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Metabolic Signatures in Urine of Hair Loss Patients: combined profiling of androgen and bile acid by LC-MS/MS

  • 김학순 (서강대학교 일반대학원)

초록/요약

Hair loss is one of the diseases that can easily happen around. The diseases related to hair loss are typically androgenic alopecia and alopecia areata (AA). These diseases cause abnormal hair cycles and leading to hair loss. According to Health Insurance Review & Assessment Service, the number of alopecia patients increased every year, and the age range of hair loss varies. Understanding the disease through metabolic differences between the hair loss group and the normal group will lead to positive developments in the treatment of hair loss disease. We selected bile acid (BA) and androgen (AN) as co-analytes to compare the metabolism of the two groups. AN is widely known as a hormone involved in hair loss, and BA has been reported in relation to hair loss. For simultaneous analysis of BA and AN, we developed an analytical method based on LC-MS and proceed to quantitative profiling through application to the sample. Enzyme hydrolysis, Liquid-liquid extraction and derivatization steps were used as pretreatment methods for LC-MS/MS analysis of urinary BA and AN. The devised method was validated in term of accuracy, precision, recovery, limit of detection (LOD), limit of quantification (LOQ) and linearity. The assay showed intra-day accuracy and precision of 83.31-99.42% and 8.08-19.49%, inter-day accuracy and precision of 91.13-100.08% and 5.83-11.85%, recovery of 91.18-111.5%. The correlation coefficients (R2) for all analytes were greater than 0.99. The LOQs were 1-10 ng/mL. The developed method was applied to two disease groups. One is the male pattern baldness (MPB) and the other is the AA. The LC-MS analysis data was corrected with creatinine. MPB group was divided into two groups to identify metabolic differences caused by finasteride. In group 1, normal control (NC) and MPB patients who took finasteride for 1 year were compared, and in group 2, MPB patient who took finasteride for 1, 2 and 3 years for the same subjects were compared. In the results for MPB group 1, T, DHEA, and CDCA levels were significantly increased in MPB patients. The significance of T and DHEA is the effect of finasteride, and the significance of CDCA is thought to remain the endogenous hair loss effect despite medication. The results for MPB group 2 showed no significant change in AN series, and the CDCA level decreased significantly between 1 and 3 years. On the basis of this, finasteride did not show any significant difference in long-term use, and the effect of the drug was shown to be sufficient even in the first year. The decrease in CDCA levels is thought to be gradually decreasing the endogenous hair loss effect due to long-term medications. In AA group, groups are classified based on gender. In the male AA group, DHEA levels were significantly decreased in patients. Based on the results, the association between male immunity and DHEA was confirmed in the male AA group. Increased UDCA levels in female AA patients group indicate the potential for increased apoptosis in patients with AA. MS-based metabolite profiling of BA and AN was an appropriate method for analyzing urine samples of MPB and AA patients. The developed method will be useful for investigating BA and AN associated metabolism of other inflammation disease such as skin-appendage disease.

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초록/요약

탈모는 주변에서 쉽게 일어날 수 있는 질병 중 하나이다. 탈모와 관련된 질병으로는 안드로겐 탈모증과 원형탈모증이 있다. 이 질병들은 비정상적인 모발 순환을 일으켜서 탈모를 발생시킨다. 한국건강보험심사평가원에 따르면 매년 탈모환자가 증가하고 있으며, 탈모가 발생하는 연령대가 다양하다. 탈모 그룹과 정상 그룹의 대사 차이를 통해 질병을 이해하는 것이 탈모 질환 치료 방법에 긍정적인 발전을 가져올 것이다. 우리는 두 그룹간의 대사 차이를 비교하기 위한 동시 분석물질로 담즙산과 안드로겐을 선택했다. 안드로겐은 탈모와의 연관성으로 익히 알려진 물질이고, 담즙산 역시 탈모와 관련한 보고서가 존재한다. 담즙산과 안드로겐의 동시 분석을 위해, 우리는 액체 크로마토그래피-질량분석법(LC-MS)에 근거한 분석방법을 개발하였고 실제 시료에의 적용을 통해 정량 과정을 진행하였다. 소변 내의 담즙산 및 안드로겐의 LC-MS 분석을 위한 전처리 방법으로서 효소 가수 분해, 액체-액체 추출 및 유도체화 단계를 사용하였다. 고안된 방법은 정확도, 정밀도, 회수율, 검출 한계, 정량 한계 및 선형성 측면에서 검증되었습니다. 분석 결과, 83.31-99.42 % 및 8.08-19.49 %의 일중 반복 정확도 및 정밀도, 91.13-100.08 % 및 5.83-11.85 %의 일간 반복 정확도 및 정밀도, 91.18-111.5 %의 회수율이 나타났다. 모든 분석 물에 대한 상관 계수(R2)는 0.99보다 컸다. 정량 한계는 1-10 ng/mL였다. 실험은 두 가지 질환에 대하여 수행되었다. 하나는 남성형 탈모증 환자(MPB)이고 다른 하나는 원형 탈모 환자(AA)이다. 분석 결과는 크레아티닌으로 보정했다. MPB그룹은 finasteride에 의한 대사 차이를 확인하기 위해 두 그룹으로 나누어졌다. 첫 번째 그룹에서는 정상군과 1년동안 finasteride를 복용한 MPB를 비교하였고, 두 번째 그룹에서는 같은 환자를 대상으로 finasteride를 1년, 2년, 3년 동안 복용시킨 MPB의 시료를 비교하였다. MPB의 첫 번째 그룹에서는 T, DHEA, CDCA수치가 MPB환자에서 유의하게 증가하였다. T, DHEA의 유의성은 finasteride의 영향이며, CDCA의 유의성은 약물 복용에도 불구하고 내재적으로 탈모에 대한 영향이 남아있는 것으로 추측된다. MPB의 두번째 그룹에서는 AN계열에서 유의한 변화가 없었으며, CDCA수치가 1년과 3년사이에서 유의하게 감소하였다. 이를 토대로 finasteride는 장기복용하여도 수치상으로는 큰 차이가 없으며 약물의 효과는 1년복용시에도 충분히 나타남을 확인했다. 또한 장기적인 약물복용으로 hair loss에 대한 내재적 효과가 감소하여 CDCA수치가 감소한 것으로 보인다. AA는 성별에 따라 분류하였다. 남성그룹에서는 DHEA 수치가 환자군에서 유의하게 감소됐다. 이를 바탕으로 남성 면역과 DHEA의 연관성을 확인할 수 있었다. 여성 원형탈모 그룹에서의 환자군의 Ursodeoxycholic acid수치의 유의한 증가는 원형탈모 환자에서의 세포사멸 증가에 대한 가능성을 나타낸다. 질량 분석에 기초한 담즙산과 안드로겐의 대사 프로파일링은 탈모 환자들의 소변을 분석하기에 적절한 방법이었다. 개발 된 방법은 피부 보조 질환과 같은 다른 염증 질환의 관련 대사와 관련된 안드로겐과 담즙산을 조사하는데 유용할 것이다.

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