皮膚衰老的分子機制

宣 敏 程 飚

(廣州軍區(qū)廣州總醫(yī)院整形外科全軍熱區(qū)損傷救治與組織修復重點實驗室，廣東 廣州 510010)

人們對于衰老的機制提出了許多學說，如衰老基因?qū)W說、自由基學說、線粒體學說、神經(jīng)內(nèi)分泌免疫網(wǎng)絡學說及細胞凋亡學說、端粒學說等理論〔1〕。事實上是從不同角度來認識衰老的問題，既有機體的整體水平、也有器官水平，甚至涉及細胞水平、分子水平。一般將皮膚的衰老主要分為自然衰老和環(huán)境老化兩種形式，其中日光紫外線(UV)長期反復的照射是環(huán)境中影響皮膚衰老的最重要因素，又稱光老化。主要表現(xiàn)為暴露部位粗糙、皺紋加深加粗、不規(guī)則性色素沉著、血管擴張、表皮角化不良和異常增殖等〔2〕。這主要是由于年齡增長，一些皮膚細胞表型發(fā)生改變，真皮基質(zhì)的蛋白(彈力纖維、膠原和蛋白多糖)結(jié)構(gòu)和組成發(fā)生變化，可能造成對組織機械性能、募集和激活免疫細胞、基質(zhì)金屬蛋白酶(MMP)的表達和細胞因子信號〔如轉(zhuǎn)化生長因子(TGF)-β干擾原纖維蛋白的微纖絲〕不利的影響，進而發(fā)生衰老〔3〕。皮膚衰老存在幾個重要的生物學進程，如DNA修復的改變和穩(wěn)定、線粒體的功能、細胞周期和凋亡、細胞外基質(zhì)、脂類合成、泛素引起的蛋白分解和細胞代謝〔4〕。本文歸納出皮膚衰老的影響因素及其涉及的分子機制。

1 皮膚老化的因素

1.1 內(nèi)源性因素

1.1.1 遺傳基因?qū)W說 Zou等〔5〕最早在細胞體外培養(yǎng)中發(fā)現(xiàn)了細胞傳代規(guī)律，認為發(fā)育進程有時間順序性，控制機制隨著年齡增長而減弱，最終導致衰老。Spiering等〔6〕證實了DNA復制與皮膚衰老密切相關(guān)，他們在皮膚成纖維細胞培養(yǎng)基中發(fā)現(xiàn)了DNA合成的抑制因子，利用它抑制細胞DNA合成將導致細胞復制速度減慢，延緩細胞的衰老。同時，隨著年齡增加，細胞對DNA變異或缺損的修復能力下降，從而導致細胞衰老，甚至死亡〔7〕。隨后的研究顯示，皮膚衰老主要是皮膚細胞染色體DNA及線粒體DNA中合成抑制物基因表達增加、許多與細胞活性有關(guān)的基因受到抑制及氧化應激對DNA損傷而影響其復制、轉(zhuǎn)錄和表達的結(jié)果，故基因調(diào)控被認為是皮膚及其他相關(guān)細胞衰老的根本因素〔8，9〕。

DNA甲基化在基因表達調(diào)控中扮演著重要的角色(人類的甲基化只發(fā)生在CpG位點，大多數(shù)CpG島位于啟動子和第一外顯子區(qū)域，啟動子區(qū)域的甲基化抑制基因的表達)，影響正常的細胞發(fā)育和維持組織穩(wěn)定性。Koch等〔10〕從年輕(＜23歲)和老年(＞60歲)的健康人群相同部位分離真皮的成纖維細胞并做培養(yǎng)，采用人類全基因組甲基化芯片技術(shù)作基因表達調(diào)控及表觀遺傳性研究，調(diào)查DNA甲基化的表達譜。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，老齡成纖維細胞中75 CpG部位超過15%以上呈現(xiàn)甲基化差異，而這種非常高的超甲基化多發(fā)生在INK4A/ARF/INK4b，這是可同時調(diào)控細胞增殖和凋亡通路的基因。

p53轉(zhuǎn)錄因子在細胞應激和DNA損害時被激活，并誘導基因表達，它控制細胞的生長。嚙齒類鼠突變形式的p53表達和不適當激活的p53將改變組織的自穩(wěn)態(tài)和存活時間。研究顯示，p53主要的負性調(diào)節(jié)因子Mdm2誘導鼠類皮膚衰老改變，包括表皮變薄、愈合減慢、毛發(fā)進行性的脫落。這可能是p53介導的表皮干細胞的衰老和其功能的丟失。通過去除Mdm2激活p53可能誘導加速鼠的衰老表型〔11〕。ΔNp63是p63的異構(gòu)體，屬于p53基因家族，參與皮膚發(fā)育的調(diào)控，TAp63對細胞的凋亡有影響，最近有實驗顯示，TAp63具有潛在的早衰保護作用，TAp63控制皮膚的自穩(wěn)態(tài)，尤其對真表皮的干細胞和祖細胞的影響可防止衰老的發(fā)生及DNA損害和基因組的不穩(wěn)定〔12〕。正常人真皮的成纖維細胞，抗壞血酸衍生物(AA-2G)能對抗因過氧化氫誘導的細胞損害，阻斷氧化應激，延緩細胞衰老的作用，主要就是通過對p53和p21的作用產(chǎn)生〔13〕。多梳基因(PcG)家族是果蠅發(fā)育時維持同源異形基因穩(wěn)定表現(xiàn)的重要因子，在胚胎發(fā)育、腫瘤發(fā)生和轉(zhuǎn)移及干細胞的維持中有著重要的作用。Bmi-1基因是PcG家族中重要成員之一，它具有阻抑子的功能，能抑制細胞周期依賴性激酶抑制因子(CDKI)p16(ink4a)和p19(arf)，參與細胞的增殖、分化與衰老。學者〔14〕運用HE染色和總膠原組織化學染色，比較2周和4周齡野生型WT和Bmi-1 KO小鼠皮膚的組織學差異。結(jié)果顯示，Bmi-1 KO小鼠皮膚厚度在2周齡時與WT小鼠無明顯差異，而總膠原陽性百分率在2周齡時已較WT小鼠明顯降低。到4周齡時，Bmi-1 KO小鼠皮膚明顯變薄，角質(zhì)層增厚，皮下脂肪減少，總膠原陽性百分率進一步降低，從而證實Bmi-1基因缺失會導致小鼠皮膚老化。在衰老的機制中包括被擾亂的脂質(zhì)代謝、改變的胰島素和信號傳導及轉(zhuǎn)錄激活因子(STAT)3信號，上調(diào)的凋亡基因有失調(diào)節(jié)的人叉頭框蛋白(FOXO)1、下調(diào)的jun和fos家族、細胞骨架蛋白的表達異常(如，keratin 2A、6A和16A)，細胞外基質(zhì)成分(如 PI3、S100A2、A7、A9、SPRR2B)和控制細胞周期的蛋白〔如細胞周期依賴性蛋白激酶(CDKs)和淋巴細胞G0/G1期假定開關(guān)基因(GOS)2〕〔15〕。

常染色體隱性遺傳皮膚松弛癥(ARCL)具有類早老的外觀，皮膚松弛，出現(xiàn)皺紋，并伴有骨質(zhì)疏松和智力遲鈍的綜合征。通過對幾個家族的全基因組掃描和純合性定位檢測確定了在染色體17q25區(qū)域，特別是17號染色體吡咯啉-5-羧酸還原酶(PYCR)1 基因發(fā)生缺陷〔16〕。Barzilai等〔17〕也證明，遺傳因素與人的長壽的關(guān)系，并可以遺傳。

1.1.2 代謝產(chǎn)物損害學說 Rhie等〔18〕發(fā)現(xiàn)，自然老化表皮中，谷胱甘肽還原酶的活性明顯增高(121%)。人體皮膚的抗氧化防御系統(tǒng)組分可能在調(diào)節(jié)內(nèi)在衰老和光老化過程中有一種極為復雜的方式〔18〕。

1.1.2.1 自由基學說 體內(nèi)許多物質(zhì)代謝過程中均會產(chǎn)生過氧化的自由基，使體內(nèi)自由基處于不平衡狀態(tài)。自由基具有極強的氧化能力，可使生物膜中不飽和脂類發(fā)生過氧化，形成過氧化脂質(zhì)(其終產(chǎn)物為丙二醛)是很強的交聯(lián)劑，與蛋白質(zhì)、核酸等結(jié)成難溶性物質(zhì)，使生物膜硬化導致其通透性降低，影響細胞物質(zhì)交換。當自由基引起的損傷積累超過了機體修復能力，就會導致細胞分化狀態(tài)的改變甚至喪失，繼而使之破裂、凋亡，從而引起皮膚衰老。Sohal〔19〕在傳統(tǒng)的自由基衰老學說基礎(chǔ)上提出了“氧化應激衰老學說”。除了超氧陰離子外，其他的活性氧(ROS)也會引起皮膚衰老，但僅當ROS產(chǎn)生和清除之間的平衡被打破時，才會導致皮膚衰老〔20〕。由ROS產(chǎn)物和生物系統(tǒng)中和反應中間體的能力之間的不平衡造成氧化應激。氧化性損傷既有內(nèi)源性，也有外部機制，它們共同造成皮膚的衰老。衰老皮膚中細胞內(nèi)和細胞外的氧化應激都是由ROS啟動的〔21〕。另外，ROS控制著細胞外基質(zhì)，進而影響衰老的過程〔22〕。皮膚中一系列的內(nèi)源性抗氧化劑能夠避免自由基的損害。天然的外在抗氧化劑也具有一定抵消和減輕自由基變化的作用，在皮膚抗衰老過程中發(fā)揮作用〔23〕。

1.1.2.2 非酶糖基化(NEG)衰老學說 NEG是指體內(nèi)蛋白質(zhì)中氨基與還原糖的羰基在無酶條件下發(fā)生的反應，其高級階段形成晚期糖基化終產(chǎn)物(AGEs)。羧甲基賴氨酸(CML)是第一個被發(fā)現(xiàn)的AGEs，隨后有戊糖苷、二羰基化合物——去氧二羰基葡萄糖、丙酮醛類和乙二醛等。它們可通過作用于細胞受體來影響細胞功能、改變多種細胞因子的表達水平，產(chǎn)生病理生理作用。隨著生物體的增齡，AGEs在體內(nèi)不斷積累，能使相鄰的蛋白質(zhì)等物質(zhì)發(fā)生交聯(lián)，不僅影響上述物質(zhì)的結(jié)構(gòu)，也可造成生物學功能的改變。這些變化會造成皮膚彈性下降，皺紋不易平復并不斷加深，從而促進皮膚衰老。自由基損害正常組織功能，破壞基質(zhì)正常組分，使膠原合成下降及基質(zhì)金屬蛋白酶釋放增加，最終使膠原降解大于合成〔24〕。主要的分子機制是:AGEs與其受體(RAGE)結(jié)合后刺激各類信號通路活性，包括:絲裂原活化蛋白激酶(MAPKs)中的細胞外信號調(diào)節(jié)激酶(ERK)1/2、磷脂酰肌醇-3 激酶、p21Ras、SAPK/c-Jun-N-末端激酶和janus激酶、核因子(NF)-κB、煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(NADPH)-氧化酶(NOX)。而其作用的靶點也是多種細胞:角質(zhì)形成細胞、成纖維細胞、黑色素細胞、免疫細胞、血管內(nèi)皮細胞和細胞外基質(zhì)〔25〕。

1.1.2.3 羰基應激衰老學說 印大中等〔26〕首先提出，羰-氨反應是自由基氧化和非酶糖基化兩大生化副反應的共同點和兼有反應，是老年色素形成的關(guān)鍵過程。隨后又進一步闡明了羰-氨反應是氧化和糖基化造成緩慢生物老化過程中不可避免的，并且是大部分不可修復的核心過程。真皮中羰基改性的蛋白參與皮膚色素變化是面部光老化的生物本質(zhì)反應〔27〕。羰基應激衰老學說將衰老分子生化過程的主要機制歸結(jié)如下:①老年色素的形成過程是生物體內(nèi)典型的和最重要的老化過程，這一過程在溶酶體中進行的結(jié)果為脂褐素的逐漸聚積。②老年色素的形成過程包括自由基氧化和非酶糖基化兩大生化副反應的主要內(nèi)容，自由基和氧化造成的早期傷害大部分容易被生物體辨認、降解和修復，而羰-氨反應產(chǎn)生的后果往往修復困難且不易逆轉(zhuǎn)。③動物體對羰-氨應激的衰老傷害有多種防御:如抗氧自由基和抗氧化體系防止不飽和羰基化合物產(chǎn)生、對羰基化合物以硫醇化合物還原共軛清理和游離氨基酸直接清除排泄、羰基降解酶類(醛氧化酶、谷胱甘肽轉(zhuǎn)移酶等)對羰基化合物的清理及對羰基化合物的受體識別、吞噬清理、可逆還原和部分剪切修復等。因此，動物和人類體內(nèi)羰-氨毒化反應(包括氧化應激和羰基應激)的產(chǎn)生與清理是一個動態(tài)平衡〔28〕。

1.1.3 神經(jīng)-免疫-內(nèi)分泌失調(diào)學說 皮膚作為最大的人體器官，其也是一個神經(jīng)-內(nèi)分泌-免疫器官，并緊密聯(lián)系中樞系統(tǒng)。有助于皮膚真、表皮細胞產(chǎn)生應激神經(jīng)遞質(zhì)、神經(jīng)肽和激素。當受到外界刺激時，產(chǎn)生細胞因子、生物胺(如兒茶酚胺、組織胺、血清素等)、褪黑激素、內(nèi)啡肽、促腎上腺皮質(zhì)素釋放因子、甾類(糖皮質(zhì)激素類、鹽皮質(zhì)激素類和性激素)和內(nèi)生大麻素類似物等。經(jīng)典的神經(jīng)內(nèi)分泌軸有下丘腦-垂體-腎上腺軸(HPA)和下丘腦-垂體-甲狀腺(HPT)。局部的神經(jīng)免疫內(nèi)分泌網(wǎng)絡有助于對抗有毒環(huán)境對機體的損害。同時，皮膚內(nèi)的神經(jīng)末梢系統(tǒng)可以將真表皮的變化傳遞給中樞或其他相關(guān)部位(如脊髓)，有利于機體整體性穩(wěn)定〔29〕。表達譜的研究資料表明，早老性綜合征是一個最重要的生物過程，其中皮膚老化是DNA修復和穩(wěn)定性、線粒體功能、細胞周期和細胞凋亡、細胞外基質(zhì)、脂質(zhì)合成、泛素-誘導的蛋白水解和細胞代謝的改變，而主要的因素就是伴隨著年齡增加，激素生理功能降低在啟動衰老進程〔4〕。MMP-1是隨處可見的內(nèi)肽酶在皮膚的生理病理過程中扮演重要角色，包括其衰老的過程〔30〕。轉(zhuǎn)錄因子活化蛋白轉(zhuǎn)錄因子(AP)-1和α2β1整合素是MMP-1表達重要的調(diào)控因子，在衰老皮膚中它們的表達增強。MMP-1能夠減少成纖維細胞的伸展及機械張力及Ⅰ型膠原纖維的斷裂，最終引起衰老皮膚的松弛〔31〕。

結(jié)締組織的改變也在皮膚衰老過程中發(fā)揮重要作用，而其生物學作用受微環(huán)境影響，微環(huán)境受神經(jīng)-內(nèi)分泌-免疫軸的調(diào)控。以血管生成為例，隨著年齡的增長，皮膚的血管生成障礙。已有研究顯示，老年人皮膚的微血管數(shù)量減少。理解皮膚老化血管生成的分子機制可能會為預防和治療皮膚的衰老過程提供新的見解〔32〕。

1.1.3.1 神經(jīng)系統(tǒng)與皮膚衰老 感覺神經(jīng)的纖維在皮膚的各層均很致密，無論是結(jié)構(gòu)上還是功能上都與皮膚細胞的成分密切相關(guān)。皮膚的神經(jīng)源性的因子與光老化密切相關(guān)，參與光老化的發(fā)生過程。UV輻射(UVR)影響感覺神經(jīng)與其介質(zhì)，皮膚來源神經(jīng)生長因子和皮膚神經(jīng)來源神經(jīng)肽，如P物質(zhì)(SP)和鈣基因相關(guān)肽(CGRP)在內(nèi)源和外源性的皮膚衰老中充當重要作用〔33〕。另外，其他神經(jīng)肽和速激肽的變化也極為顯著〔34〕。S100A8(是S100蛋白家族中的一員，它與S100A9形成非共價復合物結(jié)合于細胞膜脂質(zhì)體，具有廣泛的生物學功能，如參與信號傳導，誘導細胞凋亡，影響細胞骨架形成等)作為一種鈣結(jié)合蛋白，與角質(zhì)形成細胞的分化、炎癥密切相關(guān)。它能被各種皮膚應激所誘導。Lee等〔35〕觀察發(fā)現(xiàn)，UV照射人的臀部皮膚后，S100A8 mRNA和蛋白發(fā)生變化，24 h時，年輕人皮膚中S100A8較正常高3倍，48 h高達4．4倍?？傊琒100A8受急性UV照射，光老化等影響。其他實驗證實，促腎上腺皮質(zhì)素釋放素(CRH)系統(tǒng)參與皮膚的炎癥反應，并與衰老密切相關(guān)。衰老皮膚的皮脂腺中CRH的表達上調(diào)，而毛囊和表皮GRH受體(CRHR)1的表達也上調(diào)，皮脂腺和汗腺的促腎上腺皮質(zhì)激素釋放激素結(jié)合蛋白(CRHBP)下調(diào)。說明CRH系統(tǒng)成分參與過量的應激反應〔36〕。

1.1.3.2 內(nèi)分泌系統(tǒng)與皮膚衰老 伴隨年齡增長，激素的水平下降，包括雌激素、睪酮、硫酸脫氫表雄酮和生長激素〔37〕。激素對皮膚的影響是多方面的，包括增加膠原含量、增加皮膚厚度及改善皮膚的濕潤度。其中雌激素的影響更是明顯，但其對細胞的影響機制還知之甚少〔38，39〕。雌激素對皮膚的影響主要通過表皮的角質(zhì)形成細胞、真皮的成纖維細胞和黑色素細胞及毛囊細胞和皮脂腺等〔40〕。女性卵巢產(chǎn)生雌激素的功能降低時，皮膚衰老進程加速性進行。激素雌二醇缺乏降低了表皮基底層的活性，減少了膠原和彈性纖維的合成，而上述物質(zhì)都是維持皮膚良好彈性不可缺乏的。Sumino等〔41〕研究顯示，絕經(jīng)后雌激素水平的下降不但會使皮膚膠原含量下降，真皮細胞的代謝也會受到絕經(jīng)后低雌激素水平影響，并且這類改變可以通過局部應用雌激素迅速逆轉(zhuǎn)。Shah等〔42〕也通過實驗證實，女性外用雌激素可以增加膠原含量、維持皮膚厚度，并通過增加酸性黏多糖和透明質(zhì)酸保持皮膚濕潤及角質(zhì)層的屏障作用，從而使皮膚保持良好彈性。由此可見，機體內(nèi)分泌系統(tǒng)功能的減退，也是皮膚衰老機制的重要影響因素之一〔43〕。

垂體、腎上腺和性腺的分泌減少將造成與衰老有關(guān)的身體和皮膚的表型和行為模式特征性改變。隨著年齡的增加，女性血清中17β-雌二醇、脫氫表雄酮、孕激素、生長激素和其下游的激素胰島素樣生長因子(IGF)-Ⅰ的水平下降。而男性血清中生長激素(GH)和IGF-Ⅰ水平顯著下降，部分人群在年齡較晚減少。激素類可以影響皮膚的形態(tài)和功能、皮膚的通透性、愈合、皮質(zhì)的脂肪形成和皮膚細胞的代謝。雌激素的替代療法可以預防絕經(jīng)和內(nèi)源性的皮膚衰老〔44〕。

1.1.3.3 免疫系統(tǒng)改變與皮膚衰老 美國病理學家Wolford早在1960年代就提出了衰老的免疫學假說，認為免疫系統(tǒng)參與了正常脊椎動物的衰老過程，是其主要調(diào)節(jié)系統(tǒng)之一。皮膚中的免疫組織老化、功能紊亂、細胞減少，從而導致皮膚感染性疾病的產(chǎn)生及皮膚對外界損傷因素的抵抗力下降。1983年Streilein根據(jù)表皮郎罕細胞遞呈抗原作用、T細胞親表皮性和角質(zhì)形成細胞產(chǎn)生表皮胸腺活化因子等，提出皮膚相關(guān)淋巴樣組織(SALT)的概念，認為SALT包括4種功能不同的細胞，即角質(zhì)形成細胞、淋巴細胞、郎罕細胞和內(nèi)皮細胞，每種細胞都以不同的方式在SALT中發(fā)揮作用。1989年Sontheimer提出的真皮微血管單元(DMU)及1993年Nickoloff等提出的真皮免疫系統(tǒng)(DIS)概念，均是對上述學說的重要補充和擴展，但皮膚衰老的免疫調(diào)節(jié)機制還有許多問題有待進一步闡釋。隨著年齡的增長，皮膚的免疫系統(tǒng)表現(xiàn)出適應能力下降是其顯著特點〔45，46〕。而免疫系統(tǒng)可以有保護作用防止皮膚受損害。這些機制，包括防御素和補體的激活，調(diào)節(jié)后天獲得性免疫。在基因的表達水平證實，免疫調(diào)節(jié)和促炎介質(zhì)對內(nèi)在的老化和光老化皮膚的影響是顯而易見的。這可能是UVR的影響炎性機制直接破壞分子和細胞的作用，包括DNA、蛋白質(zhì)和脂類〔46〕。

Toll樣受體(TLRs)啟動先天免疫反應和后續(xù)適應性免疫，在皮膚宿主防御微生物和一些炎癥性皮膚病的病理生理中發(fā)揮了重要作用，不同年齡組皮膚中存在很大差異〔47〕。

1.2 外源性因素

1.2.1 光老化 陽光損害人的皮膚，引起皺紋、色沉。自然陽光由多種色譜，對人體皮膚上的最終影響有各波長的作用和諸多波長光之間的相互作用，包括UA、可見光和紅外線。人的皮膚每天暴露到太陽的UVR、紅外射線和熱量下，它們刺激誘導皮膚的血管生成。在直射陽光下，人的皮膚溫度上升至約40℃后，紅外線輻射(IR)吸收轉(zhuǎn)換成熱。光照損傷的分子機制是自由基聚集，誘導DNA氧化破壞和交聯(lián)，導致其復制錯誤、核苷酸輔酶破壞、含巰基酶失活，繼而引起mRNA轉(zhuǎn)錄的改變〔48〕。照射早期，成纖維細胞由合成膠原纖維轉(zhuǎn)而合成彈力纖維，中期使網(wǎng)狀纖維增生、新合成膠原纖維增多，又因UV引起炎性浸潤，浸潤的單核巨噬細胞、中性粒細胞釋放蛋白水解酶，使成熟膠原進一步減少。整體膠原由Ⅰ型向Ⅲ型轉(zhuǎn)變，真皮彈力纖維吸收UV發(fā)生彈力蛋白變性、纖維增粗并聚集成團，使皮膚呈現(xiàn)光老化等增生表現(xiàn)，晚期則呈現(xiàn)萎縮狀態(tài)。此外，日光中的UV還可通過誘導抗原刺激反應的抑制途徑而降低免疫應答，直接抑制表皮朗罕細胞功能，引起光免疫抑制，使皮膚的免疫監(jiān)督功能減弱。UV所誘發(fā)的皮膚衰老可能與真皮蓄積晚期AGEs有關(guān)，通過RAGE與蛋白質(zhì)結(jié)合，引起細胞功能改變及氧化應激〔24〕。Pattison等〔49〕指出，UVR 有兩種不同的機制:①細胞成分直接吸收入射光導致激發(fā)態(tài)的形成和隨后的化學反應;②光敏機制，其中光被內(nèi)源性或外源性感光劑吸收產(chǎn)生激發(fā)三重態(tài)。激活的感光劑誘導細胞損傷有兩種機制:電子轉(zhuǎn)移和奪氫反應產(chǎn)生的自由基(Ⅰ型);與O2的能量轉(zhuǎn)移，產(chǎn)生反應的激發(fā)態(tài)，單線態(tài)氧(Ⅱ型)。其實還包括:DNA氧化應激產(chǎn)生不同的DNA損害類型:鏈斷裂，姐妹染色單體交換，DNA-蛋白質(zhì)交聯(lián)，糖損傷，無堿基位點和堿基修改。發(fā)生細胞死亡、染色體的變化、突變、形態(tài)學改變〔50〕及可能涉及的細胞因子和生長因子受體相關(guān)的信號好通路，包括表皮生長因子(EGF)、腫瘤壞死因子(TNF)、白細胞介素(IL)-1和角質(zhì)形成細胞生長因子(KGF)〔51，52〕。

Cho等〔53〕的研究證實，IR和熱能夠誘導皮膚新血管生成和炎癥性細胞浸潤，通過誘導MMP破壞真皮的細胞外基質(zhì)，并改變皮膚的結(jié)構(gòu)蛋白，從而增加皮膚過早老化。

雖然急性UV照射刺激皮膚的血管生成，慢性光損傷皮膚卻減少皮膚血管。急性和慢性暴露于UV對皮膚血管生成的不同影響的原因還有待進一步研究〔29〕。

1.2.2 其他 除了陽光，皮膚還暴露在很多環(huán)境污染中，這些物理或化學的污染對機體的第一道防御線皮膚產(chǎn)生氧化應激作用，它們包括汽、柴油排出的廢氣、香煙、鹵素、重金屬及臭氧，這些促氧化劑都可形成ROS，對皮膚細胞產(chǎn)生損害〔54〕。香煙之所以影響機體系統(tǒng)，包括皮膚組織，主要是這些細胞表達多種乙酰膽堿受體煙堿類亞型，包括α7受體。另外，吸煙能導致皮膚中MMP-1和MMP-3 mRNA表達增加，導致皮膚彈性下降〔52〕。臭氧和空氣中的不溶性微粒(PM)對皮膚衰老的影響主要是通過ROS和多環(huán)芳香烴(PAHs)〔52〕。而氣候狀況也是對皮膚衰老產(chǎn)生作用的因素之一〔55〕。

2 皮膚衰老的分子機制

2.1 端粒酶 端?？s短作為有絲分裂鐘能防止類似腫瘤的異常增殖，但這種保護的另一個后果就是細胞衰老和老化。端粒酶可以維持端粒的長度，它在皮膚的表皮很活躍，尤其在毛囊的球囊部，但在真皮幾乎檢測不到。越來越多的證據(jù)表明，端粒酶在維護皮膚的功能和增殖方面起到了重要作用。皮膚作為復雜的成分包括兩種不同的主要成分，有角質(zhì)形成細胞構(gòu)成的持續(xù)更新的表皮及具有豐富基質(zhì)由成纖維細胞構(gòu)成的真皮。這兩種成分緊密相連又相互作用，皮膚皺紋的形成、頭發(fā)灰白均與之有關(guān)，作為再生的組織，表皮能表達端粒酶、核糖體蛋白的復合物能抵抗對端粒酶的侵蝕，是重要的細胞衰老機制，也與皮膚的衰老有極大關(guān)系〔56〕。在細胞經(jīng)過不斷分裂、UVR或其他因素作用后，端粒縮短到一定程度，端粒環(huán)或 T環(huán)(TLoop)斷裂，3末端單鏈懸突暴露，通過與Werner蛋白的相互影響激活腫瘤抑制蛋白p53和其他DNA損傷反應蛋白，從而誘發(fā)細胞增殖性衰老或凋亡〔57〕。

在表皮干細胞，端粒的活性可能有超越端粒伸長的作用。皮膚細胞中的端?？赡芴貏e容易因為增殖和DNA損傷劑——ROS加速縮短〔58〕。氧化應激后端粒加速丟失可能由細胞內(nèi)的DNA修復過程介導，DNA損傷加速皮膚中端?？s短，端粒還介導衰老皮膚的黑色素形成〔59〕。UV和電離輻射引起的DNA損傷，角質(zhì)形成細胞較成纖維細胞更容易發(fā)生細胞凋亡和衰老〔60〕。當隨著端?？s短和DNA損傷，角質(zhì)形成細胞以凋亡形式被移除，成纖維細胞可能變衰老，在真皮中以旁分泌和細胞外基質(zhì)沉積的方式影響表皮的生長過程〔58〕。

應激條件下，細胞的增殖與存活過程中端粒酶同樣起重要作用。端粒酶能夠在細胞不同亞細胞之間動態(tài)穿梭，其中線粒體的角色舉足輕重〔61〕。

皮膚內(nèi)源性老化和光老化之間，即內(nèi)源性老化和光老化均導致T-Loop失穩(wěn)定破裂，3'末端單鏈懸突暴露:前者的原因在于更短或更“緊”的T-Loop隨機出現(xiàn);后者則是由于雙胸腺嘧啶(TT)光產(chǎn)物或鳥嘌呤殘基的ROS介導氧化作用使T-Loop或懸突扭曲變形。

皮膚老化的內(nèi)源性因素主要依賴于多次細胞分裂過程中端粒的進行性縮短，而光老化則還加上皮膚暴露于UVR的結(jié)果。端粒懸突重復序列TTAGGG三分之一是TT，二分之一是鳥苷酸殘基。UV使DNA通常在TT處生成嘧啶二聚體，細胞代謝或ROS所致的DNA氧化損傷通常發(fā)生于鳥嘌呤殘基，因此暴露于UV和(或)氧化損傷會對端粒造成廣泛的損傷，端粒3'末端TTAGGG單鏈懸突暴露，激活共同的細胞內(nèi)信號通路，啟動DNA損傷誘導反應(SOS)樣反應，導致細胞凋亡或增殖衰老，阻止其癌變。通過多項研究，已經(jīng)知道紫外線暴露、DNA氧化損傷、與細胞進入衰老階段及T-oligos存在(模擬3'末端單鏈懸突暴露)一樣，使端粒環(huán)破裂，通過p53途徑實現(xiàn)信號傳遞〔62〕。這一在內(nèi)源性老化和光老化間交叉重疊的機制解釋了兩種老化實質(zhì)上的相似性。

2.2 線粒體損傷學說 線粒體是機體細胞內(nèi)的呼吸中心，能量工廠。線粒體通過氧化代謝為機體提供能量的同時也產(chǎn)生了ROS，過多的ROS對線粒體DNA(mtDNA)產(chǎn)生氧化損傷導致mtDNA突變。mtDNA參與編碼呼吸鏈復合體組成的多個蛋白質(zhì)亞單位，當mtDNA受損時，相關(guān)蛋白質(zhì)合成障礙，影響呼吸鏈的完整性，造成細胞供能不足，從而導致衰老。

mtDNA是細胞核外遺傳物質(zhì)，為雙鏈閉合環(huán)狀結(jié)構(gòu)，由16 569 bp組成。在線粒體氧化磷酸化生成人三磷酸腺苷(ATP)過程中，有1% ～4%攝入的氧轉(zhuǎn)化為氧自由基，故線粒體是氧自由基產(chǎn)生的主要場所。線粒體DNA是裸露的，缺乏組蛋白和DNA結(jié)合蛋白的保護，因此易受氧自由基損傷，且損傷后因缺乏修復系統(tǒng)而不易被修復。研究表明，與衰老有關(guān)的mtDNA突變有大片缺失、點突變、插入、替代環(huán)或D環(huán)(D-loop)區(qū)小的串聯(lián)重復和DNA重排〔63〕，報道較多的是點突變和片段缺失。氧化應激可以誘導線粒體的共同缺失(MCD)突變。氧化應激的主要來源之一是位于線粒體的呼吸鏈容易出錯。另一個重要來源是暴露于環(huán)境因素，從而進一步引起細胞氧化應激。對于人類皮膚，最主要的環(huán)境損害因子就是UV照射，它能誘導共同缺失突變和外源性的皮膚衰老〔64〕。在體實驗〔65〕證實，線粒體氧化應激促進皮膚細胞衰老。Michikawa等〔66〕研究發(fā)現(xiàn)，老年人成纖維細胞線粒體基因組DNA復制區(qū)點突變率較年輕人高。實驗研究顯示，在基因敲除鼠(SOD)2-/-成纖維細胞的線粒體功能障礙是與Ca2+信號轉(zhuǎn)導，雷帕霉素靶蛋白(mTOR)軸信號通路抑制和自噬完成的〔67〕。

3 小結(jié)

衰老是一個自然過程，包括各種生理功能的下降，最終導致死亡。大量的研究，特別是較新的分子和遺傳方法的問世正試圖闡明衰老的生物學。從一些衰老的綜合征(如Hutchinson-Gilford、Werner和Down綜合征)都是由遺傳控制的說明基因在衰老中的地位?；虻耐蛔兛梢詫е驴寡趸?，銅鋅超氧化物歧化酶(SOD)和過氧化氫酶的活動增加，氧化應激的增加導致各種自由基相關(guān)性的干擾。這反映出基因(組)理論與自由基理論密切相關(guān)。許多天然的保護機制，防止氧自由基引起的細胞損傷明顯證實這個理論在衰老理論中的重要角色——超氧化物歧化酶的存在下，過氧化氫酶，谷胱甘肽過氧化物酶，谷胱甘肽還原酶，其中包括各種重要的內(nèi)在(尿酸、膽紅素、SH蛋白、谷胱甘肽等)和外在(維生素C和E、類胡蘿卜素、黃酮等)，抗氧化劑和金屬螯合蛋白能預防Fenton和Haber-Weiss化學作用。而自由基理論也包含了ROS的損傷機制及各種毒素和線粒體理論。氧化應激也使一些關(guān)鍵的酶和蛋白失活。在內(nèi)源性衰老和外源性衰老都可引起ROS蓄積，這主要是激活了MAPK通路中的ERK、C-Jun氨基末端激酶(JNK)和p38MAPK，然后激活AP-1轉(zhuǎn)錄因子，AP-1通過MMP-1、-3和-9誘導膠原降解〔52〕。另外，大量線粒體DNA突變導致能量輸出逐步減少，特別是低于機體組織需要時，可能導致各種衰老信號，如記憶力喪失、聽力、視覺和耐力減退。另外，限制熱量攝入是增加壽命的有效方法，表明代謝在衰老中的作用，關(guān)鍵就是氧化應激。其他的理論還包括(免疫、神經(jīng)內(nèi)分泌、體細胞突變和錯誤性突變)，該系統(tǒng)在細胞的相互作用、代謝、生長和衰老中同樣發(fā)揮著重要作用〔68〕。

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