Coffein wirkt Stress-induzierten Haarschäden entgegen und fördert gesundes Haarwachstum

Das Ziel dieser Studie war es, zu untersuchen, inwiefern Coffein Stress-induzierten Haarschäden, die durch das Corticotropin-releasing Hormon (CRH) in Haarfollikeln ausgelöst werden, effektiv entgegenwirken kann.

Dabei zeigt sich, dass Coffein die negativen Stressreaktionen und Haarwachstumshemmungen, welche durch CRH als Stresshormon entstehen, signifikant reduzieren kann. Dies ist ein weiterer Beleg, dass Coffein gesundes Haarwachstum fördert und sogar stressbedingtem Haarausfall entgegenwirken kann.

Das menschliche Haar reagiert auf Stress sehr empfindlich. Man geht davon aus, dass der Verlauf des erblich bedingten Haarausfalls (androgenetische Alopezie, AGA) durch Stress verschlimmert wird. Ein möglicher Grund dafür ist das Vorhandensein eines Äquivalents der Hypothalamus-Hypophysen-Nebennierenrinden-Achse – oder Stress-Achse (HPA-Achse) – in den Haarfollikeln der Kopfhaut.

In dieser Forschungsarbeit wurde in einem ex vivo Haarorgankultur-Modell (HOKM) eine Antwort in dieser Stress-Achse erzeugt, indem das sogenannte Corticotropin-Releasing Hormone (CRH) in menschlichen, männlichen Haarfollikeln angesteuert wurde, die eine Prädisposition von erblich bedingtem Haarausfall aufwiesen.

Der positive Einfluss von Coffein in diesem Modellsystem wurde in früheren Arbeiten nachgewiesen. Hier zeigte Coffein sich als Gegenspieler des das Haarwachstum hemmenden Hormons Testosteron. Im Haarorgankulturmodell (HOKM) wurde nun untersucht, ob Coffein CRH-vermitteltem Stress in Haarfollikeln entgegenwirken kann.

Haarfollikel wurden aus dem von erblich bedingtem Haarausfall betroffenen Areal (Vertex-Areal) per Biopsie entnommen und im Haarorgankulturmodell mit CRH (10-7 M) mit (0.001 %, 0.005 %) und ohne Coffein kultiviert.

Im Vergleich zum Kontrollexperiment steigerte CRH in diesem Modell signifikant die Expression bestimmter Marker wie das die Katagenphase einleitende TGF-β2 (p<0.001), CRH-Rezeptoren 1/2 (p<0.01), ACTH (p<0.001) und Melanocortinrezeptor-2 (MC-R2) (p<0.001) sowie weitere mit Stress assoziierte Parameter wie Substanz P und den p75 Neurotrophin-Rezeptor. CRH hemmte dagegen die Proliferation von Matrixkeratinozyten sowie die Expression von IGF-1, einem die Anagenphasen fördernden Marker, und den pro-proliferativen Rezeptor des Nervenwachstumsfaktors (TrkA).

Coffein wirkte in diesem Modell den beschriebenen Stresseffekten signifikant entgegen. Außerdem konnte zum ersten Mal eine Steigerung von IP3-R durch Coffein in menschlichen Haarfollikeln nachgewiesen werden. Diese ex vivo-Ergebnisse in menschlichen, androgenetischen Haarfollikeln liefern einen ersten Nachweis dafür, dass der Stressmediator CRH nicht nur eine komplexe intrafollikuläre HPA-Antwort auf Stress, sondern auch eine dem HPA nicht zugehörige Stressantwort erzeugt.

Weiterhin konnte gezeigt werden, dass diesen Effekten durch die Zugabe von Coffein effektiv entgegengewirkt werden kann. Daher stützen diese Daten die Hypothese, dass Stress die Physiologie der menschlichen Haare beeinträchtigen und Haarausfall verursachen kann. Dies liefert erste Hinweise dafür, dass Coffein in der Lage zu sein scheint, stressinduzierten Haarschädigungen entgegenzuwirken und stressinduziertem Haarausfall vorzubeugen.

Diese ex vivo-Studie zeigt den positiven Einfluss des Coffeins auf den stressbedingten, menschlichen Haarausfall bei Prädisposition von androgenetischer Alopezie.

Der positive Effekt von Coffein auf das Haarwachstum ist durch frühere ex vivo Untersuchungen an männlichen und weiblichen menschlichen Haarfollikeln(1, 2) sowie in vivo(3-7) bekannt. Zum ersten Mal konnte nun die CRH-Induzierung auf die HPA-Stress-Achse in männlichen menschlichen Haarfollikeln (HF) aus Biopsien des kahl werdenden Vertexbereichs von Männern mit erblich bedingtem Haarausfall (androgenetische Alopezie, AGA) gezeigt werden.

• ACTH: Das adrenocorticotrope Hormon, auch Adrenocorticotropin, ist ein normalerweise von der Hypophyse abgegebenes Hormon, das unter anderem die Corticoid-Abgabe durch die Nebennieren steuert.
• Die Anagenphase ist die Wachstumsphase des Haares.
• Die androgenetische Alopezie (Alopecia androgenetica, AGA) ist eine erblich bedingte Form des Haarausfalls, die sowohl Männer als auch Frauen betreffen kann.
• Biopsie (griechisch „Leben“ und „Sehen“) ist ein chirurgischer Eingriff zur Entnahme und Untersuchung einer kleinen Menge von Gewebe aus einem lebenden Organismus.
• Coffein ist eine der weltweit bekanntesten Stimulantien, das z.B. in Kaffee enthalten ist.
• Das Corticotropin-Releasing Hormone (CRH) ist ein Hormon, welches im Hypothalamus (Zwischenhirn) gebildet wird. Seine Aufgabe ist es, die Produktion von adrenokortikotropen Hormonen anzuregen, welche wiederum die Produktion von Glukokortikoiden, Mineralokortioiden und Sexualhormonen regelt.
• Ex vivo (lateinisch für ‚außerhalb des Lebendigen‘) bezeichnet Verfahren oder Abläufe, bei denen lebendes biologisches Material, insbesondere Zellen, Gewebe oder Organe, einem lebenden Organismus entnommen und außerhalb dessen üblicherweise über eine begrenzte Zeit kultiviert werden.
• Haarausfall ist ein permanenter Haarverlust, bei dem die ausgefallenen Haare nicht wieder nachwachsen. Fachbegriffe für unerwünschten Haarausfall sind Effluvium und Alopezie für eine sichtbare Lichtung ohne oder mit abnorm schütterem Haupthaar.
• Bei einem Haarfollikel (HF) handelt es sich um die Struktur, von der die menschliche Haarwurzel umgeben wird.
• Das Haarorgankulturmodell (HOKM) ist ein standardisiertes in vitro Modell, bei dem humane Einzelhaarfollikel z.B. aus Kopfhautbiopsien extrahiert und in Medium kultiviert werden. Unter standardisierten Wachstumsbedingungen werden Parameter des Wachstums, z.B. Haarschaftelongation, Anagen/Katagen-Stadium, Ki-67-Proliferationsmarker, Stimulation von „insulin-like growth factor 1“ (IGF1) und Hemmung des Katagen-Induktors „transforming growth factor β2“ (TGF-β2) untersucht.
• Die Hypothalamus-Hypophysen-Nebennierenrinden-Achse oder Stressachse stellt eine komplexe Abfolge von direkten Einflüssen und Feedback-Schleifen zwischen drei Hormondrüsen dar:
  • dem Hypothalamus,
  • der Hypophyse (einer Erbsen-förmigen Struktur unter dem Hypothalamus)
  • und der Rinde der Nebennieren (kleine, konische Organe, die auf den Nieren sitzen)
  • Die Wechselwirkungen zwischen diesen Organen bilden die HPA-Achse (engl. HPA-Axis). Sie ist ein Hauptteil jenes Hormonsystems, das Reaktionen auf Stress kontrolliert und viele Prozesse im Körper reguliert; einschließlich Verdauung, Immunsystem, Stimmung und Gefühle, Sexualität, Energiespeicherung und -verwendung.
• Insulinähnliche Wachstumsfaktoren (englisch Insulin-like growth factors, IGF) sind Polypeptide, die eine hohe Sequenzhomologie zu Insulin zeigen und als Wachstumsfaktoren wirken. Sie werden in den Leberzellen, aber auch in anderen fetalen bzw. adulten Geweben gebildet. Sie sind Teil eines komplexen Systems, das Körperzellen nutzen, um mit ihrer Umgebung zu kommunizieren.
• Als in vitro (lateinisch ‚im Glas‘) bezeichnet man organische Vorgänge, die außerhalb eines lebenden Organismus stattfinden, im Gegensatz zu solchen, die im lebenden Organismus (in vivo) ablaufen. In der Naturwissenschaft bezieht sich in vitro auf Experimente, die in einer kontrollierten künstlichen Umgebung außerhalb eines lebenden Organismus durchgeführt werden, wie im Reagenzglas oder Petrischale.
• Die Katagenphase ist die Übergangphase der Haare vom Wachsen zum Ausfallen.
• Der Keratinozyt ist der in der Epidermis hauptsächlich vorkommende Zelltyp. Dieser Zelltyp produziert Keratin und differenziert sich im Laufe der Verhornung, während er von der untersten Schicht der Oberhaut zu den obersten Schichten gelangt. Im Ergebnis entsteht der Korneozyt
• Als Kultivierung bezeichnet man im biologischen Sinne die Schaffung und Aufrechterhaltung von Bedingungen, die ein Wachstum von bestimmten Organismen gewährleisten.
• Der Melanocortinrezeptor 2 (kurz: MC2R, oder alternativ: ACTH-Rezeptor, kurz: ACTHR bzw. Corticotropinrezeptor) wird in der Nebennierenrinde exprimiert und vermittelt dort die Wirkungen des ACTH. Es handelt sich um einen G-Protein gekoppelten Rezeptor aus der Familie der Melanocortinrezeptoren.
• Der Pan Neurotrophin-Rezeptor (p75 NTR) führt den Zelltod von fetalen Nervenzellen herbei – bei adulten Zellen auch nachfolgend von Verletzungen, daher ist er ein Ziel bei der Behandlung neurodegenerativer Erkrankungen.
• Substanz P ist ein Neuropeptid aus elf Aminosäuren. Es gehört zur Gruppe der Neurokinine und wird von Nervenzellen, aber auch von Leukozyten gebildet. Der Buchstabe P stand ursprünglich für engl. powder, weil die Substanz als Pulver vorlag, heute wird das P als pain interpretiert.
• Testosteron ist ein Sexualhormon (Androgen), das bei beiden Geschlechtern vorkommt, sich aber in Konzentration und Wirkungsweise bei Mann und Frau unterscheidet. Das Hormon Testosteron ist ein wichtiger Faktor für die Entstehung des erblich bedingten Haarausfalls. Es wird enzymatisch zu Dihydrotestosteron (DHT) umgesetzt. DHT kann über die Bindung an androgene Rezeptoren zelluläre Prozesse einleiten, die aufgrund einer Verringerung des Energiespiegels eine verkürzte Wachstumsphase des Haares und somit Haarausfall zur Folge haben. Schrittweise können die Haarfollikel dadurch verkleinert und letztlich zerstört werden, so dass sich nach und nach eine Glatze bildet.
• Transforming growth factor-beta 2 (TGF-β2) ist ein Protein mit wichtigen zellulären Funktionen und einer lebenswichtigen Bedeutung während der embryonalen Entwicklung.
• Tropomyosinrezeptor Kinase A (TrkA) ist ein Protein, das im Menschen durch das NTRK1 Gen verschlüsselt wird.
• Vertex-Areal: Die Scheitelregion des Hinterkopfes.

Fischer TW, Bergmann A, Kruse N, Kleszczynski K, Skobowiat C, Slominski AT, Paus R. (2021): New effects of caffeine on corticotropin-releasing hormone (CRH)-induced stress along the intrafollicular classical hypothalamic-pituitary-adrenal (HPA) axis (CRH-R1/2, IP₃ -R, ACTH, MC-R2) and the neurogenic non-HPA axis (substance P, p75^NTR and TrkA) in ex vivo human male androgenetic scalp hair follicles. Br J Dermatol.;184(1):96-110.

Fischer TW, Herczeg-Lisztes E, Funk W, Zillikens D, Bíró T, Paus R. (2014): Differential effects of caffeine on hair shaft elongation, matrix and outer root sheath keratinocyte proliferation, and transforming growth factor-β2/insulin-like growth factor-1-mediated regulation of the hair cycle in male and female human hair follicles in vitro. Br J Dermatol.;171(5):1031-43.

Fischer TW, Hipler UC, Elsner P. (2007): Effect of caffeine and testosterone on the proliferation of human hair follicles in vitro. Int J Dermatol.;46(1):27-35.

T. Sisto, C. Bussoletti and L. Celleno (2013): Efficacy of a Cosmetic Caffeine Shampoo in Androgenetic Alopecia management. II Note. Journal of Applied Cosmetology. 31, 1/2 (Jun. 2013), 57/66.

T. Sisto, C. Bussoletti and L. Celleno (2013): Role of a Caffeine Shampoo in Cosmetic Management of Telogen Effluvium. Journal of Applied Cosmetology. 31, 3/4, 139/145.

C. Bussoletti, F. Mastropietro, M.V. Tolaini and L. Celleno (2011): Use of a Cosmetic Caffeine Lotion in the Treatment of Male Androgenetic Alopecia. Journal of Applied Cosmetology. 29, 4, 167/180.

Bussoletti C, Mastropietro F, Tolaini MV, Celleno L. (2010): Use of a Caffeine Shampoo for the Treatment of Male Androgenetic Alopecia. J Appl Cosmetol.;28:153-63.