劉 欣 祝寧俠

桂林醫(yī)學(xué)院，廣西桂林市 541004

蛋白聚糖是由一個(gè)或多個(gè)糖胺聚糖鏈共價(jià)連接的核心蛋白組成，在細(xì)胞外基質(zhì)和細(xì)胞表面分布。蛋白聚糖在人毛囊中的分布最早是在20世紀(jì)90年代初被發(fā)現(xiàn)的，即硫酸軟骨素、硫酸皮膚素和硫酸肝素蛋白聚糖(Heparan sulfate proteoglycan，HSPG)[1-2]。本文主要系統(tǒng)概括蛋白聚糖在毛囊生物學(xué)中的作用，由于蛋白聚糖包含一個(gè)非常大的蛋白家族，本文僅限于描述較多、表達(dá)較廣泛的多配體蛋白聚糖(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)和雙糖鏈蛋白聚糖(biglycan)，描述其在毛囊生物學(xué)中的關(guān)鍵功能。

1 syndecan

syndecan作為一種跨膜蛋白聚糖是研究最為深入的，也是最早在毛囊中發(fā)現(xiàn)的分子。1991年，Trautman等[1]首先發(fā)現(xiàn)syndecan在嚙齒動(dòng)物觸須毛囊中的表達(dá)模式。在第11天胚胎中，syndecan作為表皮細(xì)胞表面成分存在，但在基底膜下形成間充質(zhì)細(xì)胞簇，標(biāo)志著毛囊形成的位置。在第11.5天胚胎中，顯示出伴隨表皮細(xì)胞的伸長syndecan表達(dá)喪失。進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)syndecan最初不存在于間充質(zhì)中，但是當(dāng)間充質(zhì)細(xì)胞凝結(jié)時(shí)瞬時(shí)表達(dá)，然后在形態(tài)發(fā)生完成后丟失。最初的syndecan，現(xiàn)在稱為syndecan-1，以區(qū)別于其他三種蛋白聚糖。之后，Richardson等[3]通過使用敲除syndecan-1基因表達(dá)的靶向小鼠來檢測(cè)對(duì)毛發(fā)發(fā)育的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)同樣的表達(dá)模式即syndecan-1不是毛囊起始和發(fā)育所必需的，但它可作為毛發(fā)發(fā)育過程中真皮凝結(jié)的標(biāo)志物。

Bayer-Garner等[4]通過研究生長期、退化期和休止期階段的人毛囊內(nèi)syndecan-1的表達(dá)，發(fā)現(xiàn)在生長期毛囊的外根鞘中具有較強(qiáng)的syndecan-1免疫反應(yīng)性，但這種表達(dá)隨著毛囊周期中的休止期而減弱。syndecan-1也存在于生長期毛囊的真皮乳頭中，它可能促進(jìn)生長因子介導(dǎo)的細(xì)胞信號(hào)傳導(dǎo)，誘導(dǎo)并維持毛干和內(nèi)根鞘的生長。之后的研究發(fā)現(xiàn)，syndecan-1特異性表達(dá)于人毛囊的上皮部分。此外，syndecan-1在外根鞘、毛干以及較少的內(nèi)根鞘中表達(dá)。令人驚訝的是，syndecan-1在中間部分外根鞘的基底層未檢測(cè)到，并且在生長期毛囊的真皮乳頭中弱表達(dá)[5]，這與Bayer-Garner等[4]檢測(cè)到表達(dá)模式類似。

2 perlecan

所有基底膜都含有一種或多種蛋白聚糖，以及主要成分如層粘連蛋白和Ⅳ型膠原蛋白。其中最著名的是一種大型基底膜HSPG，現(xiàn)在稱為perlecan。perlecan是一種多功能的蛋白多糖，它可以保持細(xì)胞外基質(zhì)的完整性，在發(fā)育、傷口愈合和組織形態(tài)形成中發(fā)揮重要作用[6]。perlecan在目前所有基底膜中都能發(fā)現(xiàn)，毛囊的真皮—表皮交界處和相鄰基底膜也不例外。在毛囊發(fā)育和頭發(fā)周期中，基底膜HSPG的免疫組化定位幾乎沒有變化。Couchman等[2]在大鼠的生長期毛囊和DPC外基質(zhì)中檢測(cè)到另一種基底膜蛋白聚糖，硫酸軟骨素蛋白聚糖(Chondroitin sulfate proteoglycan，CSPG)。然而，通過毛發(fā)周期檢測(cè)的所有基底膜成分中，基底膜CSPG所見的變化是最顯著的，并且與基底膜HSPG的分布不完全相同。在退行期，毛囊周圍和真皮乳頭內(nèi)的CSPG數(shù)量顯著減少。在休止期，真皮乳頭內(nèi)的CSPG沒有可見的染色。一旦生長期開始，基底膜CSPG又返回染色。之后，通過研究人毛囊中蛋白聚糖的表達(dá)模式，發(fā)現(xiàn)perlecan在人生長期毛囊的基底膜、真皮乳頭和毛囊周圍的血管中表達(dá)，并且在生長期向退化期過渡后，perlecan繼續(xù)在基底膜和真皮乳頭中表達(dá)，而在退化期后期，毛球部未檢測(cè)到perlecan。另外發(fā)現(xiàn)缺乏perlecan會(huì)在某種程度上削弱毛囊的免疫功能[5]。這種蛋白聚糖在毛發(fā)中的分布反映出其參與毛發(fā)生物學(xué)以及在毛發(fā)生長維持方面發(fā)揮重要作用。

3 versican

versican主要存在于細(xì)胞外基質(zhì)中，是一個(gè)大分子量的CSPG，在細(xì)胞黏附、遷移，增殖和分化中起重要作用，因此它也是一種多功能蛋白多糖[7]。在成人皮膚中versican的免疫染色主要出現(xiàn)在真皮中，在毛囊真皮表皮交界處和結(jié)締組織鞘處觀察到弱染色，而網(wǎng)狀真皮則表現(xiàn)出強(qiáng)烈的染色。在大鼠皮膚的網(wǎng)狀真皮、真皮乳頭中也發(fā)現(xiàn)了versican的表達(dá)，可能與毛囊基底膜有關(guān)。而在小鼠毛囊發(fā)育過程中，直到毛囊開始產(chǎn)生纖維，versican才表達(dá)。此外，versican表達(dá)的空間和時(shí)間變化與毛囊神經(jīng)支配有關(guān)[8]。

以往的研究表明，versican參與誘導(dǎo)小鼠毛發(fā)形態(tài)發(fā)生、毛發(fā)再生的啟動(dòng)和毛發(fā)生長的維持。而在人類毛囊中，versican的分布和作用仍不清楚。Soma等[9]研究了versican在正常人類毛囊中的表達(dá)，發(fā)現(xiàn)versican在生長期毛囊的真皮乳頭表達(dá)，而在退化期毛囊真皮乳頭的表達(dá)明顯下降。在休止期毛囊中未檢測(cè)到特異性信號(hào)。versican免疫反應(yīng)活性在生長期毛囊的真皮乳頭上被延長，并且在退化期毛囊的染色再次減弱。Yang等[10]通過對(duì)不同傳代培養(yǎng)的真皮乳頭細(xì)胞(Dermal papilla cell，DPC)檢測(cè)β-catenin和versican表達(dá)的變化。隨著DPC傳代的增加，其失去了聚集性，而且DPC中的versican蛋白和mRNA水平逐漸下降，而β-catenin沒有顯著下降趨勢(shì)。之后敲除DPC中β-catenin和versican基因，探討TCF-4/β-catenin信號(hào)通路對(duì)versican基因表達(dá)調(diào)控機(jī)制的影響。研究發(fā)現(xiàn)Wnt/β-catenin信號(hào)通路通過作用于versican基因上游啟動(dòng)子修飾versican的表達(dá)來調(diào)節(jié)DPC聚集性生長。Jo等[11]研究衰老相關(guān)性毛囊的變化，發(fā)現(xiàn)毛囊真皮乳頭中的versican水平降低是人類毛囊一個(gè)顯著的衰老相關(guān)變化。這些結(jié)果表明versican在毛囊形成和調(diào)控Wnt/β-catenin信號(hào)通路中起重要作用。

4 decorin

decorin是細(xì)胞外基質(zhì)的蛋白聚糖成分，具有強(qiáng)大的抗纖維化、抗炎癥、抗氧化和抗血管生成特性。它含有一個(gè)40kDa的核心蛋白，具有10個(gè)富含亮氨酸的重復(fù)序列，與糖胺聚糖鏈共價(jià)連接。decorin通過附著于細(xì)胞表面的受體或幾個(gè)細(xì)胞外基質(zhì)分子，參與調(diào)節(jié)大量的細(xì)胞功能，從而影響細(xì)胞分化、增殖和凋亡[12]。

decorin作為小的富含亮氨酸的蛋白聚糖家族的典型成員，其參與許多生物過程。然而，decorin在毛發(fā)周期中的作用尚未闡明。Jing等[13]研究decorin在小鼠毛囊中的表達(dá)模式，發(fā)現(xiàn)在生長期毛囊中，decorin在表皮、外根鞘、皮脂腺和真皮乳頭細(xì)胞中表達(dá)增高。在退行期至休止期期間，除了隆突區(qū)域外，decorin的表達(dá)降低。通過外源性施用decorin加速了小鼠毛囊生長期的進(jìn)展并導(dǎo)致退行期延遲，從而延長毛囊生長期階段。之后，作者為了進(jìn)一步闡明decorin對(duì)毛發(fā)循環(huán)過渡的影響，使用體外過表達(dá)策略和體內(nèi)敲除decorin基因的小鼠來研究decorin對(duì)外根鞘角質(zhì)形成細(xì)胞的影響。研究發(fā)現(xiàn)decorin過表達(dá)顯著增強(qiáng)體外外根鞘角質(zhì)形成細(xì)胞的增殖和遷移。此外，與野生型小鼠相比敲除decorin基因的小鼠毛囊生長期縮短和β-catenin表達(dá)水平降低[14]。Miyachi等[15]將細(xì)胞外基質(zhì)蛋白聚糖decorin作為維持人類毛囊干細(xì)胞(HFSC)生態(tài)位的候選因子。觀察到decorin高表達(dá)于毛囊隆突區(qū)，并且decorin的下調(diào)促進(jìn)了HFSC分化。因此，作者推測(cè)decorin作為干細(xì)胞生態(tài)位成分起作用，并且由decorin表達(dá)降低引起HFSC維持的缺失可能是與年齡相關(guān)性脫發(fā)原因之一。這些研究結(jié)果為了解脫發(fā)的發(fā)病機(jī)制和新的治療靶點(diǎn)提供了線索。

5 aggrecan

aggrecan是一種來自關(guān)節(jié)軟骨的蛋白聚糖，含有硫酸軟骨素和硫酸角質(zhì)素，附著在多結(jié)構(gòu)域蛋白核心上。該分子在關(guān)節(jié)軟骨中具有重要功能，它通過與透明質(zhì)酸和連接蛋白相互作用，賦予軟骨承重特性。以往的研究表明，蛋白聚糖也在毛囊中發(fā)揮重要作用，一些蛋白聚糖核心蛋白已經(jīng)在成人毛囊中描述過，對(duì)于aggrecan在毛囊中的研究較少。Malgouries[5]通過研究人毛囊中的蛋白聚糖的分布，發(fā)現(xiàn)aggrecan在生長期毛囊的結(jié)締組織鞘和基底膜中表達(dá)，而且在毛囊的最底部表達(dá)得很好，但在真皮乳頭中未檢測(cè)到。在退行期毛囊中，aggrecan染色在毛球部周圍仍然很強(qiáng)烈，但在柱狀上皮周圍完全消失。在晚期退行期，aggrecan在毛囊的真皮乳頭中表達(dá)。此外，通過對(duì)人真皮乳頭細(xì)胞進(jìn)行單層培養(yǎng)，發(fā)現(xiàn)aggrecan對(duì)細(xì)胞增殖有明顯的促進(jìn)作用，但對(duì)DPC的鑒定沒有影響[16]。這些結(jié)果表明aggrecan的表達(dá)隨著毛發(fā)周期的變化而變化，并對(duì)細(xì)胞增殖起促進(jìn)作用。

6 biglycan

biglycan是小的富含亮氨酸蛋白聚糖家族的成員。biglycan基因位于X染色體上。最初是從牛骨中分離出來的，然后在克隆和測(cè)序后發(fā)現(xiàn)其在N端區(qū)域含有兩個(gè)Ser-Gly附著位點(diǎn)，因此其命名意味著兩條糖胺聚糖鏈。biglycan已被證明在細(xì)胞表面，細(xì)胞周圍，有時(shí)在器官內(nèi)一系列特化細(xì)胞類型的細(xì)胞外基質(zhì)中表達(dá)，是一種關(guān)鍵的基質(zhì)成分和必要的信號(hào)分子。biglycan是與decorin密切相關(guān)的小的富含亮氨酸蛋白聚糖，序列和結(jié)構(gòu)分析表明，這些基因在氨基酸水平上有55%的同源性，很可能是基因復(fù)制的產(chǎn)物。并且biglycan與decorin也是通過結(jié)合TGF-β來調(diào)節(jié)生物活性[17]。

之前研究表明biglycan在表皮中表達(dá)，而且在毛囊周圍的基底膜和結(jié)締組織鞘中表達(dá)較強(qiáng)，在真皮乳頭中高水平表達(dá)[5]。Zhang等[18]為了確定毛囊再生的關(guān)鍵因子，通過蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)對(duì)第3代和第9代DPC培養(yǎng)液進(jìn)行分析，篩選出在第3代相比第9代DPC培養(yǎng)液中表達(dá)量高的蛋白，其中包括biglycan。為了進(jìn)一步分析，作者對(duì)小鼠分別注射第3代和第9代DPC培養(yǎng)液，發(fā)現(xiàn)注射第3代DPC培養(yǎng)液的小鼠皮膚中biglycan的表達(dá)水平增加并且在新生的毛囊中高度表達(dá)，但是在注射第9代DPC培養(yǎng)液的小鼠皮膚中未能誘導(dǎo)出新生毛囊，并且biglycan在皮膚中很少表達(dá)。根據(jù)之前研究發(fā)現(xiàn)biglycan通過其核心蛋白介導(dǎo)Wnt功能來增強(qiáng)經(jīng)典Wnt信號(hào)傳導(dǎo)[19]。已知Wnt/β-catenin信號(hào)通路，在毛囊生長和胚胎發(fā)生過程中起著重要的誘導(dǎo)作用。當(dāng)Wnt信號(hào)被抑制時(shí)，皮膚基質(zhì)不能形成，胚芽不能產(chǎn)生，毛囊的發(fā)育也被阻斷[20]。因此，作者推測(cè)DPC分泌biglycan誘導(dǎo)毛囊再生可能也是通過調(diào)節(jié)Wnt/β-catenin信號(hào)通路。之后Kalabusheva等[16]對(duì)人DPC進(jìn)行單層培養(yǎng)，發(fā)現(xiàn)biglycan對(duì)人DPC增殖有明顯促進(jìn)作用。這些結(jié)果表明，biglycan在調(diào)節(jié)Wnt信號(hào)傳導(dǎo)和調(diào)控DPC分化增殖過程中起著關(guān)鍵作用。

毛囊是由上皮—間充質(zhì)相互作用的結(jié)果，在毛囊形成過程中蛋白聚糖發(fā)揮調(diào)節(jié)生長因子活性作用從而促進(jìn)毛囊發(fā)育，毛發(fā)生長。今后，還需要進(jìn)一步研究來加深對(duì)蛋白聚糖在毛囊中作用機(jī)制的理解以便盡早開發(fā)新藥應(yīng)用到臨床來治療毛發(fā)疾病。