影响肽基精氨酸脱亚胺酶3（peptidyl arginine deiminase 3）及其主要底物的致病性变异是导致中心性离心性瘢痕性脱发的根本原因

《Journal of Investigative Dermatology》：Pathogenic variants affecting peptidyl arginine deiminase 3 and its major substrates underlie central centrifugal cicatricial alopecia

中央离心性瘢痕性脱发（CCCA）的遗传机制研究。通过全外显子组测序分析75例患者，发现9个PADI3致病突变（含4个新发突变），并首次揭示S100A3和TCHH基因变异。研究证实PADI3蛋白功能异常导致头发结构破坏，S100A3突变降低PADI3介导的泛素化效率，TCHH突变影响细胞内定位。这些发现为CCCA的分子诊断和靶向治疗提供依据。

　　中央性离心性瘢痕性脱发（CCCA）是一种主要影响非洲裔女性的原发性瘢痕性脱发类型，通常表现为从头顶开始的逐渐性脱发，并向周围扩展。尽管已有研究指出遗传易感性在CCCA的发病机制中起着重要作用，但到目前为止，只有PADI3基因与该疾病相关联。PADI3编码一种称为肽基精氨酸脱亚氨酶3的酶，该酶在头发轴形成过程中通过翻译后修饰发挥关键作用。在本研究中，科学家们分析了75名临床和组织学确诊的CCCA患者的全外显子组序列，旨在进一步揭示该疾病的遗传基础。研究发现，在PADI3基因中存在九种致病性的杂合变异，其中包括四项此前未被报道的错义变异。这些变异被预测会破坏蛋白质功能，导致表达减少和异常的细胞内定位。此外，还发现了两个与PADI3相关的基因——S100A3和TCHH中的致病性变异。这两个基因分别编码S100钙结合蛋白A3和角质细胞角蛋白（trichohyalin），它们在维持头发轴完整性方面起着关键作用。

通过功能分析，研究人员发现这些变异导致了PADI3表达的降低、细胞内定位的异常以及酶活性的减弱。这表明这些变异可能在CCCA的发病机制中起着重要作用。在S100A3基因中发现的变异导致其被PADI3进行的脱亚胺反应减少，而TCHH基因中的变异则影响了蛋白质的表达和细胞内定位，使其在细胞内形成异常的聚集。这些结果表明，CCCA的发病可能涉及多个基因的相互作用，而不仅仅是PADI3。

CCCA的遗传机制是复杂的，已有研究表明该疾病可能具有显性遗传模式。在超过20%的CCCA患者中发现PADI3基因的变异，这表明PADI3在CCCA中的重要性。此外，研究还指出，除了遗传因素，头发护理习惯和免疫介导的通路也可能在CCCA的发展中起到一定作用。因此，CCCA的发病可能是多种因素共同作用的结果。

在本研究中，研究人员发现至少有40%的患者携带与CCCA相关的基因变异，这进一步支持了该疾病的遗传异质性。这些变异在非洲人群中相对常见，这可能意味着环境因素或其他遗传因素在CCCA的发病中也扮演重要角色。因此，未来的研究需要进一步探讨这些变异与环境因素之间的相互作用，以更全面地理解CCCA的发病机制。

为了验证这些变异的功能影响，研究人员使用了多种方法，包括蛋白质建模、免疫印迹和免疫荧光分析。通过蛋白质建模，他们发现这些变异主要位于PADI3的Ig结构域，这些结构域被认为在蛋白质二聚化过程中起着关键作用。而这些变异可能会影响PADI3的催化活性，从而影响头发轴的形成和完整性。免疫印迹分析显示，这些变异导致PADI3表达的减少，而免疫荧光分析则揭示了变异蛋白质在细胞内的异常定位，形成了细胞质中的聚集。

在S100A3基因中发现的变异也显示出类似的功能影响。S100A3是一种钙结合蛋白，其在头发轴的角质层中高度表达，被认为是PADI3脱亚胺反应的重要底物之一。变异导致S100A3的表达减少，同时也减少了PADI3对其的脱亚胺反应。这些结果表明，S100A3的变异可能影响头发轴的结构和稳定性，从而促进CCCA的发生。

TCHH基因中的变异同样显示出对蛋白质功能的影响。TCHH是一种结构蛋白，与PADI3在头发轴的内根鞘和髓质中共同定位。PADI3通过脱亚胺反应减少TCHH的电荷，使其能够与角蛋白中间丝结合。随后，TCHH和角蛋白中间丝通过转谷氨酰胺酶3（TGM3）进行交联，从而稳定和硬化角蛋白中间丝。TCHH的变异可能影响这一过程，导致头发轴的机械稳定性受损，进而引发脱发和瘢痕形成。

研究还发现，有三位患者携带了两个不同基因的致病性变异，这进一步强调了CCCA的遗传异质性。然而，这些患者的临床表型并没有显著差异，这表明单一基因的变异可能不足以导致CCCA的发生，而多个基因的变异可能共同作用，导致疾病的发展。

本研究的局限性在于未能对患者来源的毛囊进行表达分析，因为相关的皮肤活检样本未被提供。因此，未来的研究需要结合更多的临床数据和组织学分析，以更全面地理解这些基因变异在CCCA中的具体作用。此外，研究还指出，这些变异可能为未来针对遗传易感人群的治疗和预防策略提供新的思路，例如开发能够增强PADI3酶活性的小分子药物。

总之，这项研究通过全外显子组测序和功能分析，揭示了CCCA的遗传基础，发现除了PADI3之外，S100A3和TCHH也可能是该疾病的遗传因素之一。这些结果为理解CCCA的发病机制提供了新的视角，并可能为未来的遗传检测和靶向治疗提供依据。研究还强调了遗传与环境因素之间的相互作用，以及这些因素如何共同影响CCCA的发生和发展。未来的研究应进一步探讨这些变异与环境因素之间的关系，以期找到更有效的预防和治疗方法。