肌肽在头皮护理方面的功效机制研究进展

武涛,刘慧,庄开颜,刘菲,王学文,王倩,王兴凯,陈博文,张绚,杨素珍

(山东福瑞达生物股份有限公司,山东 济南 250101)

头皮作为人体皮肤最脆弱的一部分,容易受到紫外线[1]、化学污染和个人卫生等多种因素的影响,引发多种头皮疾病问题。头皮部位的水分含量、酸碱度和皮质含量是反映头皮健康问题的主要因素,易影响头发的正常生长。脱发[2]、脂溢性问题[3]和头皮敏感[4]是当前的核心问题,这不仅影响人们的头皮健康,还带来一定的心理压力和生活烦恼。越来越多的消费者重视头皮护理,极大推动了相关领域的研究发展。

肌肽是一种由β-丙氨酸和L-组氨酸构成的可水溶的二肽,主要存在于肌肉和神经组织中。作为一类良好的抗氧化[5]、抗炎[6]和控油功效的活性成分,推测其可能有效防治头皮不适相关病症的发生发展,具备良好的头皮护理功效。因此本研究通过网络药理学[7]和文献计量学[8]分别探究了肌肽在头皮护理方面的功效机制及其研究现状,见图1。

图1 肌肽在头皮护理方面的功效机制及其研究现状

1 方法

1.1 肌肽和头皮不适症状的靶点检索

通过SwissTarget Prediction数据平台(http://www.swisstargetprediction.ch/)预测“肌肽”的作用靶点。基于Genecards(https://www.genecards.org/)数据库和OMIM(https://omim.org/)数据库[9],以“Scalp Seborrheic Dermatitis、itchy scalp和keratosis seborrheic”等关键词对头皮不适症状相关靶点进行检索和收集上述两个数据库相关靶点,筛掉重复靶点,获取最终的头皮不适相关靶点。运用R软件和UniProt数据库(https://www.uniprot.org/)对收集到的靶点进行标准化基因名更换。

1.2 蛋白互作网络(PPI)构建及分析

为了探究肌肽对头皮不适相关症状的护理作用,利用R程序包,获取肌肽和头皮不适症状的交集靶点,并绘制韦恩图。将交集基因置于STRING分析平台(https://string-db.org/),设置物种为“Homo sapiens”,最低交互阈值为“medium confidence=0.9”,以及隐藏无交互作用的靶点,分析肌肽与头皮不适症状的共通靶点相互间的作用关系,绘制PPI互作图,同时下载保存TSV格式文件。运用Cytoscape软件中的“Network Analysis”工具进行网络拓扑学分析,获取Top7的蛋白互作图。

1.3 GO和KEGG富集分析

深入分析共同靶点在生物过程和机制通路等功效机制,随即进行GO和KEGG富集分析。简而言之,基于metascape数据库(https://metascape.org/),将交集靶点导入数据分析平台,选择物种为“Homo sapiens”,进行自定义分析,设置分析条件“Min Overlap=3、P Value Cutoff=0.01和Min Enrichment=5”,其余参数不变,获取肌肽与头皮不适症状交集靶点的GO和KEGG富集结果。

1.4 文献计量学分析

以中国知网作为数据来源,输入“肌肽”作为关键词,设置检索年限2014—2023年,文献类型为期刊论文。以医药领域的技术研究和临床研究等作为纳入标准,排除与主题无关、无法获取原文和信息不全的期刊论文。将筛选出的文献进行整理,应用Excel 软件建立数据库,重点分析专业、作者、机构、研究类型、研究层次、发表期刊和支持基金等相关信息。此部分研究由两名研究者分别进行收集分析,以保证数据准确性,当存在不同意见时,由第三位研究者进行判定。

2 结果

2.1 头皮不适相关靶点的收集

通过Genecards数据库和OMIM数据库合并去重后检索到4 172个靶点。

2.2 肌肽对头皮护理方面的PPI网络

通过肌肽与头皮不适症状的靶点交集操作,得到34个交集靶点,如图2。构建交集基因的蛋白互作关系,即PPI网络,如图3。用cytoscape软件对PPI网络进行了网络拓扑学分析,平均节点度值高于8的靶点主要有7个,依据度值排序为EGFR、ICAM1、NOS3、PPARG、ITGB2、ITGB3和LCK,对其蛋白互作关系进行可视化处理,推测其是肌肽有效护理头皮重要的靶点和调控关系,如图4。

图2 肌肽靶点与头皮不适靶点交集

图4 关键靶点的互作图

2.3 GO和KEGG富集分析

基于metascape数据库中分析得到P值≤0.01的GO条目442个,其中包括激素应答、细胞对有机氮化合物的反应、对肽的反应、 细胞激活和细胞运动的正向调节等359条生物过程(BP);细胞膜侧、分泌颗粒膜、质膜外侧和膜筏等33条细胞组分(CC);s -腺苷蛋氨酸依赖的甲基转移酶活性、 DNA甲基转移酶活性、酪氨酸激酶结合蛋白和组蛋白甲基转移酶活性等分子功能50条,对前10条分析,如图5。对KEGG通路富集分析得到55条,包括NF-κ B信号通路、精氨酸生物合成、PI3K-Akt信号通路以及松弛素信号传达等激素相关通路,对相关通路前20条分析,如图6。

图5 GO(BP、CC和MF)富集分析图

图6 KEGG通路富集分析图

2.4 文献计量学分析

对纳入的531篇文献的发表时间进行筛选发现,2014—2021年的年发文量均稳定在50～70篇范围内,仅在2022年的年发文量是31篇,2023年虽然发文量不高,但是仍处于增长阶段,尤其集中于医药领域,相关趋势如图7。

图7 年发文量趋势图

纳入分析的文献中发文量靠前的作者主要是王爱红、杨菁、朱洁、马茜、王辛、杨文强、杨华、王伟、张春晶和何鑫等学者,如图8。靠前的机构主要是南京中医药大学、锦州医科大学、齐齐哈尔医学院、河北北方学院、浙江大学、中国农业科学院、郑州大学、杭州市儿童医院、浙江省农业科学院和浙江海洋大学等科研院所,如图9。涉及的专业学科主要是神经病学、急救医学、儿科学、轻工业手工业、药学、外科学、内分泌腺及全身性疾病学、畜牧与动物医学、一般化学工业和化学等,如图10。

此外,本研究还对纳入的文献中涉及的支持基金进行了分析,主要涉及国家自然科学基金、现代农业产业技术体系建设专项资金、江苏省青蓝工程、国家重点研发计划、浙江省自然科学基金、内蒙古自治区自然科学基金、广西科学基金、河南省科技攻关计划、黑龙江省自然科学基金和辽宁省自然科学基金等,如图11。

图8 Top 20作者发文量数据图

图9 Top 20机构发文量数据图

图10 Top 20各学科发文量数据图

图11 Top 20各支持基金的发文量数据图

3 讨论

头皮是人体皮肤的一部分,覆盖在头顶的骨骼和软组织结构之上,主要功能包括保护头皮免受机械和化学损伤,以及控制水分和油脂的分泌。常见的头皮不适症状主要有头皮屑[10]、头皮瘙痒[11]和头皮糠疹[12]等,这些都与环境、生活方式、饮食以及潜在健康问题密切相关。

头皮屑问题[13],通常由表皮细胞过度生长和随后死亡导致的皮肤脱落引起。头皮脂溢性皮炎也是头皮问题的多发病之一,具有周期长、易复发和难治疗等特点,高凤等[14]学者利用梅花针结合西药治疗的方法,对60位头皮脂溢性皮炎患者进行临床治疗,发现此方法具有较好的治疗斑丘疹、鳞屑、油脂和瘙痒等疗效。卢伊娜等[15]学者筛选了蔓荆子、龙胆和何首乌三种中草药提取物,通过评估其在角质形成细胞上的炎症调节作用,以及在临床试验上的治疗效果,发现提取物可通过抑制炎症反应,发挥舒缓头皮作用有效治疗脂溢性皮炎。上述操作均存在治疗步骤复杂的劣势,所以研发有效的活性物质是所有研究人员努力的方向,本文重点研究了肌肽作为头皮护理方面的活性潜力。

氧化应激是头皮问题出现的关键因素,产生的活性羰基化物质严重损伤蛋白质、核酸和脂质大分子从而加重头皮问题发展。肌肽是一种由肌肽合酶催化β-丙氨酸和L-组氨酸键合成的肽类物质,在细胞免受损伤保护中发挥抗氧化剂的作用。肌肽通过调控AKT信号通路和mTOR代谢调节因子发挥保护功效,而AKT信号通路是上述网络药理学预测得到的调节通路。此外,肌肽也可能调节EGFR和NOS3等多种细胞靶点发挥护理头皮功效。EGFR是由膜外配体结合域、疏水性跨膜域和胞内受体酪氨酸激酶结合域三种主要域构成的单链跨膜糖蛋白,是ErbB蛋白家族(在人类中被称为HER家族)的一员,可通过配体诱导的二聚体化激活多个下游信号通路,从而促进皮肤细胞增殖和分化,抑制细胞凋亡[16]。NO是公认的信息传递分子,在头皮区域有着关键作用。NOS3产生的NO具有头皮稳态保护作用,头皮损伤会激活NOS3[17],当肌肽护理头皮区域后可能发挥更优的头皮保护功效。

皮肤是抵御来自细菌、自由基或辐射的外部攻击的重要屏障。UV-A辐射会对该屏障造成显著损害,引发炎症、氧化应激和皱纹形成,从而促进光老化。Silvia等[18]学者研究发现,肌肽是一种有效的抗氧化剂和羰基清除剂,可预防暴露于UV-A辐射的无毛小鼠皮肤的光老化损伤。皮肤中晚期糖基化终产物(AGEs)的积累与皮肤老化有关,抑制细胞外基质蛋白质的糖基化可能有助于改善皮肤质地和外观,一项研究证明局部应用含肌肽的新型面霜在离体皮肤外植体中具有显著的抗糖化活性[19]。此外,Aiello等[20]学者分析了肌肽对 UVA 照射的人类皮肤成纤维细胞蛋白质组的影响,发现肌肽可能通过激活 Nrf2 通路,调节结构蛋白(纤连蛋白和XVIII型胶原蛋白等)对抗UVA辐射有害影响的保护功能。Girardi等[21]学者利用离体皮肤模型,发现L-肌肽可减少ROS和AGEs,有效预防光损伤。头皮部位的光老化和自然老化会导致皮肤中衰老细胞的过度积累,具有不同程度地促进瘙痒、疼痛和脱屑等问题的发生发展,而巨噬细胞可以选择性地识别和消除老化细胞,阻止头皮问题的恶化。因此,增强巨噬细胞加快清除衰老的角质形成细胞和成纤维细胞是一种有效的头皮护理方法。Li等[22]学者建立了巨噬细胞和衰老皮肤细胞共培养模型,发现肌肽可以通过激活AKT2信号通路来增强巨噬细胞清除衰老的角质形成细胞和成纤维细胞的免疫能力,这表明肌肽具备有效护理头皮的功效潜力。

通过文献计量学分析,可知肌肽的研究领域还着重于医药领域,在头皮护理方面涉及较少。相关研究机构和学者主要涉及神经病学和急救医学等方向,其中南京中医药大学和锦州医科大学等科研院所对肌肽的研究较为深入。基于以上分析,发现肌肽在护理领域仍大有可为。

总体而言,肌肽在头皮护理方面表现出显著的应用前景,具有以下几个关键优势:增强皮肤防御能力:防御自由基损伤,降低紫外线损伤,减缓皮肤衰老过程。有助于中和自由基,从而降低皮肤老化风险,增强皮肤的抵抗力。减少炎症:有助于降低氧化应激和炎症反应,减少皮肤炎症。防止皮肤直接受到氧化应激损伤,从而降低皮肤损伤和炎症。有助于保护皮肤不受外在环境因素(如环境污染、紫外线损伤)的影响。促进头发健康生长:有助于降低氧化应激反应,减少头发损伤,促进头发生长,从而提高头发质量。

最后,头皮问题需要有全面的护理方法。首先,应选择适合自己头皮问题的产品。其次,需要改变生活方式,如避免过度油腻和刺激性食物,保持良好的睡眠卫生,避免长期压力和焦虑。如果头皮问题一直存在或逐渐加重,应寻求医疗帮助。头皮问题不是一夜之间就能解决的,需要长期的努力。只要坚持正确的头皮护理方式,就能使头皮更健康,更有活力。