干的產(chǎn)生[1]。毛囊真皮干細胞存在于真皮中，能夠再生真皮鞘（Dermal Sheath：DS），并在每個生長周期內(nèi)自我更新填充DS和真皮乳頭（Dermal Papilla：DP）[2]。成熟毛囊經(jīng)歷生長期、退行期、休止期周期性循環(huán)，DP被認為是一個毛囊循環(huán)的主調(diào)節(jié)器。在休止期-生長期過渡，DP刺激隆突部上皮毛囊干細胞（Hair Follicle Stem Cells：HFSCs），當DP的刺激信號克服隆突部微環(huán)境的抑制閾值時，HFSCs分裂，從隆突部遷出一群次級毛芽細胞，在退行期躲過程序性凋亡而存活[3-4]。這些次級毛芽細胞迅速增殖形成祖細胞或短暫擴充細胞（Transit-Amplifying Cells：TACs）。TACs可能通過分化成8種不同的上皮細胞系（如毛干、內(nèi)根鞘）和皮脂腺（Sebaceous Gland：SGs），在生長期過程中為毛囊的生長提供能量[5-6]（圖1）。

除了HFSCs外，黑色素干細胞也存在于隆突部。在生長期過程中，它們與HFSCs協(xié)同激活，生成成熟的黑色素細胞，這些黑色素細胞產(chǎn)生色素顆粒并將其分布到鄰近的分化細胞中，形成色素化的毛發(fā)纖維[7]。生長期持續(xù)4～6周，在此期間角質(zhì)形成細胞和黑色素細胞發(fā)生凋亡。這種凋亡驅動的退化使DP向上移動，更接近上皮隆突部。直至完全消退后，HF進入休止期，可持續(xù)數(shù)月。根據(jù)毛囊周期性生長過程中形態(tài)的變化，毛囊由一個永久性的區(qū)域（由漏斗部和峽部組成）和一個較低的可變區(qū)域（包括分化的上皮細胞、毛發(fā)基質(zhì)和真皮乳頭細胞）組成，永久性區(qū)域一般不發(fā)生凋亡和再生，可變區(qū)域是毛囊周期性變化的主要部位。在毛囊中，各種干細胞群位于隆突部，以促進毛囊形態(tài)發(fā)生反復進行。

2 毛囊生物工程的細胞源和挑戰(zhàn)

基于毛囊細胞和其他細胞的組織工程使毛囊再生成為可能。毛囊是由上皮和間充質(zhì)相互誘導發(fā)育而來，因此毛囊再生需要毛囊來源的上皮和間充質(zhì)，目前真皮乳頭細胞（Dermal Papilla Cells： DPCs）和毛囊干細胞是深入研究的焦點。理想情況下，一種基于細胞的再生藥物治療一般是自體的，但同種異體細胞源和非毛囊細胞源也可以用于毛囊再生治療。

2.1 毛囊細胞源的誘導潛能和處理策略

DP在毛囊發(fā)育和循環(huán)中起著重要的作用，研究表明，從大鼠、豚鼠和人類身上分離出來的DPCs移植到無毛皮膚上可以誘發(fā)毛囊形成[8-9]。此外，將毛囊的真皮乳頭細胞去除后，毛囊呈現(xiàn)靜止狀態(tài)[3]。研究人員將毛囊間充質(zhì)DP和DS分別與上皮細胞重組后，移植到免疫缺陷小鼠皮膚中實現(xiàn)了毛發(fā)再生[10]。而且，在裸鼠中誘導生成人類毛囊也只有在將人類DPCs與上皮成分重組才被證明是有可能的[11]。因此，生物工程重建毛囊就需要解決上皮細胞和間充質(zhì)細胞來源的問題。

人類DPCs的分離需要將毛囊穿孔分離出DP部分，不可用胰蛋白酶和膠原蛋白酶的酶促消化，酶解不能有效地產(chǎn)生用于流式細胞術分選的單細胞，而且會使DP失去其天然和獨特的細胞外基質(zhì)微環(huán)境，這對保留DPCs誘導特性至關重要。在體外擴增時，在缺乏天然環(huán)境因素的常規(guī)培養(yǎng)條件下就要考慮到這個因素。為了保留或挽救DPCs誘導能力，科學家極力尋找一種體外擴增人DPCs的方法，如果與毛囊上皮重組，這種誘導能力可以恢復。既往研究表明，與角質(zhì)形成細胞共培養(yǎng)維持了DP的體內(nèi)特性[12]。Qiao等人將體外聚集的小鼠毛囊細胞（真皮乳頭細胞和角質(zhì)形成細胞）在甲基纖維素覆蓋的培養(yǎng)基上培養(yǎng)，形成部分毛發(fā)結構再移植到裸鼠體內(nèi)繼續(xù)發(fā)育成熟，并持續(xù)生長至少6個月[13]。據(jù)報道不同的信號成員（包括Wnt,BMP和FGF）延長了培養(yǎng)的DPCs的毛發(fā)誘導能力[14-18]。此外，JAK-STAT信號通路的藥理調(diào)節(jié)被證明可以提高培養(yǎng)的人DPCs的誘導能力[19]。

HFSCs是通過補充不同的上皮細胞系而促進HF在體內(nèi)再生的最突出的干細胞群[20-21]。從組織工程的角度來看，獲得一定數(shù)量的活性上皮對體外重建毛囊胚芽至關重要?，F(xiàn)已確定HFSCs、角質(zhì)形成細胞及其它的前體細胞可作為毛囊組織工程的上皮成分。相對于人類的DPCs來說，人類和小鼠的HFSCs因其特異的分子標志可直接分離出來，但分離出的HFSCs其增殖能力較差，且在培養(yǎng)傳代過程中易于分化[22]。迄今為止，已有不同的上皮-間充質(zhì)組合在體外成功地重建了毛囊。但是，全功能的毛囊體外重建僅用胚胎小鼠的皮膚細胞實現(xiàn)[11，23]。研究報道了通過使用具有更高分化潛能的細胞，即成年HFSCs、新生兒角質(zhì)形成細胞和胚胎細胞將人和小鼠細胞偶聯(lián)形成毛囊嵌合體（如人間充質(zhì)誘導細胞和嚙齒動物上皮角化形成細胞）來提高毛囊再生潛能[11，24-26]。結果表明，這樣的嵌合體細胞在植入小鼠皮膚時毛囊誘導潛能更大。雖然實驗結果很有趣，但是這些研究離人類毛囊再生還有很遠的距離，HFSCs對人類HF生物工程的實際貢獻還需要進一步驗證。

2.2 非毛囊細胞源

雖然分離自體HFSCs和DPCs用于人類HF再生治療是研究的熱點，但當供體頭發(fā)稀少時，非毛囊細胞群就開始被列入考慮范圍內(nèi)了。由皮膚衍生的祖細胞（skin-derived precursors： SKPs）與DPCs相似，它被認為是一種用于毛囊再生的自體多能細胞源。SKPs在小鼠皮膚上的成毛潛力也得到了廣泛的研究[27]。通過在水凝膠中植入含有表皮干細胞和SKPs的球狀結構，成功地在裸鼠切除創(chuàng)面中重建了功能性毛囊和皮脂腺[27]。但是，除了從人類真皮中分離出來具有挑戰(zhàn)性外，這種細胞的誘導潛能還不清楚。

為了克服供體細胞數(shù)量稀少或技術分離的限制，非自體多能干細胞能夠克服這個缺點，它具有多向分化能力且取之不盡。到目前為止已有研究嘗試使用人的誘導多能干細胞（human-induced pluripotent stem cells：hiPSCs）來再生毛囊[28-30]。hiPSCs分化可用于產(chǎn)生DPCs和HFSCs，或誘導間充質(zhì)和上皮細胞群，也可以在體外通過3D皮膚器官系統(tǒng)使毛囊生物工程成為可能。在這些系統(tǒng)中，基于iPSCs的器官胚芽被創(chuàng)造出來，移植到裸鼠體內(nèi)后具有完整功能[29]。然而，由于其安全性，即病毒整合進基因組和腫瘤形成的風險，將誘導多能干細胞用于人類治療仍存在爭議。此外，人類胚胎干細胞（human embryonic stem cells：hESCs）能分化成與DP細胞相似，并在裸鼠皮下移植時誘導毛發(fā)生成[30]。

3 脫發(fā)治療

目前，還沒有一種公認的細胞源可以作為毛囊再生的種子細胞，毛囊再生還有很長的一段路要走，所以藥物、物理治療依然是脫發(fā)治療的重要手段。脫發(fā)疾病有雄激素性脫發(fā)、斑禿等，其中雄激素性脫發(fā)（Androgenetic Alopecia：AGA)是一種常見的脫發(fā)類型，影響50歲以上的50%男性，影響80歲以上的50%女性[31]。下面介紹目前雄激素性脫發(fā)的治療現(xiàn)狀。

3.1 米諾地爾

米諾地爾是一種抗高血壓血管舒張藥，局部用于治療男性和女性脫發(fā)。在DPCs和毛囊生發(fā)細胞的生長期早期，米諾地爾使DNA合成速率增加，米諾地爾對毛囊細胞可能有特異的親和力，誘導毛囊細胞增殖[32]。關于米諾地爾對毛囊細胞增殖的具體機制，經(jīng)證明通過激活ERK和Akt和增加Bcl-2/Bax比值來阻止細胞死亡，從而促進DPCs的存活?？茖W家認為米諾地爾通過對DPCs的增殖和抗凋亡作用來延長促生長素，從而促進頭發(fā)生長[33]。臨床上使用5%米諾地爾溶液可以阻止很多男性脫發(fā)，但停止使用后，脫發(fā)又開始了。

3.2 非那雄胺

在米諾地爾治療24周后，只有不到40%的男性對藥物有反應。相比之下，口服非那雄胺12個月后超過80%的患者具有顯著效果[34]，但是停藥后，結果通常是可逆的，并且具有勃起功能障礙、性欲低下。雖然這種副作用并不常見，但這種治療方案不被大多數(shù)患者所接受。

3.3 富血小板血漿

越來越多的研究表明富血小板的血漿（Platelet-Rich Plasma：PRP）對脫發(fā)治療有效，然而，其潛在的細胞和分子機制及其對毛囊干細胞的影響尚不清楚。富血小板血漿（PRP）是一種將血小板濃縮在小體積血漿中的自體制劑，因其富含多種自身性生長因子的集合體，包含毛發(fā)生長的促進因子。這可能是通過血小板釋放生長因子，這些生長因子通過促進新血管形成來刺激新毛囊的發(fā)育[35]。Gupta分析PRP治療AGA的有效性，結果顯示頭發(fā)密度顯著增加，表明PRP是雄激素性脫發(fā)的一種有效治療選擇，其表現(xiàn)為較高的頭發(fā)密度[36]。

3.4 光、電磁場、電刺激

低水平激光治療（LLLT）被廣泛應用于創(chuàng)傷愈合、減輕疼痛和炎癥的替代醫(yī)療。已有研究光療法通過DPCs對毛發(fā)生長的影響，經(jīng)LED照射培養(yǎng)基會促進DPCs增殖，其潛在機制是通過Wnt/β-catenin信號和ERK通路的激活促進DPCs的增殖[37]。此外，電磁場會刺激DPCs活性，研究表明1763 MHz射頻曝光通過誘導DPCs中的胰島素生長因子-1刺激毛發(fā)生長[38]。電刺激被用于各種皮膚治療，已有臨床研究證實電刺激對毛發(fā)再生有積極作用。

3.5 其他治療方法

此外，毛發(fā)移植和微針法也是治療手段之一。頭發(fā)移植是指從供體區(qū)域提取的頭發(fā)被移植到禿發(fā)區(qū)域的過程，微針是一種利用各種長度和直徑的滾輪和電子筆等設備制造可控制的組織損傷的過程。

4 美容性毛發(fā)生長劑的研發(fā)

在使用藥物治療、外科干預之外，基礎研究也致力于去開發(fā)新型的毛發(fā)生長劑，能夠解決日常中的脫發(fā)煩惱，起到輔助治療和預防作用。毛發(fā)生長劑的成分不斷被從事制藥的企業(yè)、生物技術公司和化妝品公司研發(fā)，皮膚生物學和藥理學也致力去發(fā)現(xiàn)更多的活性化合物。

4.1 1%吡啶硫酮鋅

研究表明，去屑洗發(fā)液或含有抗真菌或抗菌劑的藥妝品，可能對頭發(fā)生長有利。吡啶硫酮鋅已知有抗菌特性，可作為有效的去屑治療[39]。Berger對200名患者隨機進行研究，評估1%吡啶硫酮鋅洗發(fā)水的效用。設置4組：⑴ 1%吡啶硫酮鋅洗發(fā)水；⑵5%米諾地爾局部用藥+普通洗發(fā)水；⑶ 普通洗發(fā)水；⑷ 1%吡啶硫酮鋅洗發(fā)水+5%米諾地爾局部用藥。在第9周，使用 1%吡啶硫酮鋅洗發(fā)水的頭發(fā)相對增加量略少于米諾地爾局部用藥的一半，并且在整個26周的治療期間基本保持不變。使用5%米諾地爾局部溶液和1%吡啶硫酮鋅洗發(fā)劑中均未見優(yōu)勢。毛發(fā)計數(shù)結果顯示，在26周的治療期間內(nèi)，每天使用1%吡啶硫酮鋅洗發(fā)水可適度且持續(xù)地改善頭發(fā)的生長[40]。

4.2 成纖維細胞生長因子（FGFs）

FGFs是用于治療皮膚和頭發(fā)問題的有前途的藥物。但是由于它們的大尺寸和親水性，它們不能滲透到皮膚中阻止了它們作為有效的化妝品成分局部應用。

Yamad等人發(fā)現(xiàn)二肽脯氨酰異亮氨酸（Pro-Ile）不僅刺激人角質(zhì)形成細胞的生長，還適度激活FGFR3c和FGFR4，并在較小程度上激活FGFR1c。Pro-Ile的這種受體特異性與FGF18相似，在5 ng/mL FGF18，Pro-Ile會增強對FGFR3c和FGFR4的活性，在50 ng/mL FGF18下，該活性受到抑制。結果表明，二肽Pro-Ile充當FGFR信號轉導的部分激動劑/拮抗劑，它具有與FGF18相似的受體特異性，并且能夠穿透模型表皮[41]。這些結果表明Pro-Ile作為局部可調(diào)節(jié)的化妝品成分，在調(diào)節(jié)皮膚生理，毛發(fā)生長和傷口愈合方面有潛在用途。

4.3 甘露糖基赤蘚糖醇脂

甘露糖基赤蘚糖醇脂（Mannosylerythritol lipids：MELs）是假單胞菌屬的酵母從原料中產(chǎn)生的細胞外糖脂，由于其多功能的界面和生化作用而成為最有前途的生物表面活性劑。

Morita等人為了擴大在化妝品中的應用，使用培養(yǎng)的成纖維細胞和乳頭細胞以及三維培養(yǎng)的人類皮膚模型研究了MEL的細胞活化特性。與對照細胞相比，由豆油生產(chǎn)的雙乙?；疢EL顯著提高了成纖維細胞的活力，超過150%；另一方面，用橄欖油生產(chǎn)的雙乙?；疢EL處理未觀察到細胞活化。單乙酰化的MEL幾乎不增加細胞活力。添加超過1μg/L的MELs，成纖維細胞的活力降低，而培養(yǎng)的人皮膚細胞顯示5μg/L的MELs具有高活力。有趣的是，從大豆油中產(chǎn)生的0.001μg/L的雙乙酰化MEL可顯著激活乳頭細胞，與對照細胞相比，細胞活力達到150%。因此，由大豆油制得的雙乙?；疢EL應該具有作為刺激毛乳頭細胞的新的毛發(fā)生長劑的潛力[42]。

5 結語

誘發(fā)脫發(fā)的因素多種多樣，目前尚無根治的治療方案，組織工程還未實現(xiàn)毛囊再生，單一的療法的效果不理想。因此在藥物治療、外科干預的基礎上，開發(fā)出美容性毛發(fā)生長劑也尤為重要，不僅能夠輔助治療，也能預防脫發(fā)，讓人人擁有一頭烏黑亮麗的頭發(fā)。