人类头皮毛发是社会和性信号传递中一个高度显著的特征，常能表明文化身份或个人风格，并且是生物和法医分析的宝贵信息来源。作为现代人类发展的一个显著特征，对人类头发形态多样性的研究与研究人类进化和人类生物学具有广泛相关性。头发纤维是复杂的多层结构，其形态在个人的头皮上以及不同人群之间都可能存在差异。来自许多领域的科学家都致力于阐释个体和人群之间各不相同的头发宏观形态和微观结构，重点关注那些反映祖先、年龄、个人风格和健康状况的头发特征。

来自不同学科的专家以不同的目标进行头发的科学研究。法医毛发分析师和纺织科学家在描述和完善我们识别哺乳动物毛发形态特征及微观结构的能力方面做了大量工作，目的是鉴定物种、祖先和个体。人类学家和化妆品研究人员增进了我们对人类头发形态变异及其化学成分的理解。遗传学家和发育生物学家已经阐明了涉及头发形成和生长的许多生物相互作用。通过探索我们目前对这些不同领域的理解，我们可以改进对头发的科学研究。在此，我们讨论这些来自不同学科的研究，它们增进了我们对人类头皮头发的认识，并强调了头发生物学中仍有待理解的方面。

为了驾驭头发分析这一多学科领域，我们必须：(a) 重新审视分析头发的不同领域中常用的现有术语；(b) 更好地理解不同科学学科中用于研究头发的技术所公认的局限性；(c) 列举在宏观、微观和化学层面上仍有待研究的头发结构的最重要方面；(d) 就用于描述头发形态和微观结构的命名法达成共识；(e) 承认基因混合对不同人群头发形态外观的影响，以便更好地认识到混合对头发形态的宏观和微观研究的意义。通过本综述，我们旨在提高对头发形状、微观结构和组成的整体理解，找出研究中的空白，并通过指出将无损显微镜分析与化学和基因组分析相结合以阐释头发生物学的好处，来鼓励采用更综合的方法。此外，我们为显微镜学家和其他根据头发球茎状近端或根端形态对头发生长阶段进行分类的研究人员，提出了解决头发生长三个阶段分类冲突的补救措施。通过调查当前使用术语的科学和历史基础以及存在的学科特定局限或偏见，我们建议研究人员制定一个更综合、多学科的前进道路，并在描述头发的生物结构以及人类群体中发现的多样头发形态时，使用商定的词汇。

涉及头发的术语问题

研究头发的人员对头发结构的描述和定义并不一致。围绕术语的问题范围广泛，从词汇差异到因分类不准确而产生的障碍。这些问题包括描述形态特征的不一致，以及出于人类分类目的而误用形态信息。

明确用于描述毛发形态和毛发分类的定义和术语的标准化将有助于学科之间的理解和接受。例如，在一篇皮肤病学出版物中，"postmortem"（死后）一词被用来描述头发为"断裂后"。我们建议，关于头发，"postmortem"一词应专门用于描述从人死亡后收集或脱落的头发，这些头发因死后的变化而显示出特征性形态。这些分解后的特征性变化出现在头发的根尖上，在没有暴露在分解环境或其他条件下的头发中没有发现，这些条件可以启动角蛋白结构的分解。如果头发结构没有因分解而发生改变，那么这些头发的近端更准确地应归类为最终生长阶段，即休止期，而非死后。

毛囊、毛发生长和毛根形态的变化通过生长期-退行期-休止期循环来描述。生长周期术语是基于毛囊层面的研究发展而来的。这些术语在使用光学显微镜对离体根端形态进行毛发生长阶段分类时，取得了不同程度的成功。对生长周期不同阶段的形态学指标的识别已变得不一致且存在问题。

从18世纪末到20世纪初，人类学家和自然历史学家根据生理差异对人类群体进行分类。性格和行为的传说属性被归因于这些群体，以区分不同的生物学“种族”。头发形态的宏观和微观差异在这些方案中被引用，导致这些特征被用作种族分类的替代指标，并应用于未知样本的识别。在许多国家，通常承认三种种族：高加索人种、蒙古人种和尼格罗人种。次大陆的变异、世界其他地区相似的头发形态以及混合产生的中间形态大多被忽略。几十年来，种族的类型学特征变得制度化。继续使用过去简化的类别来对人类头皮头发进行分类，将导致对一个连续变化且复杂的特征的错误表征。头发性状在个体内部和人群之间存在着巨大的变异潜力。

鉴于形态学和生长阶段术语使用的不一致，研究人员可以通过明确定义用于评估生长阶段和祖先的特征，并提供显微照片来支持其描述，从而更好地将其研究置于科学讨论中。

用于研究头发的方法和技术

许多技术已被用于研究头发的形态和微观结构（表1）。客观、明确且可重复的形态学和免疫组织化学标准已被结合，制定出一份指南，详细说明了人类毛囊在其整个周期中所经历的修改。然而，这种方法需要特定的专业知识和设备，以便从活检中获得正确方向的薄切片。光学显微镜对于头发科学家来说是一种有价值的无损分析技术，当头发用封片剂（通常折射率在1.4至1.6之间）封片后，能够沿头发长度视觉区分微观结构的模式。然而，光学显微镜对许多感兴趣结构的精细细节分辨能力有限。电子显微镜可以提供更高分辨率的头发微观结构放大图像，但要么需要破坏性样品制备，要么仅限于表面特征。扫描电子显微镜（SEM）的样品制备可能涉及在头发上涂覆重金属，以防止成像时产生电荷积累，但这可能会妨碍后续分析析。使用SEM-EDS，可以对未涂覆的头发进行成像以获得外表面的高分辨率图像，但内部微观结构仍无法充分解析。通过对薄横截面进行子采样并对切片进行染色，透射电子显微镜（TEM）可以解析超薄切片内的大部分超微结构。这些制备好的样品可以重新分析，因此头发样本不会在分析过程中被完全消耗。

表1. 分析头发所使用的方法

原子力显微镜已被用于研究毛囊内头发纤维的逐渐成熟过程，并定量研究头发的表面特性，但该技术非常耗时，需要昂贵的设备以及定制和复杂的数据管理系统。X射线衍射研究可以提供关于分离头发纤维大分子组织的宝贵数据，但这种方法需要使用高分辨率同步辐射设施，并且仅限于极少数样品。

遗传分析能够使样本个体化并识别影响头发形态和微观结构变异的基因，但对样本形态具有破坏性。化学分析和蛋白质组学可以提供关于头发样本内部和之间化学组成及变异量的信息性定量数据，但该过程将多根头发纤维分解成研磨粉末或均质溶质，从而破坏了物理特征，如横截面形状和大小，以及沿单根头发长度可能存在的黑素体、皮质梭状体和其它形态特征的分布，以及来自同一供体的发丝之间的差异。将头发微观结构和形态的无损显微镜分析与破坏性化学及基因组技术相结合的研究，将能更好地阐释头发生物学及其变异。

拥有毛发是哺乳动物的一个特征性标志。哺乳动物的毛发以各种大小、形状、颜色和生长模式表达，使用任何动物模型都需要详细了解不同的毛发形态。关于人类头皮头发形态，有人提出了一种分类法，用基于八种主要头发形状的分类取代了口头且常常不精确的类别，如波浪状、卷曲、毛躁和扭结。这些形状类别是通过对直径、卷曲指数、波浪和扭曲进行可重复且客观的测量而建立的。

单个头发纤维是以多层形式组织的复合结构：角质层、皮质和髓质。头发纤维包含大量黑素体、皮质梭状体或气腔（图1），以及一个将细胞和各层结合在一起的细胞膜复合体（CMC）。黑素体是含有黑色素的色素颗粒，赋予头发颜色。

图1. 头发微观结构图

这些结构的排列及其沿头发长度的分布模式因哺乳动物类群和人类头发的体区而异。包括黑素体在内的组成结构，其性质和沿毛干长度的分布各不相同。分散在整个毛干的黑素体内所含不同黑色素的浓度和比例，是造成头发颜色差异的主要原因。头发纤维内黑素体的相对数量和分布在人头上的头发、个体之间和种群都可能存在差异。相对于身体其他部位的毛发，头皮毛发被认为在人与人之间表现出更大程度的差异。头发中的色素模式，以及头发纤维各层内微观结构的形态和排列，可以用于诊断物种或体区。已经出版了一些指南，利用微观结构和形态形式的变异来辅助人类头发的物种识别和分类。

对头发形态、影响头发外观的微观结构、毛囊内头发的生长和发育以及可能影响头发形态和微观结构的生物或环境因素，是与人类进化和人类生物学研究相关的哺乳动物皮毛多样性研究的方面。

毛囊

化妆品行业和农业研究中生物学家的近期研究表明，头发形态在很大程度上受毛囊控制以及皮质细胞的构成。然而，需要进一步研究来探讨毛囊对头发微观结构内部组织的影响。影响因素包括负责细胞排列的遗传和发育过程以及头发纤维的化学成分。有研究表明，头发纤维的曲率是由中间丝（IF）从同心到双侧的束状排列方式以及位于弯曲头发两侧的皮质细胞长度所编程决定的。毛囊内的相互作用决定了头发纤维的最终形态，并且该形态通过角化过程固定在头发纤维内部。遗传信号的表达为不同的形态学头发形状提供了指令。β-连环蛋白、Wnt、Shh和BMP信号的相互作用对于毛囊的发育和持续循环生长头发都是必需的。

随着头发纤维的生长，皮质细胞逐渐排列成束并彼此紧密粘附。年龄、营养、激素变化和药物治疗会影响头发生长的速度和最终头发形态。早期研究详细介绍细胞组织、毛囊内相互作用以及新生头发最终形态的研究，为近期显示毛囊内细胞分化和细胞生长对头发形态影响的研究铺平了道路。角化头发内部细胞的不对称排列以及头发在毛囊内生长时蛋白质表达的差异，可以影响最终的头发形态。当头发纤维通过角化区时（见图2），头发形态就确定了。头发纤维的程序性曲率受细胞分布和长度、毛囊内不对称至双侧模式的角蛋白以及生长和角化速率变化的影响。

图2. 毛囊内生长的头发图

营养和健康是研究头发形态时需要考虑的重要方面，因为饮食压力会影响头发生长的速度、形态和颜色。饮食缺乏会导致头发变得不透明和脆弱。此类压力对头发微观结构的影响尚未得到充分研究，但如果需要在不同时间点收集参考样本进行比较，这对法医界具有参考意义。

头发微观结构

头发微观结构及其在各层内的分布可用于探索来自不同人群的头发之间的差异。在此，我们总结了目前从光学和电子显微镜中了解到的关于角化毛干三个主要层的知识。

角质层

角质层是头发的最外层，由5-10个重叠的角化细胞组成，它们像屋顶瓦片一样相互覆盖，作为保护层，防止头发纤维受到机械和环境损伤。每个角质层细胞由三层组成，在透射电子显微镜下清晰可见，依次是A层、外角质层和内角质层。角质层细胞通过CMC结合在一起，研究人员已经研究了角质层结构相对于祖先的差异。Toshi及其同事发现不同祖先群体之间角质层细胞层数相似，但指出这些层的致密程度不同。Wolfram报告称角质层厚度"与头发直径无关"，而其他人则指出了与祖先相对应的角质层厚度差异。内角质层和CMC内的脂质键在某些人群中似乎比其他人群更强，从而防止或限制了对角质层的损伤程度。梳理造成的角质层破损和损伤可能会改变沿毛干的角质层数量。尽管鳞片间距离（两个连续角质层细胞之间的平均距离）与头发生长速率相关，但关于不同人群之间角质层差异的关键信息尚未发表。此类研究将为理解与生物地理祖先相关的头发形状差异提供客观基础。

皮质层

皮质层构成了人类头发的主体，由长100μm、直径2-5μm的细胞组成，这些细胞由束成大原纤维的中间丝（IF）和一个将细胞结合在一起的CMC构成。12种角蛋白（占皮质蛋白的40%）和超过100种角蛋白相关蛋白及其空间分布，形成了皮质层的主要结构，这显然是一种复合材料。对羊毛的研究表明，羊毛内皮质细胞（正皮质、间皮质和副皮质）的不同位置对应于横截面形状和曲率。在羊毛纤维中皮质细胞的双侧分化中发现了皮质层影响头发曲率的证据，卷曲更多的纤维呈双侧分化，而较直的纤维则呈同心定位。人类头发在皮质细胞类型位置和头发卷曲之间并未显示出相同程度的对应关系，尽管一种角蛋白K38仅在人类卷发的凹侧不对称分布。在毛囊内的角化过程中，IF细胞逐渐排列成彼此紧密粘附的束。皮质层及其复合结构占据了人类头发纤维的主体，而髓质通常是其他哺乳动物中更重要的结构。

髓质

髓质是位于头发纤维中央的空泡化细胞结构。虽然出于分类目的，有更广泛的命名法描述了非人类毛发中的髓质，但在人类头发中，髓质的外观、大小以及在不同人群内部和之间的存在与否各不相同，并且在个人头皮上的单根头发之间也不同。Wynkoop区分了四种髓质类型（缺失、稀少、断裂和连续），而Hausman将这些类型简化为仅存在或不存在。两位作者都认为髓质的存在与头发直径呈正相关。然而，Duggins和Trotter未能找到这种相关性，而Banerjee表明髓质结构与头发形态没有明确的关系。Hrdy认为髓质的存在与整体头发直径有关，尤其是在亚洲血统的个体中，但也指出了这种相关性不成立的人群，特别是在非洲和新几内亚人群中。这些研究都集中在人类头皮上，研究并未显示其他体毛之间存在类似的关系。肢体毛发是细小的毳毛，比终毛头皮毛发小得多，而腋毛、阴毛和面部毛发是更粗壮的毛发形态，都具有专性髓质。在羊毛中，髓质化和平均纤维直径也被发现独立变化，受季节性、品种、年龄、营养等因素的影响。需要更多的研究来完善我们对毛囊大小对髓质存在可能的影响的理解，同时考虑年龄、性别、营养状况和体区的差异。

髓质的机械性能已通过电子显微镜进行研究。在结构上，髓质细胞与皮质细胞以及黑素体混合在一起，并以CMC为界。髓质头发中心的异质性使得拉伸应力在头发上更分散，并且已被证明会影响头发的断裂强度。

文献中不精确的一个来源涉及髓质的显微镜外观。髓质可能看起来不透明或半透明，但显微镜外观主要取决于封片介质是否渗透了充满空气的结构。对显微镜分析这方面的困惑导致了一些推论，认为人类头发没有充满空气的空间，但这并不总是准确的。当人类头发存在髓质时，它具有与其他哺乳动物毛发相似的充满空气的空泡，但其无定形的外观以及在同一个体头发内部的可变性使分析复杂化。髓质的存在和外观是一个值得关注的特征，但该特征固有的变异性极大地限制了其在头发机械生物学研究或法医研究中的应用。

头发色素沉着

头发颜色源于黑素体的数量和分布，黑素体可见于角质层、皮质和髓质；然而，其主要位置在皮质细胞内。黑素体是含有黑色素色素的囊状细胞器，包括真黑素（棕色至黑色）或褐黑素（黄色或红色）。不同黑色素颗粒的密度、分布和相对数量可能沿头发长度以及个体头发之间变化，这取决于头发在生长周期中的阶段和个人的年龄。图3显示了从同一人采集的头发之间色素沉着的差异。这两根头发都是从一个人头顶剪下的，但它们的颜色、直径和髓质化程度明显不同。研究头发内黑素体的分布及其长度上的模式（例如成簇、条纹状、均匀、分散），有助于理解单根头发纤维内部以及一个人多根头发之间可能存在的变异范围。分光光度法、化学法和显微镜分析可以为寻找基因型-表型相关性的研究人员提供颜色的定量评估。

图3. 来自同一人的两根头发的显微照片，显示色素沉着和髓质存在/缺失

手持式分光光度计已成为在研究头发颜色和分析头发颜色多样性时分析大量头发样本的工具。分光光度法可以提供一种定量方法来分类金发、红发、棕色和深棕色/黑色头发，但其检测限阻碍了它们用于分析单根头发或用于法医目的。目前的检测限不能很好地区分头发颜色光谱的深色端（黑棕色），并且一些光谱斜率难以区分浅金发和红发。反射分光光度法可以提供与头发颜色相关的定量数据，用于研究黑色素产生以及导致不同表型的基因表达。然而，此类研究所需的每个样本的头发量，以及样本内的变异，限制了此类分析。

对头发中黑色素类型和数量与头发颜色表达范围相关的定量研究，为在化学水平上研究头发颜色和组成提供了一条有效途径。通过高效液相色谱法对头发中黑色素进行的化学分析揭示了头发颜色与头发内黑色素数量之间的关系。褐黑素与真黑素的比率可以通过化学方法确定，尽管肉眼可能无法分辨。值得注意的是，在棕色至深色头发中，观察到褐黑素水平恒定在11-17%。化学方法的一个局限性是需要将较大的样本（由多根头发组成）分解成溶液。所需的大样本量（约30毫克）以及均质化成溶质进行化学分析导致样本内变异的模式信息丢失，并限制了这些技术在结构水平上研究人类头发变异的使用。将颜色、色素模式和头发样本内变异量的无损显微镜分析与破坏性化学和基因组过程相结合的研究，将能够更全面地阐释头发色素沉着。

通过电子显微镜研究色素颗粒分布的研究也对头发色素沉着的研究具有相当大的前景。然而，电子显微镜有其自身的局限性。横切头发是一种破坏性的样品制备方法，限制了沿头发长度和样本之间与超微结构的空间联系。研究黑色素和头发颜色的学者将受益于熟悉各种可用的方法，并考虑结合多种技术以获得互补的信息线。这种综合研究具有巨大的潜力，可以研究头发的超微结构，并将详细的显微镜分析与化学和遗传信息联系起来，以更好地理解头发色素沉着、颜色和形态。

生长阶段

人类的头发生长周期维持在5-7年的异步和随机的生命周期中，最近被描述为双稳态行为。生长期是毛囊内头发活跃生长的阶段。退行期是过渡阶段，此时毛球的细胞和角化区发生凋亡，头发停止生长。毛囊内的黑素细胞在退行期停止产生黑素体并发生凋亡。毛囊开始从真皮回缩，毛根从牢固附着在内根鞘（IRS）内的细长形态转变为与IRS连接减少的圆形。休止期是静止阶段，此时呈球茎状的毛根形态（所谓的杵状发）从IRS脱离，准备脱落。在头发周期的这个阶段，上皮干细胞库和真皮乳头完全分离。当真皮乳头与干细胞重新连接，产生新头发时，一个称为新生的形态发生过程启动了生长期-退行期-休止期序列的新周期。人类通常每天脱落100到150根头发，但由于异步生长模式和拥有9万到15万根头发，头皮头发的正常脱落和再生很少被注意到。然而，在给定时间，活跃生长期头发与静止休止期头发的正常比例是85/15。

发育生物学家、遗传学家和皮肤科医生对头发的生长和发育进行了研究。有时，"毛囊"一词被不准确地与头发的球茎状近端（也称为"毛根"）互换使用。毛囊是头发生长的器官，当毛干被拔出或脱落时，它仍留在头皮中，而毛根是毛干的球茎部分，在头发被脱落或拔出前，它位于毛囊内。当一根活跃生长的头发（生长期）从毛囊中被拔出时，一些毛囊组织（主要是外根鞘）可能会粘附在毛干的根端，但毛囊仍留在头皮内，并保留启动新头发生长的能力。法医科学家利用皮肤病学的发现，根据根端形态来指导他们对头发生长阶段的分类。当恰当的术语没有被准确使用时，这引起了一些问题。将临床研究中根植于毛囊内的头发根部外观，转化为基于从毛囊分离出的头发形态外观的判断，必须考虑到头发从毛囊拔出时可能发生的潜在变形，以及确定的毛发生长阶段并未为显微镜分析严格界定这一事实。因此，在将明显的生长阶段分配给一根生长周期阶段未知、仅根据毛根形态和根球上是否存在相关毛囊物质来判断的头发时，必须非常小心。

对外部头发形态和内部结构模式进行显微镜分析，有助于鉴定哺乳动物物种或表征具有相似生物地理祖先人群头发形态特征的趋势。已知头发的色素沉着、横截面形状、生长速率以及内部结构的大小和分布在不同物种和人群内部存在差异显微镜培训以了解头发间形态特征的变异，以及正确的样品制备方法，对头发分析至关重要。头发表征和鉴定需要能够观察头发内部三层的相对比例、毛干内结构的存在、缺失和分布，并了解头发及其毛囊从真皮基板到角化毛干的形成生物学过程。了解各种哺乳动物毛发形态和人体毛发的差异，对于从显微镜、发育、进化和遗传基础上理解头发的科学家来说非常重要。

人类头皮头发形态的多样性可归因于个人头皮上头发形态的变异、因年龄或健康随时间发生的变化、个体之间存在的差异以及个人遗传背景引起的差异。对不同人群头发特征进行量化的实证研究长期以来一直在人类学、法医学中进行，并继续在化妆品研究中开展。一个通用的、最新的、易于在不同学科间转换的词汇将促进开发创新和跨学科的头发分析方法。

虽然分类方法使用汇总数据来区分人群，但通过单一性状（如头发形态）进行的评估，未能考虑到个体或群体内头发间的变异可能大于人群间差异的可能性。对人类群体内部和之间头发性状变异范围和重叠的更深入认识意味着，根据头发形态和颜色将头发分类到典型的祖先群体或种族不再有效。头发的结构远比以前认识到的复杂，在个体内部存在变异，并且当前由于人口流动和婚姻模式持续人口变化带来的混合率，将对我们研究头发特征产生影响。

生长阶段的显微镜评估

根据毛根形态对头发生长阶段进行显微镜评估，在已发表的文献中显示出差异。一位分析员可能根据根形态将一根头发归类为休止期，而另一位分析员可能根据存在粘附的毛囊组织将同一根头发归类为退行期。需要就描述毛发生长发育、形态和微观结构的通用词汇达成一致。基于根形态显微镜评估确定头发生长阶段，最恰当地应限于从对确定生长阶段的毛囊进行的研究中得出的定义。

我们建议显微镜学家将其对根生长阶段的分类限制在从毛囊拔出的头发上，分类依据既包括根端的缩短和变圆，也包括周围毛囊物质的存在与否。退行期是三个生长阶段中最短的，仅持续几周，代表头皮中发现的最少数量的头发，约占2%，然而一些科学家可能根据研究人员报告的各阶段头皮头发比例（Robertson 报告为80-90%生长期，约2%退行期，10-18%休止期）错误地将头发归因于不同的生长阶段。如果根端可见组织，则头发仍与毛囊有连接，不应归类为休止期生长阶段。在此，我们提供描述和图像以辅助通过显微镜分析鉴定头发生长阶段。

我们提出以下描述和图像（图4）作为基于形态学对人类头皮头发生长阶段进行标准化显微镜评估的一种方法。

图4. (a)生长期有伸长的根，(b)生长期有毛囊组织，(c)退行期有根尖变圆和毛囊组织附着，(d)退行后期向休止期过渡——有毛囊标签表明它还没有完成过渡，(e)休止期有球根尖但没有毛囊组织，以及(f)休止期有球根尖、色素和卵圆体。由法证科学及野生动物事务有限公司提供。

生长期头发通常根细长，因为近端是预角化的，所以在从毛囊拔出时可以伸展。这些头发通常带有粘附的毛囊组织，因为在活跃生长期，IRS与角质层之间的连接仍然很强。除了已减慢或停止产生色素的灰发外，根部的色素沉着通常很密集。

退行期头发在显微镜下最常被错误分类，因为它们处于生长期活跃生长和休止期静止阶段之间的过渡期。这些头发根部区域通常有色素，并有一些粘附组织。

休止期头发具有球茎状的根形。它们自然准备脱落，通常没有粘附的毛囊组织，因为它们已经历凋亡并与IRS分离，并且通常以根球上方缺乏色素的区域为特征，尽管根球本身内部可能仍有一些色素沉着。使用这种更严格的休止期定义更符合显微镜下能准确确定的范围限制。

根生长阶段分类的不一致导致了混淆，即哪些头发适合进行基因检测，特别是当已发表文献声称可以从归类为休止期的头发中可靠获取核DNA时。在这些研究中，Edson等人和Brooks等人将从发刷中回收的头发描述为处于休止期或静止生长期。然而，这些研究中发表的图像并不支持这一评估，并且与建立显微镜分类的主流文献不一致。这种差异是有问题的，因为Brooks等人研究的重点正是确定是否能够持续地从休止期根部获得核DNA，而这在以前被认为是不可能的。从发刷中取样的头发不应自动等同于自然脱落的休止期阶段头发。生长期或退行期阶段的头发可能通过施加一定程度的力（例如使用发刷）而被强行移除，尽管尚不清楚需要多大的力才能将头发从毛囊中拔出。用于确定头发处于特定生长阶段的特征描述以及具有代表性的显微照片必须纳入出版物，以确保此类研究的可靠性并允许技术被重复。

将荧光染色的根部与显微照片关联起来会进一步混淆毛根分类，因为在皮肤病学和生物学文献中，生长期、退行期和休止期都有几个阶段被认可。由于未能将细胞材料的荧光染色与头发生长周期中的逐渐变化充分关联起来，声称使用休止期头发的研究可能不可靠。由于科学文献中被指定为休止期头发的根形态存在很大差异，因此在出版物中，头发生长阶段的分类必须附有显微照片。这些研究实际上显示了显微镜培训的价值，以及所有学科研究头发的人员所需的头发结构深度知识。研究人员若缺乏足够的头发形态显微镜培训而进行临时分类，加剧了法医科学家、皮肤科医生和生物学家所用术语的混淆，这可能导致困惑和不正确的分类。

对不同头发形态、色素沉着、皮质细胞排列、角质层厚度和其他微观结构的遗传和发育基础的探索仍处于起步阶段，但一些开创性研究已开始揭示这些现象。Sriwiriyanont等人证明胰岛素样生长因子结合蛋白（IGFBP-5）的表达影响头发形态。在所研究的头发中，发现IGFBP-5在产生卷发的欧洲人毛囊中不对称表达，而在产生直发的毛囊中对称表达。Franbourg, Hallegot, Baltenneck, Toutain和 Leroy证明了不同祖先群体在几何形状、拉伸强度和水分方面的差异，但发现头发纤维的氨基酸组成没有差异。作者建议研究脂质含量的差异，作为发现的拉伸强度和吸湿性差异的可能因素。这些以及其他研究将增加我们对头发变异的知识，并可能指出发现头发形态和微观结构遗传基础以及人群间变异的新途径。

 表型到基因型研究的意义

直到最近，人类头皮头发形态的比较研究仅关注表型差异，因为从技术上讲，研究头发形态的遗传基础尚不可能。表型-基因型关联研究现在处于初级阶段，其中对EDAR基因复合物的研究处于领先地位。EDAR基因已被指出是东亚人群毛干增厚的原因，但与扁平至椭圆形和较小尺寸头发形态相关的基因，对于非洲和欧洲血统的人群仍有待阐明。最近的研究显示了蛋白质分布和SNP对头发形态的不同影响，EDAR、FGFR2、TCHH、KRT71、KRT74和LIPH/P2Y5是与头发形状多样性相关的多态性基因。但如今，全基因组关联研究（GWAS）对数以千计的受试者进行，因此增加了与头发形状和颜色相关的基因多态性数量。例如，一项包括28,964名受试者的GWAS确定了八个与头发形状变异相关的额外基因。关于头发颜色，基于来自12个基因的45个单核苷酸多态性（SNP）开发了一个预测模型，这些基因包括SLC45A2、IRF4、EXOC2、TYRP1、TPCN2、TYR、KITLG、SLC24A4、OCA2、HERC2、MC1R和ASIP。然而，最近一项包括30万名参与者的GWAS显示，有124个基因位点确实与头发颜色变异和遗传度相关。在这些位点中，除13个外其余都是新发现的，它们共同可以解释34.6%的红发、24.8%的金发和26.1%的黑发遗传度。对来自遗传混合人群的头发形态的进一步研究，其中重组带来了新的遗传变异并常常产生新的形态，可能指出对头发形态和微观结构的进一步生物学影响。这是一个具有重大意义的领域，该领域的研究可能为不同人群内部和个体之间的头发形态提供额外的指标。将遗传学研究与微观特征（例如，髓质模式、黑素体大小和分布、皮质梭状体）和超微结构相结合，将有助于阐明头发微观结构的功能重要性，并确定在人类群体内部和之间存在的变异程度。形态形式的多样性和内部结构的模式似乎受毛囊内相互作用、年龄和营养状况的影响。因此，未来的头发研究应该是跨学科的，并将显微镜与发育生物学和遗传学结合起来，进行表型到基因型的关联研究。

遗传混合

遗传混合及其对头发形态和微观结构的影响正处于阐明的早期阶段。增加对混合人群中头发特征的关注，将允许对头发微观结构以及性状在人群间的变异程度进行可重复和标准化的阐释。这一过程将得到旨在阐明遗传对头发形态的影响以及确定祖先对通过电子显微镜可见的皮质结构分布的生物学影响的研究的支持。正在进行新的研究以更好地理解头发形态的分子机制，特别是细胞信号传导的作用，以及毛囊形状对毛干直径、纵横比和卷曲度的作用。

小鼠模型

许多定义生长阶段形态的研究是在小鼠毛囊上进行的，并且正在利用小鼠模型进行关于头发形态和导致头发形态差异的基因的新研究。然而，必须谨慎使用此类模型，因为小鼠的被毛与人类头皮头发有显著不同。小鼠的被毛具有同步生长模式、混合的毛发形态，并且是卷曲的而非卷曲的头发。小鼠的梯状髓质高度有序，这表明其功能与人类不规则的髓质不同。假设小鼠的头发形态和微观结构，或负责小鼠头发形态多样性的基因，与在人类中起作用的相同，是不正确的。人类头发生长是异步的，并且头发形态因体区而异。此外，人类与非人类哺乳动物毛发的皮质与髓质比例不同。人类头发形态和微观结构的多样性程度以及这种多样性的驱动因素仍有待大量阐释。因此，在未同时理解哺乳动物头发形态和微观结构差异的情况下，将使用小鼠模型的遗传学研究结果外推到人类头发需要谨慎对待。将小鼠毛发增厚与某个基因复合物联系起来的结论，可能会忽略其对头发内特定层次或结构的影响。使用小鼠模型作为人类替代进行遗传学研究可以为头发性状提供诱人的指标，但此类研究可能提供错误的线索，并混淆该领域潜在的进展方向。

每个毛囊在决定最终头发形态中所扮演的角色具有巨大的研究潜力，但这些研究必须包括在分析头发形态和微观结构方面有经验的显微镜学家。此类显微镜分析可以确定角质层、皮质和髓质内各层次和结构的相对尺寸是否存在差异，以帮助研究人员阐明基因复合物与特定头发形态或微观结构之间是否存在关系。

专注于帮助识别人类形态形式以及人类头皮头发微观结构变异程度的研究，对于理解人类毛发生物学至关重要。致力于揭示头发微观结构生物学基础的研究人员将受益于使用从显微镜获得的数据，结合化学和生物学技术，以更全面地解释在不同民族和人群中发现的各种头发形态的表型变异与遗传特征之间的关系。那些对头发形态了解不足、无法利用鳞片方向识别头发近端和远端的研究人员，或那些仅提供初步头发鉴定结果就认为足以满足其领域需求的研究人员，进一步混淆了头发的科学分析。建立在这些方法互补应用基础上的综合性研究，将为推进所有学科对毛发生物学和微观结构的理解提供一种有前景的手段。

头发宏观结构和微观结构的差异是人类变异的有价值指标，但这些性状在人群内部和之间连续变化，并且在不考虑遗传混合和人类变异程度的情况下，不能用作祖先分类的基础。将头发形态与群体身份联系起来的分析通常基于横截面形状和卷曲程度。应该更多地认识到个体内部头发形态的变异范围，并且需要增加样本量来解释这种变异。来自广泛地理定义人群内部和之间的更大样本量，将有助于我们在人口混合的背景下更好地理解头发形态。还必须更详细地探讨在当代人群中发现的影响头发形态的混合水平以及文化习俗。使用过度简化和种族化的命名法不再具有科学辩护性，因为不存在独特的人类种族。继续使用过时的种族分类方案（例如，高加索人种、尼格罗人种和蒙古人种）忽略了对人类变异的现代知识，并削弱了比较头发显微镜的有效性。将头发特征与遗传祖先联系起来将更好地服务于科学界，并将导致对人类变异更详细的理解。

在本综述中，我们描述了用于描述头发物理形状和外观（例如，形状、卷曲度和直径）的多种特征（宏观和微观）。如果目标是识别个体或物种，无论是为了研究还是法医工作，只有接受过认可培训项目培训或在合格头发检查员指导下的人员才应进行此类工作。那些缺乏严格显微镜头发分析培训的人员加剧了关于头发鉴定的混淆，并传播了不良的科学实践。头发形态的测量和描述将继续对来自多个学科的科学家有用，我们提供了一些常见术语的明确定义并附有支持性图像，这些可用于人类学、生物学、法医学以及化妆品行业。

头发形态形态特征的可重复和标准化阐释需要更多关注。在出版物中，需要通过详细的样本描述和显微照片更好地说明个体和人群内部形态变异的范围。不包括显微照片或仅包含劣质图像的头发研究，可以通过与能够捕获正确颜色和分辨率的高分辨率图像以确保头发正确鉴定的显微镜专家合作来改进。通过这种方式，不同领域完成的研究将与那些将采取下一步行动以增进我们对毛发生物学理解的其他研究人员相关。

专注于影响头发生长、发育和形态的基因的研究，将大大增加我们对与人类物种头发生长和形态相关的进化方面的理解，并可能为犯罪现场最常见证据类型之一带来进一步的法医效用。头发的遗传学研究应纳入头发显微镜专家的知识和专长，不仅可以通过方法组合提供更具体的信息，而且可以更好地理解哺乳动物毛发之间的差异以及那些头发形态和微观结构的遗传基础。那些使用小鼠模型寻找头发形态遗传基础的研究人员，通过将头发微观结构分析纳入其研究，将能够更好地微调他们的结论。

探索毛囊内对头发生长、拉伸强度和头发纤维超微结构的生物学影响之间关系的研究，将增进我们对控制头发长度和形态变异的相互作用的理解。此类研究还可能指出影响毛囊产生易断裂或活跃生长期较短的毛发的遗传或表观遗传特性。这将有助于跨学科的科学家学习并能够应用于分析研究中遇到的各种头发形态、碎片以及化学改变或受损的头发形态。

将头发微观结构与化学成分、毛囊内生长发育以及遗传学研究相结合的研究，将极大地扩展我们对哺乳动物毛发形态的理解。此类跨学科研究最终将能够发现皮质细胞分布、头发中特定蛋白质的存在以及头发微观结构与人类祖先和卷发形态之间的联系。

参考文献：略

贡献者|吴金靓 郑州轻工业大学化妆品技术与工程 2401

主编|康丽 基础研究工程师

编辑|邓茹钰