皮膚衰老的生物學(xué)特征和研究模型*

★ 沈安 鄒斌 鄧儀卿 詹慧慧 朱衛(wèi)豐（江西中醫(yī)藥大學(xué)現(xiàn)代中藥制劑教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 南昌 330004）

1 皮膚衰老的生物學(xué)特征

1.1 臨床表現(xiàn) 皮膚是機(jī)體與外部環(huán)境連接最大的生物創(chuàng)接口器官，正常皮膚覆蓋于體表，面積為 1.5～2.0m2，厚度約 1～4mm（不包括皮下脂肪層），人體皮膚質(zhì)量為體重的5%，如果包括皮下組織，總質(zhì)量可達(dá)到體重的16%，皮膚的pH值范圍約為5.5～7.0，呈弱酸性。皮膚外表面構(gòu)成天然屏障，抵御環(huán)境中各種有害因素的侵襲；它的內(nèi)面與我們身體內(nèi)部的各種組織器官緊密連接，維持他們的生理活動(dòng)和功能。皮膚的最外層組織為表皮（Epidermis），主要由角質(zhì)形成細(xì)胞（Kerationocyte）組成，而根據(jù)角質(zhì)形成細(xì)胞的形態(tài)，可將其分為四層，由外向內(nèi)依次為角質(zhì)層、顆粒層、棘層、基底層四個(gè)層次，除此之外皮膚中還有毛發(fā)、汗腺、皮脂腺和指（趾）甲等附屬器。

1.1.1 皮膚含水量減少 正常人體皮膚內(nèi)的水分占人體總含水量的18%～20%，對(duì)人體起著重要調(diào)節(jié)作用。有學(xué)者通過測量在體皮膚組織剪切波的傳播速率和衰減頻率，發(fā)現(xiàn)剪切波的傳播速率和衰減頻率的大小取決于皮膚角質(zhì)層含水量，進(jìn)而研究年齡在24～63歲成年男性左手臂皮膚的動(dòng)態(tài)力學(xué)性能，發(fā)現(xiàn)年長者比年輕男性皮膚角質(zhì)層的含水量減少［1］，由此可見，衰老的皮膚其含水量也會(huì)相應(yīng)的減少。

1.1.2 皮脂和汗液分泌的改變 皮膚內(nèi)分布著皮脂腺和汗腺，其分泌的皮脂和排泄的汗液可在皮膚上形成一層保護(hù)膜，可減少皮膚水分蒸發(fā)，使皮膚保持潤滑、柔韌。隨著機(jī)體年齡的增長，皮膚逐漸衰老，皮脂腺及汗腺的分泌功能同機(jī)體其他器官一樣減弱，皮脂和汗液形成的保護(hù)膜也會(huì)相應(yīng)的減少。有關(guān)學(xué)者研究表明，在青春發(fā)育期后（即13歲后），無論男女，皮脂腺豐富的前額和皮脂腺較少的前臂屈側(cè)皮脂含量都明顯高于青春發(fā)育期前。與男性相比，女性在50歲以后，前額皮脂含量減少更為明顯；大于50歲的男性前額皮脂含量比36～50歲組減少［2-3］，皮膚變得粗糙，并且光澤減少。

1.1.3 皮膚屏障功能損害 隨著年齡的增長，人體皮膚的光照時(shí)間也會(huì)延長，當(dāng)皮膚長期暴露于光照條件下，由于紫外線（UVB）照射，導(dǎo)致皮膚屏障功能減弱，進(jìn)而引起皮膚的表皮增生及皮膚的炎癥反應(yīng)。通常皮膚的屏障功能用透皮失水率來衡量，有研究資料顯示，當(dāng)人體皮膚暴露于0.75MED的日光模擬儀ld后其透皮失水率就明顯增高，2d后開始降低，用日光模擬儀大劑量（2.5MED）照射后，需28d才能使透皮失水率恢復(fù)到正常水平［4］，因此皮膚應(yīng)避免長期照射于UVB下。許多伴有表皮通透屏障功能降低的皮膚病的發(fā)生和發(fā)展與氧化應(yīng)激有關(guān)，皮膚衰老也與氧化應(yīng)激有關(guān)，老年皮膚的抗氧化能力和表皮通透屏障功能的恢復(fù)能力均降低。由此提示，抗氧化或改善表皮通透屏障功能可能有助于防治與其相關(guān)的皮膚病。抗氧化劑可用于延緩皮膚衰老［5］。

1.1.4 血管新生量減少 人體產(chǎn)生新血管的過程，受皮膚生理和病理?xiàng)l件影響，隨著皮膚老化，皮膚血管新生量發(fā)生明顯改變，減少皮膚微血管已成為老年人皮膚衰老的主要觀察對(duì)象。人體皮膚每天暴露于太陽紫外線照射當(dāng)中，這些刺激是會(huì)誘導(dǎo)皮膚血管生成。研究表明，短期紫外線照射促進(jìn)皮膚血管生成，但長期紫外線照射導(dǎo)致皮膚血管新生量下降。短期和長期紫外線暴露對(duì)皮膚血管生成的影響的差異原因還有待進(jìn)一步闡明［6］。近年來，“由瘀致衰”學(xué)說日益受到重視，研究表明，老年人存在著血液循環(huán)和微循環(huán)障礙，呈現(xiàn)一種嗜血栓狀態(tài)。如臨床表現(xiàn)為明顯的“瘀血”征象如色素沉著，皮膚粗糙，老年斑出現(xiàn)，鞏膜混濁，舌質(zhì)瘀暗或瘀點(diǎn)，舌下脈絡(luò)扭曲，脈澀、結(jié)代等癥。另外，現(xiàn)在多發(fā)的各種老年病，如中風(fēng)、眩暈、癡呆、胸痹、厥心痛、真心痛等，這些都與瘀血關(guān)系緊密，也是最常見加速衰老和死亡的原因。采用活血化瘀延緩衰老，也成為中醫(yī)藥抗衰老研究的熱點(diǎn)之一［7］。

1.2 微觀表現(xiàn)

1.2.1 自由基增多 在機(jī)體衰老代謝的過程中，會(huì)產(chǎn)生一定量的自由基，有超氧化物自由基（Superoxide Anion）、過氧化氫（Hydrogen Peroxide）、羥基自由基（Hydroxyl Radical）、單線態(tài)氧（Singlet Oxygen）、過氧化脂質(zhì)（Hydroperxide ROOH）［8］。這些自由基被生物體內(nèi)的抗氧化劑和自由基清除劑所清除，其中有谷胱甘肽過氧化物酶（GSH-Px）、過氧化氫酶（CAT）、超氧化物歧化酶（SOD）等，從而維持生物體氧化和抗氧化功能的平衡。然而，由于生物體年齡的增長所導(dǎo)致細(xì)胞代謝功能降低，以及一些外部物理損傷因素致使生物機(jī)體代謝產(chǎn)生的自由基逐漸堆積，而自由基的堆積是生物體衰老的重要因素。自由基的強(qiáng)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)，經(jīng)分解后產(chǎn)生代謝產(chǎn)物丙二醛（MDA），后者與蛋白質(zhì)、肽類或脂類聚合交聯(lián)可形成老年色素或脂褐質(zhì)的積累，從而導(dǎo)致皮膚老化，此亦稱為自由基理論［9］。自由基理論認(rèn)為衰老是由積累損傷造成機(jī)體被動(dòng)氧化，盡管這個(gè)概念在定義氧化損傷過程中做出了非常重要的貢獻(xiàn)，但越來越多的研究開始反駁它，認(rèn)為自由基理論有其局限性，因氧化損傷只是機(jī)體老化眾多原因之一，它不能解釋老化與不可避免的損傷之間的因果關(guān)系［10］。

1.2.2 膠原纖維減少 維持皮膚緊繃，有彈性的重要成分即為膠原纖維，當(dāng)生物體的年齡增長，膠原纖維的含量將明顯下降，從而導(dǎo)致皮膚松弛以及彈性降低。羥脯氨酸（Hyp）是膠原蛋白中最重要、含量最多、且最穩(wěn)定的氨基酸，因此，目前國內(nèi)抗皮膚衰老藥物的實(shí)驗(yàn)研究常采用測定Hyp含量作為間接反映膠原纖維總量的指標(biāo)來衡量真皮衰老的程度。已有資料證明，當(dāng)纖維細(xì)胞內(nèi)羥化酶在氧自由基的攻擊下失去羥化功能將導(dǎo)致HYP生成減少，最終導(dǎo)致膠原纖維合成功能減弱。隨著研究的不斷深入，人們發(fā)現(xiàn)膠原含量取決于膠原合成與膠原代謝的動(dòng)態(tài)平衡，成人皮膚以Ⅰ型膠原為主，皮膚成纖維細(xì)胞新合成的膠原分子分泌至細(xì)胞外后，端肽被特異性蛋白酶水解形成Ⅰ型前膠原羧基末端肽，而基質(zhì)金屬蛋白酶-1（MMP-1）和基質(zhì)金屬蛋白酶-2（MMP-2）作為皮膚成纖維細(xì)胞產(chǎn)生的分解膠原最關(guān)鍵的酶，與金屬蛋白酶組織抑制劑（TIMPs）在維持膠原正常量的過程中發(fā)揮重要作用。TIMPs也由皮膚成纖維細(xì)胞合成，其作用與基質(zhì)金屬蛋白酶（MMPs）相反［11］。Chung JH等研究發(fā)現(xiàn)自然衰老皮膚中由于成纖維細(xì)胞代謝紊亂，致使其分泌的MMP-1和MMP-2增加而膠原合成減少，導(dǎo)致皺紋產(chǎn)生和皮膚彈性下降；而光老化皮膚的膠原減少主要與成纖維細(xì)胞分泌基質(zhì)金屬蛋白酶增加有關(guān)，膠原合成下降不明顯［12］。

2 皮膚老化常用的動(dòng)物模型

2.1 自然老化模型 自然老化模型能夠完全符合皮膚衰老的各項(xiàng)生物學(xué)特征，但與D-半乳糖致小鼠亞急性衰老模型、絕經(jīng)模型、光老化模型等其他模型組比較存在制備耗時(shí)長、費(fèi)用高等缺點(diǎn)，因此在臨床實(shí)驗(yàn)中較少使用。

2.2 D-半乳糖致小鼠亞急性衰老模型 D-半乳糖誘導(dǎo)劑量具有靶向器官的選擇性，其作用機(jī)制與氧化應(yīng)激損傷、鈣穩(wěn)態(tài)失調(diào)、線粒體老化、非酶糖基化反應(yīng)、端粒短縮及端粒酶的活性下降，以及免疫功能減退有關(guān)［13］。D-半乳糖致小鼠亞急性衰老模型在一定意義上體現(xiàn)了現(xiàn)代生物學(xué)的特點(diǎn)，但其在客觀表達(dá)人體衰老方面還存在較多的缺點(diǎn)。邱柏程［14］認(rèn)為人們對(duì)于D-半乳糖致小鼠亞急性衰老模型的研究大部分只是停留在其分支器官的生化指標(biāo)的測量上面，缺乏系統(tǒng)性評(píng)價(jià)的方法，應(yīng)該為建立更加可靠的衰老模型提供更多的理論基礎(chǔ)。劉克明［15］通過測量自然衰老鼠組與D-半乳糖致小鼠亞急性衰老模型組各項(xiàng)生物學(xué)指標(biāo)（生化指標(biāo)、免疫學(xué)行為指標(biāo)等），來比較兩種模型之間是否有差異，發(fā)現(xiàn)雖然D-半乳糖致小鼠亞急性衰老模型組某些生化指標(biāo)與自然衰老組模型相似，但其免疫學(xué)行為等方面仍存在較大差異，認(rèn)為D-半乳糖致小鼠亞急性衰老模型組難以真實(shí)反映自然衰老的各項(xiàng)生理變化，D-半乳糖模型鼠不宜應(yīng)用于免疫、行為等方面的衰老研究［13，16-18］。

2.3 去勢大鼠模型 人們?cè)诖萍に仃P(guān)于機(jī)體衰老方面的研究較少，而雌激素在防止皮膚老化作用機(jī)制中扮演著重要的角色，雌激素可以增加皮膚的膠原蛋白、促進(jìn)表皮細(xì)胞的增殖分化以及促進(jìn)皮膚組織透明質(zhì)酸的含量增加［19］，因此，絕經(jīng)模型也可以作為皮膚衰老的模型。譚拯［20］、左?。?1］等都曾采用絕經(jīng)模型作為皮膚衰老的模型研究雌激素對(duì)體外培養(yǎng)的皮膚成纖維細(xì)胞骨形態(tài)發(fā)生蛋白2（BMP-2）蛋白的影響，探討雌激素減緩皮膚老化的機(jī)制，認(rèn)為模型可靠。

2.4 皮膚光老化模型 近年來，由于大氣臭氧層的破環(huán)，越來越多的紫外線照射到地球表面，包括長波紫外線（UVA）、中波紫外線（UVB）、短波紫外線（UVC），UVA和UVB能夠到達(dá)地球表面，且UVA的穿透能力最強(qiáng)，對(duì)皮膚的損害能力最大［22］，強(qiáng)烈的紫外線照射會(huì)造成皮膚成纖維細(xì)胞的形態(tài)改變、增殖能力下降，所以光老化模型通常是指將皮膚長期暴露于UVA和UVB紫外光下引起的皮膚一系列的生理病理學(xué)指標(biāo)的變化，由于其在解決皮膚美容的需求存在重要的作用而備受關(guān)注［23］。

2.5 細(xì)胞光老化模型 隨著細(xì)胞生物學(xué)和分子生物學(xué)的發(fā)展，研究學(xué)者開始從細(xì)胞水平和分子水平對(duì)機(jī)體衰老的機(jī)理進(jìn)一步深入的探討［24］，用8-甲氧補(bǔ)骨脂素聯(lián)合UVA（8-MOP/UVA）誘導(dǎo)皮膚成纖維細(xì)胞光老化即可形成細(xì)胞光老化模型，李建民［25-27］采用細(xì)胞光老化的模型研究杜仲對(duì)紫外線致ESF-1細(xì)胞光老化保護(hù)作用；駱丹［28］采用細(xì)胞光老化的模型研究人參皂苷Rgl對(duì)細(xì)胞光老化模型中p53信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑的影響，此外還有纖維細(xì)胞光老化模型［29-33］，HaCaT 光老化模型［26，34］，均表明模型可靠。

2.6 內(nèi)源性衰老合并光老化模型 內(nèi)源性衰老模型為全身性衰老模型，不能夠完全突出皮膚衰老的特征，而光老化模型能夠較準(zhǔn)確的顯示出皮膚衰老的特征，但對(duì)在機(jī)體生理生化指標(biāo)的改變不夠顯著，而內(nèi)源性衰老合并光老化模型通過綜合兩者的優(yōu)點(diǎn)，從而建立更為健全的衰老模型。有研究學(xué)者曾用D-半乳糖聯(lián)合光照作為衰老模型組［35］，發(fā)現(xiàn)D-半乳糖聯(lián)合光照可使小鼠表皮增厚、真皮變薄，膠原纖維減少，排列疏松，彈力纖維增粗，變性，堆積；皮膚中超氧化物歧化酶SOD活力、羥脯氨酸HYP含量顯著降低，丙二醛MDA含量增加，較單用D-半乳糖組和光照組改變更為顯著。內(nèi)源性衰老合并光老化模型也成為了現(xiàn)在人們常用衰老模型［36］，利用D-半乳糖注射聯(lián)合、照射所造模型是模擬人體老化過程的快速、實(shí)用，且可靠、可行的動(dòng)物模型。

2.7 皮膚注射非對(duì)稱性二甲基精氨酸衰老模型 近年來又有研究學(xué)者通過研究非對(duì)稱性二甲基精氨酸（ADMA）對(duì)人皮膚成纖維細(xì)胞（HSF）衰老的影響及其可能機(jī)制［37］，發(fā)現(xiàn)ADMA能抑制人皮膚成纖維細(xì)胞的增殖，且隨濃度增加，抑制能力也相應(yīng)增強(qiáng)，由此可以說明機(jī)體皮膚中注入ADMA可以作為構(gòu)成人體皮膚成纖維細(xì)胞自然老化及光老化模型一條新的途徑。

3 結(jié)論及展望

國內(nèi)外對(duì)于皮膚衰老的分子機(jī)制探討而言，依然是自由基學(xué)說較為突出，由Denham Harman［1］在1956年提出，其認(rèn)為衰老過程中的退行性變化是由于細(xì)胞正常代謝過程中產(chǎn)生的自由基的有害作用造成的。生物體的衰老過程是機(jī)體的組織細(xì)胞不斷產(chǎn)生自由基積累的結(jié)果，自由基可以引起DNA損傷從而導(dǎo)致突變，誘發(fā)腫瘤形成。自由基是正常代謝的中間產(chǎn)物，其反應(yīng)能力很強(qiáng)，可使細(xì)胞中的多種物質(zhì)發(fā)生氧化，損害生物膜。還能夠使蛋白質(zhì)、核酸等大分子交聯(lián)，影響其正常功能，但前文中有提到也有其理論的缺陷。在所有的衰老學(xué)說中，都是可能接近事實(shí)真相的，他們中的大多數(shù)包含許多正確的元素。如果找到這些正確的元素，然后通過合并的方式從而形成一個(gè)新的理論，衰老的機(jī)制研究就可以向前邁進(jìn)一大步。而對(duì)于動(dòng)物衰老模型的建立，由于D-半乳糖模型以及細(xì)胞衰老模型各有其優(yōu)缺點(diǎn)，故現(xiàn)今采用的皮膚衰老模型并沒有統(tǒng)一，多采用內(nèi)源性衰老合并光刺激衰老模型，從而共同作用來加重皮膚的老化，以保證其作用突出。盡管近幾年許多研究人員在皮膚衰老實(shí)驗(yàn)研究方面取得了一定成就，但是在皮膚衰老的機(jī)制等研究領(lǐng)域與環(huán)節(jié)未被完全揭示。隨著皮膚衰老機(jī)理的不斷探索發(fā)現(xiàn)和現(xiàn)代研究技術(shù)的不斷發(fā)展，皮膚抗衰老實(shí)驗(yàn)研究將會(huì)有新的突破。