脱毛动物模型造模要素和药物防治的数据挖掘研究

孙位军，甘大莉，王张，张静，范刚，尹鸿翔

·药理毒理·

脱毛动物模型造模要素和药物防治的数据挖掘研究

孙位军，甘大莉，王张，张静，范刚，尹鸿翔

目的：定量研究脱毛动物模型的造模要素和防治药物，为提高造模效率和科学评价药物有效性提供参考。方法：收集1992-2016年研究脱毛动物模型文献70篇，录入动物种别、性别、给药面积，造模试剂、剂量、受试药物、阳性对照药、测试指标等信息进行定量统计和分析。结果：常用C57BL6小鼠、KM小鼠、SD大鼠，雌性居多，给药面积常用2cm×2cm=4 cm2；常用造模试剂有松香和石蜡、丙酸睾酮、硫化钠、环磷酰胺等，但造模剂量和时间跨度大，以背部皮肤给药为主；常测试指标为毛囊数、毛发长度及重量、毛细血管数、终毛毳毛比例、真皮厚度、毛细血管管径、皮脂分泌率和组织学等，血清中T、E2、T/E2、TCHO、TG、DHT等，机制指标涉及VEGF、HGF、IGF-Ⅰ、Bcl-2、ColⅠ、Bax等；以治疗性给药为主，给药周期为27 d左右，常用米诺地尔溶液和中药复方，涉及何首乌、丹参、侧柏叶、当归、黄芪、红花、川芎、女贞子、茯苓、熟地黄等51种药材。结论：脱发动物模型种类较多，有效性评价和作用机制研究指标亦较多，但各文献使用的造模剂量和周期差异大，导致造模效率低，失败风险大；中医药防治脱发的作用确切，但机制研究缺乏系统性和深度。

脱发；动物模型；造模要素；药物防治；数据挖掘

脱发(Alopecia)是常见疾病，严重影响人的外观和心理状态，主要包括雄激素性脱发（脂溢性脱发）、斑秃、假性斑秃、生长期脱发等，其中以前两者最常见[1]。雄激素性脱发(androgenetic alopecia，AGA)以男性患者更常见，约占男性脱发比例50%[2]。斑秃（Alopecia areata，AA）是T细胞介导、以毛囊为靶器官的器官特异性自身免疫性疾病。斑秃仅次于雄激素性脱发，具反复发作特点，严重者出现全秃或普秃。全世界斑秃患者约 0.7%-3.8%[3]，中国约0. 27%[4]，以男性为主。脱发病因复杂多样，病理机制尚不明确，而进行临床研究又难以获取头皮等相关组织，故多应用动物模型开展脱发发生机制和治疗方法研究。本文对国内20多年开展的脱毛动物模型的造模要素和药物防治实验研究结果进行数据挖掘和分析，旨在为提高造模效率和科学评价药物有效性提供参考。

1 材料

在中国知识基础设施工程(CNKI)中，收集1992年-2016年期间（25年）研究脱毛动物模型文献70篇，不含临床脱发研究、烧伤致动物实验研究等文章。

2 方法

2.1 信息录入

应用Excel软件，录入每篇文章题目，实验动物种别、性别、给药面积，造模试剂、作用时间、剂量、给予部位、给予方式，受试药物名称、药物组成、阳性对照药，测试指标等信息。

2.2 数据库构建

制作《脱毛动物模型的造模要素挖掘数据表》。

2.3 统计和分析

对录入的每项数据进行统计和分析，定量归纳造模要素和药物防治特点。

3 结果

3.1 动物

3.1.1 种别 C57BL6小鼠（37篇）、KM小鼠（7篇)、SD大鼠(7篇)、Wistar大鼠(6篇)、豚鼠(4篇)、兔(3篇)、BALB/c小鼠(3篇)、B6CBAF1/J小鼠(2篇)、C3H/Hen小鼠(1篇)、ICR小鼠(1篇)、黑毛白皮西藏小型香猪(1篇)。 C57BL6小鼠为最常用动物，因其皮肤颜色变化有利于判断皮肤的生长周期，即皮肤为粉红色时处于休止期阶段，皮肤变黑时处于生长期阶段[5]。

3.1.2 性别 脱发人群男性高于女性，但在动物实验中雌性动物（23篇）的使用频率高于雄性动物（14篇），可能因为雌性动物雄激素含量相对低，制作AGA模型较易。

3.2 造模

松香石蜡拔毛模型利用松香和石蜡(1∶1)粘性拔毛造模（24篇），雄激素性脱毛模型使用丙酸睾酮注射液和甲睾酮干预脱发基因表达来实现造模（13篇），硫化钠脱毛模型利用硫化钠和温和脱毛剂的化学溶解作用来造模（11篇），化疗脱发模型使用环磷酰胺注射液对毛囊造成损伤来造模（7篇），脱毛膏脱毛模型使用脱毛膏软化并毁断构成毛发的角质蛋白分子链来造模（1篇)，斑秃模型使用咪喹莫特膏造成毛囊免疫失调来造模（1篇），碳酸铊脱毛模型使用碳酸铊造模（1篇）。松香石蜡模型毛发脱落方式为物理拔毛，其余均为自然脱落。还对不同病理模型所使用动物种别、造模剂量、造模时间、给予部位和给予方式进行统计归纳，详见表1。

表1 脱毛动物模型的造模情况表

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3.3 评价指标

3.3.1 一般评价 常见指标有毛囊数（14篇）、毛发长度（14篇）、毛发重量（6篇）、毛细血管数（4篇）、皮脂分泌率（2篇）和终毛毳毛比例（2篇）、真皮厚度、毛发密度和毛细血管管径各1篇。造模后动物毛囊数、毛发长度、毛发重量、毛细血管数、终毛毳毛比例、真皮厚度和毛细血管管径均减少或降低，但皮脂分泌率增加。局部血液循环受阻，使毛细血管数减少和管径降低，毛囊营养不足、变少、变小。与此同时毛囊数所占空间变少，导致真皮厚度降低，是导致脱发的重要因素。吴哲等[8]认为皮脂分泌增多可机械压迫毛发根部和栓塞毛囊口，同时皮质分泌物中的油酸、亚油酸等过量时对毛囊有毒性作用，导致毛发中毒、枯萎、脱落。廖金凤等[9]研究表明脱发的病理表现主要是毛囊的微型化，即终毛减少、毳毛增多，终毛比毳毛的比例下降。正常人终毛与毳毛的比例约为7∶1，而在雄激素性脱发的患者中，其比例可以大幅减少到1∶1甚至1∶2。

3.3.2 组织学 48.57%文献有组织学观察，环磷酰胺注射液和丙酸睾酮注射液致动物脱毛后皮肤组织可见，毛囊较小、短而细，分布较稀疏，下端退化；毛根鞘消失，外毛根鞘逐渐角化，毛球变平，不成凹陷；毛乳头逐渐缩小，细胞数减少；毛母质已萎缩呈杆状，与毛乳头远离，毛发呈杵状末端，毛乳头停留在毛囊基底近端不能识别。但在前期实验中发现，松香加石蜡、脱毛膏和硫化钠导致的脱毛，皮肤组织的病理变化较小，如对毛囊数有影响。

3.3.3 血清激素 常见指标有睾酮（T，7篇）、雌二醇（E2，4篇）、睾酮/雌二醇（T/E2，3篇）、总胆固醇（TCHO，2篇）、甘油三酯（TG，2篇）各和二氢睾酮（DHT，1篇）。AGA主要由于体内雄激素异常导致，T、E2、T/E2和 DHT含量均上升，AGA患者[10]常伴有血脂（TG和TCHO）升高现象。AGA患者的E2水平明显升高，对雄激素和TCHO抑制作用降低。在AA的发病机制中，由于毛囊异常暴露于潜在免疫活性的免疫系统，再通过毛囊的抗原物质激活强大的免疫系统，诱发释放大量炎症因子（IL-2、IL-4、IL-6等），继而引起脱发，故还可测试血清中炎症因子。

3.3.4 病理机制 常见指标有血管内皮细胞生长因子（VEGF，9篇），血清肝细胞生长因子（HGF，2篇），胰岛素样生长因子-I（IGF-I）、Bcl-2相关X基因（Bax）、细胞淋巴瘤/白血病-2（Bcl-2）、肿瘤坏死因子-R1（TNF-R1）、干细胞因子受体（C-Kit）、I型胶原（Col I）、细胞间粘附分子-1（ICAM-1）和内皮白细胞粘附分子（ELAM-1）各1篇。VEGF、HGF、IGF-Ⅰ、Bcl-2和ColⅠ表达降低，Bax、TNF-R1、C-Kit、ICAM-1、ELAM-1表达增强。Weedon D[11]用电镜方法研究鼠的毛发退行期时毛囊自然退化机制，认为毛囊变小是由细胞凋亡引起的。Polakowska RR[12]提出Bcl-2的过度表达可抑制皮肤细胞凋亡，当Bax占优势时，激活膜死亡受体TNF-R1途径，促进细胞凋亡。处于生长期的头发毛囊表现出高度血管化，且与 VEGF 的表达相关[13-14]。HGF在真皮乳头中表达增加，有促进毛囊生长的作用。IGF-Ⅰ可通过刺激体外毛发生长及延缓毛囊进入退行期[15]。ICAM-1和ELAM-1参与毛囊的细胞凋亡和毛囊的退化，当表达量增加时引起毛囊内细胞凋亡提前进入退行期[16]。

3.4 药物防治

3.4.1 给药面积 C57BL6小鼠2 cm×2 cm=4 cm2（9篇）、豚鼠3 cm×3 cm =9 cm2（3篇）、KM小鼠2 cm×3 cm=6 cm2（2篇）、兔2 cm×2 cm=4 cm2（2篇）、SD大鼠4 cm×6 cm=24 cm2和 9 cm×7 cm=63 cm2（2篇）、Wistar大鼠 9 cm×7 cm=63 cm2（2篇）、BALB/c小鼠 1.5 cm×2 cm=3 cm2（1篇）和黑毛白皮西藏小型香猪 3 cm×6 cm=18 cm2（1篇）。

3.4.2 给药方案 多采用涂抹方式给药，以治疗性给药为主，预防性给药为辅，给药周期为26.96±15.72天，与临床长期给药的情况类似。

3.4.3 有效性概述 药物主要通过修复毛囊或改善毛囊周围的毛细血管从而促进生发作用，如动物皮肤的毛囊数、毛发长度、毛发重量、毛细血管数、终毛毳毛比例、真皮厚度和毛细血管管径均增加或升高，皮脂分泌率降低；血清中T、E2、T/E2、TCHO、TG和 DHT含量均降低；VEGF、HGF、IGF-Ⅰ、Bcl-2和ColⅠ表达增强，Bax、TNF-R1、C-Kit、ICAM-1、ELAM-1表达降低。

3.4.4 阳性对照药 多见中西药结合的治疗方式。按照使用频率依次为：5 %米诺地尔溶液(9篇)、章光101育发剂 (8篇)、生发酊(5篇)、复方醋酸地塞米松软膏(4篇)、养血生发胶囊(3篇)、安体舒通口服片 (2篇)以及斑秃丸、茶多酚、非那雄胺、敏乐啶洗剂、螺内酯混悬液、滋补生发片(均为1篇)。米诺地尔溶液作为美国 FDA 唯一批准上市的治疗脱发的非处方药，长期外用安全性高，其作用机制为促进真皮乳头血管形成，增加局部皮肤血流；增加VEGF mRNA及其蛋白表达，同时有助于前列腺素合成，从而促进毛囊生长；促进毛囊上皮细胞的增殖和分化，开放K+通道，抑制Ca2+内流，改变毛发周期，延长毛发生长期、缩短休止期，延后启动退行期[17-18]。

3.4.5 中药复方 “一枝好”育发液、补肾活血复方、复方红花酊、活血补肾合剂、生发擦剂、生发酊、生发灵酊剂、生发灵、舒发康、脱发再生灵、养血生发胶囊、银杏生发合剂、银杏合剂、止脱灵和中药育发液等15个。

3.4.6 中药材 51种，常用者有何首乌 (13篇)、丹参(11篇)、侧柏叶(9篇)、当归(8篇)、黄芪(7篇)、红花(7篇)、川芎(6篇)、女贞子(5篇)、茯苓(5篇)、熟地黄(5篇)等。中医认为毛发脱落：☒ 先天肝肾亏虚，阴血不足，发失所养所致。何首乌炮制品具有补肝肾，益精血，乌须发，强筋骨作用，又能抑制皮脂的过多溢出，故使用频率最高。气血运行不畅，瘀阻毛窍而至毛发脱落。丹参具有祛瘀止痛，活血通经作用，又能祛脂，改善毛囊局部血液循环，使用频率亦较高。饮食不节，脾失健运，湿热内蕴，上蒸巅顶，而致发根受损。黄芪具有补气升阳，固表止汗，生津养血；炙用益气补中等功效亦较常使用。

4 讨论

4.1 动物模型存在的问题及实用性建议

通过归纳整理发现，雄激素性脱毛模型、硫化钠脱毛模型和化疗脱发模型，在不同的文献中采用的造模剂量和造模时间的差异很大。如雄激素性脱毛模型中丙酸睾酮注射液的剂量从5至0.001 mg⋅(kg⋅d)-1，剂量相差5000倍；给药时间从21至60 d，时间相差39 d。另外，在造模过程中由于造模时间过长，动物的病变可逐渐恢复正常，导致造模效率低、风险大，故应规范和统一造模剂量和时间。

不同脱毛动物模型，因其发病机制不同，适合不同研究需求。如雄激素性脱毛模型，与临床AGA发病机制相似，适合研究脱发病理机制研究以及药效的有效性确证，但是造模效率太低；松香加石蜡拔毛模型，适合快速筛选药物有效性；脱毛膏脱毛模型造模稳定性好，适合评价由于化学性试剂导致脱发病理机制研究；硫化钠脱毛模型适合洗发剂和染发剂导致的脱发研究；化疗脱发模型，适用于化疗药物引起的脱发病理机制研究等。

4.2 中药治疗脱发的作用机制

中药治疗脱发疗效显著，较西药副作用小、成本低，但机制尚未明确。目前，作用机制主要有：(1)改善毛囊微循环：微循环是微（细）动脉和微（细）静脉之间微血管的血液循环，微循环障碍使毛囊周围血管收缩，刺激血管壁平滑肌细胞增殖，最终使局部缺血缺氧，导致毛囊萎缩；通过改善毛囊周围微循环，调节毛囊生长周期关键部位，从而促进毛发生长；(2)调节毛囊周期相关细胞因子：毛囊及其周围组织存在多种生长因子和细胞因子(VEGF、HGF、IGF-Ⅰ等)及其受体，通过对其干预使毛发生长周期和发育发挥调控作用；(3)调节毛囊细胞凋亡：毛囊变小是因为细胞凋亡引起，通过抑制或降低细胞凋亡来防止脱发；(4)调节体内或者毛囊局部雄激素水平：AGA主要由于雄激素异常导致，通过抑制5α-还原酶或雄激素受体，控制毛发生长基因的表达来防止脱发。

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Study on the data mining of animal model of alopecia and medical treatment

/SUN Wei-jun, GAN Da-li, WANG Zhang,ZHANG Jing, FAN Gang, YIN Hong-xiang/( Chengdu University of Traditional Chinese Medicine,, Chengdu 610075, Sichuan)

Objective:To conduct a quantitative study on the modeling factors of animal model of alopecia and medical treatment, thus improving the efficiency of modeling and scientific evaluation of drugs.Method:70 literatures on animal models of alopecia during 1992-2016 were collected. Then the information such as the animal species, sex, drug delivery area, molding reagent,dosage, name of the test drug, positive control drug, and the test indexes was input for quantitative statistics analysis.Result:C57BL6 mouse, KM mouse, SD rat were commonly used, and female were widely employed in the study. Usual drug delivery area was 4cm2(2cm×2cm). The most frequently used molding reagents included wax and resin, testosterone propionate, Na2S, and cyclophamide etc. with varying dosages and wide time span. The back was given the drug in most cases. The number of hair follicles, hair length,hair weight, capillary count, the proportion of terminal hair vellus hair, dermal thickness, capillary diameter, sebum secretion rate and histologic were detected. The levels of serum T, E2, T/E2, TCHO, TG and DHT were also detected. Several mechanism indicators such as VEGF, HGF, IGF-Ⅰ, Bcl-2, ColⅠ, and Bax etc. were involved. The treatment was mainly given with a 27-day drug delivery cycle. Minoxidil and Chinese herbal compound were applied. 51 kinds of medicinal herbs were involved such as Heshouwu, Danshen,Cebaiye, Danggui, Huangqi, Honghua, Chuanxiong, Nvzhenzi, Fuling and Shudahuang etc.Conclusion:There are numerous animal model of alopecia and plenty of indicators in terms of its effective evaluation and action mechanism. However, different model dosages and periods are applied in different literatures, resulting in low efficiency and great risk of failure. Chinese medicine is effective in the prevention and treatment of hair loss, but its mechanism lacks systematicness and depth.

Alopecia; animal model; modeling elements; medical treatment; data mining

R 285.5

A

1674-926X(2017)06-015-05

四川省科技扶贫专项(2017NFP0080)得荣县光核桃系列健康产品的研究开发与科技精准扶贫示范

成都中医药大学，四川 成都 610075

孙位军，男，在读硕士研究生；研究方向：中药理论与实践应用研究Tel∶15184451197 Email∶swjslj123@163.com

王张，男，硕导，副研究员，主要从事民族药药理学研究 Tel∶028-61800274，13558727112 Email∶wzcqcd@163.com

2017-08-17

（责任编辑：陈思敏）