The effects of phosphodiesterase 3 (PDE3) inhibitor on hair follicle cell viability and hair growth

Abstract

Phosphodiesterase 3 (PDE3) inhibitor increases the intracellular level of cyclic adenosine monophosphate to cause vasodilation. Topical application of PDE3 inhibitor, for example cilostazol, is reported to improve local blood flow and enhance wound healing; however, its effect on human hair follicles is unknown. The purpose of this study was to determine the effect of PDE3 inhibitor on hair growth. We investigated the expression of PDE3 in human dermal papilla cells (DPCs), outer root sheath cells (ORSCs), and hair follicles. The effects of PDE3 inhibitor on DPC and ORSC proliferation were evaluated using BrdU and WST-1 assays. The expression of various growth factors in DPCs was investigated by growth factor antibody array. Additionally, hair shaft elongation was measured using ex vivo hair follicle organ cultures, and anagen induction was evaluated in C57BL/6 mice. Finally, the effects of PDE3 inhibitor on vessel formation and activation of the mitogen-activated protein kinase pathway were evaluated. We confirmed high mRNA and protein expression of PDE3 in human DPCs. PDE3 inhibitor not only enhanced the proliferation of human DPCs but also regulated the secretion of several growth factors responsible for hair growth. Furthermore, it promoted hair shaft elongation ex vivo, with increased proliferation of matrix keratinocytes. PDE3 inhibitor also accelerated anagen induction by stimulating vessel formation and upregulating the levels of phosphorylated extracellular signal-regulated kinase, c-Jun N-terminal kinase, and P38 after its topical application in C57BL/6 mice. Finally, our results show that PDE3 inhibitor promotes hair growth and may serve as a therapeutic agent for the treatment of alopecia.

포스포디에스테라아제 3 (PDE3) 억제제는 세포내의 고리형 아데노신 일인산 (cyclic adenosine monophosphate, cAMP)의 수치를 올려서 혈관확장을 유도한다. 포스포디에스테라아제 3 억제제의 하나인 Cilostazol을 피부에 국소 도포하였을 때, 국소적인 혈류의 흐름을 증가시켜서 상처 회복을 촉진한다는 기존의 연구가 있었다. 하지만 포스포디에스테라아제 3 억제제의 사람 모낭에 대한 영향은 아직까지 밝혀진 바가 없었다. 이 연구는 포스포디에스테라아제 3 억제제의 모낭 성장에 대한 효과를 알아보기 위한 목적으로 진행되었다. 이번 연구에서 사람의 모유두세포와 겉뿌리싸개세포, 사람 모낭에서의 포스포디에스테라아제 3의 발현 정도를 먼저 확인하였다. 포스포디에스테라아제 3 억제제가 모낭의 모유두세포와 겉뿌리싸개세포의 증식에 미치는 영향을 BrdU와 WST-1 분석을 통하여 확인해 보았다. 또한 성장인자 항체 분석법을 통하여 모유두세포 내에서의 다양한 모발 관련 성장인자들의 발현을 확인할 수 있었다. 이에 더불어, 모낭 기관 배양을 통해서 모간의 신장을 측정하였고, C57BL/6 마우스에서의 모발 생장기 유도 실험도 함께 진행하였다. 나아가, 포스포디에스테라아제 3 억제제의 혈관 형성에 미치는 영향과 미토겐 활성화단백질 키나아제 (Mitogen-Activated Protein Kinase, MAPK) 신호전달체계의 활성에 대한 연관성도 함께 연구하였다. 결과적으로 사람의 모유두세포에서 포스포디에스테라아제 3의 mRNA와 단백질이 모두 높게 발현하는 것을 확인하였다. 포스포디에스테라아제 3 억제제는 사람 모발의 모유두세포의 증식을 촉진시킬 뿐만 아니라, 모발 성장에 도움이 되는 다양한 성장 인자의 발현 역시도 조절함을 알 수 있었다. 뿐만 아니라, 포스포디에스테라아제 3 억제제는 체외 실험에서 모낭기질의 각질형성세포의 증식을 유도함으로써 모간 신장을 촉진시키는 것을 확인하였다. 또한 포스포디에스테라아제 3 억제제를 C57BL/6 마우스에 국소적으로 도포하였을 때 가인산 세포 외 신호 조절 키나아제 (phosphorylated extracellular signal-regulated kinase), c-Jun N-말단 키나아제 (c-Jun N-terminal kinase), P38을 상승시키고 혈관 생성을 촉진함으로써 모발의 생장기 유도를 가속화시키는 역할을 한다는 것을 알 수 있었다. 결론적으로, 이 연구를 통하여 포스토디에스테라아제 3 억제제가 모발 성장을 촉진한다는 것을 확인하였고, 추가적인 연구를 통하여 추후 탈모 치료의 새로운 치료법을 제시할 수 있을 것이라 기대한다.