(The) role of tumor necrosis factor-α on hair regeneration

국문 초록 (Abstract)

TNF-α는 모낭세포의 증식을 억제하거나 사멸을 유도하는 것으로 보고되었으나, 최근 동물모델을 활용한 일부 모발재생 관련 연구결과에 의하면 탈모증의 주원인중 하나인 염증 유발 사이토카인인 TNF-α가 오히려 모발재생에 결정적으로 중요한 인자로서 작용하는 것으로 보고되었다. 즉, 두피에 신체가 반응할 정도의 손상을 입히게 될 경우, TNF-α의 면역반응성에 기인하여 모발재생이 이뤄지고 생장기 진입을 촉진시키는 인자로서 TNF-α 농도 상승이 수반되어야 한다고 하였다. 또한, 손상에 대해 모낭세포는 quorum sensing 시스템을 통하여 모낭세포가 모발재생이 이뤄지도록 지시하는 것으로 보고하였다. 그러나 손상에 의한 모발재생은 실제 사람의 탈모치료에 적용할 경우, 두피에 강력한 고통을 야기하므로 적용가능한 손상방법이 있어야 하며 손상의 정도에 따른 효능 역시 검증되어야 한다. 또한, TNF-α가 모발재생에서의 핵심 요소이므로 강력한 손상없이도 TNF-α분비와 surge를 유도할 수 있다면 획기적으로 모발재생이 가능할 것으로 예상된다. 따라서 본 연구에서는 현재 인체에 적용이 가능한 더마롤러를 활용하여, 미세손상을 유도하여 TNF-α 활성화를 유도할 수 방법을 모색하였다. 즉, 동물모델 등 피부에 미세다륜침법으로 미세손상을 일으켜 TNF-α surge를 유도하였다. 이 TNF-α surge 현상은 실험 6일차에 일어나며, 같은 시점에서 Wnt3, Wnt10a 및 Wnt10b 등 모발재생 관련 인자의 mRNA 발현량이 증가하였다. 또한, 미세손상을 입은 마우스는 상처치유 과정에서 VEGF가 발현되어 모낭이 모세혈관으로부터 충족한 영양을 공급받아, 성장기가 길게 유지되었다는 것을 알 수 있었다. 그러나 TNF-α 억제제를 사용한 그룹의 동물에서는 이러한 모발재생이 육안적 및 조직학적으로 현저히 느려진 것이 관찰되었고, 두피층이 얇아지고 모낭길이가 유의미하게 짧아진것이 관찰되었다. 이는 TNF-α가 모발재생에 핵심적인 요인이라는 사실을 입증하였다. 또한, 미세손상을 유도하지 않고도 국부적인 TNF-α 경피도포에 의한 두피의 모발재생 효능을 입증하였다. TNF-α 경피도포는 동물모델에 손상을 주지 않으면서 모발재생 인자 Wnt3, Wnt10a 및 Wnt10b mRNA 발현량을 증가하였다. 또한 β-catenin 단백질 발현량의 증가로 Wnt 신호전달을 상향조절 하였으며 이는 모낭의 휴지기-생장기 전환에 기여하였다. 특히, Gli-1 단백질 발현으로 Shh 신호전달이 촉진 되는데, 이때 신호분자 TNF-α가 분포되지 않은 곳에서도 일부 모낭발생이 새롭게 진행된다. 본 연구는 탈모치료에 있어 TNF-α 역할의 재조명은 물론 이를 활용한 약물로서의 TNF-α제제 개발도 가능할 것으로 사료된다. 따라서 본 연구결과는 탈모치료에서의 새로운 패러다임을 유도할 수 있는 중요한 의미와 시사성이 있을 것으로 사료된다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Although the role of tumor necrosis factor-α (TNF-α) have been known to inhibit the proliferation of dermal papilla cells in the hair follicle or induce apoptosis in hair follicle cells, this study showed that TNF-α acts as a crucial factor in hair anagen induction. When the hair follicles severely injured by plucking, hair regeneration occurs due to the quorum sensing behavior of the hair follicles, and should be accompanied by an increase in TNF-α concentration as a factor that promotes entry into the growth phase. Moreover, the hair follicle cells were instructed to regenerate hair through the quorum sensing delivery system for damage. Therefore, this study sought a method to activate TNF-α by inducing micro-wound using a derma-roller that can be applied to the human body. Micro-wounds were caused to the dorsal skin of mice by means of a microneedle method, and a TNF-α surge was induced. The TNF-α surge phenomenon occurred on the 6th day of the experiment, and at the same point in time, there was an increase in the mRNA expression level which related to hair regeneration such as Wnt3, Wnt10a and Wnt10b. Furthermore, the micro-injured mice expressed vascular endothelial growth factor (VEGF) during the wound healing process, so that the hair follicles were supplied with sufficient nutrition from capillaries, and the anagen period was maintained for a long time. However, in the mice of the TNF-α inhibitor treatment group, the hair regeneration was observed to be significantly slower both visually and histologically, the epidermal layer was thinned and the hair follicle length was significantly shortened. It was proved that TNF-α was a key factor in hair regeneration. In addition, the hair regeneration efficacy of the scalp by local TNF-α transdermal application was demonstrated without inducing micro-wound. TNF-α transdermal application also increased the expression level of Wnt3, Wnt10a and Wnt10b mRNA without damaging the mice. Moreover, the increase in β-catenin protein expression induced the stimulation of Wnt/β-catenin signaling pathway, which contributed to telogen to anagen transition of the hair follicle. In particular, Sonic hedgehog signaling was stimulated by the expression of the Gli-1 protein. At this time, some hair follicles were newly developed even in areas where the signaling molecule TNF-α was not distributed. Therefore, the results of this study are considered to have a significant role in contributing to a new paradigm in hair loss treatment.

목차 (Table of Contents)

• Introduction 1
• Literature Review 4
• Chapter I. Effects of Microinjury-Induced Tumor Necrosis Factor-α Activation on Hair Regeneration 30
• Introduction 31
• Materials and Methods 34
• Results 42
• Discussion 51
• References 54
• Chapter II. Comparison of the Effects of TNF-α Activation and Inhibition on Hair Regeneration 58
• Introduction 59
• Materials and Methods 62
• Results 69
• Discussion 78
• References 82
• Chapter III. Improvement of Hair Regeneration in C57BL/6 Mice by TNF-α Topical Application 87
• Introduction 88
• Materials and Methods 92
• Result 100
• Discussion 114
• References 120
• Conclusion 125
• 국문초록 129