皮膚光老化研究新進(jìn)展

王小燕 劉子菁 馬仁燕 Juliandri 許 陽

光老化(photoaging)是由于過多的日光照射引起皮膚特征性改變的復(fù)雜過程，主要表現(xiàn)為皮膚干燥、松弛、皺紋、色素增加或脫失以及毛細(xì)血管擴(kuò)張等，嚴(yán)重的可能導(dǎo)致皮膚表面隆起、深犁溝狀、革質(zhì)外觀，并出現(xiàn)開放性粉刺、粟丘疹、光化性紫癜以及表皮和真皮增厚[1,2]。從1960年代Kligman發(fā)現(xiàn)日光可致皮膚光損傷至今，關(guān)于紫外線所致皮膚光老化的基礎(chǔ)、臨床研究成果頗豐，已有諸多文獻(xiàn)總結(jié)綜述[3-5]。本文僅簡述近年來皮膚光老化發(fā)病機(jī)制和防治研究領(lǐng)域的新觀點。

1 與皮膚光老化有關(guān)的日光組成

日光根據(jù)波長不同分為紫外線、可見光和紅外線。紫外線(Ultraviolet，UV)波長在200～400 nm之間，可見光(visible light，VL)波長400～700 nm，紅外線(infrared light，IR)波長700～10000 nm。其中紫外線占日光的5%，可見光占50%，紅外線占45%[6]。

紫外線引起光老化已有很多研究[7-10]。相關(guān)機(jī)制包括受體介導(dǎo)的通路MAPK、NF-kB/P65、JAK/STAT、Nrf-2的激活，氧自由基(reactive oxygen species，ROS)使端粒縮短、線粒體損傷，DNA損傷引起抑癌基因P53突變，以及炎癥級聯(lián)反應(yīng)和免疫抑制等[4]。

近年來的研究表明VL和IR也可引起光老化[5]。表皮成纖維細(xì)胞實驗結(jié)果顯示VL與細(xì)胞內(nèi)過氧化物的形成正相關(guān)并呈劑量依賴，當(dāng)VL劑量分別是65、130和180 J/cm2，ROS分別增加5倍、9倍和18倍。而大量的ROS可引起氧化應(yīng)激反應(yīng)，通過EGFR/ERK通路產(chǎn)生促炎細(xì)胞因子如白介素IL(interlerleukin)-α、IL-1、IL-6、IL-8、粒系巨噬細(xì)胞-集落刺激因子(granulocyte macrophage-colony stimulating factor，GM-CSF)，并促進(jìn)基質(zhì)金屬蛋白酶MMP(Matrix metalloproteinase)-1和MMP-9表達(dá)，導(dǎo)致炎癥細(xì)胞浸潤和基質(zhì)膠原蛋白降解從而引起皮膚老化[11]。另有研究表明VL照射對Ⅲ型及更深膚色的人群可引起即刻的色素沉著，即使是最低劑量40 J/cm2的照射也會產(chǎn)生色素沉著且持續(xù)兩周的時間不消退。隨著劑量的增加，皮膚紅斑面積也會更大，黑色素會重新分布到角質(zhì)形成細(xì)胞中的棘層以上部位[12]。其他研究表明VL可使黑色素光致敏、產(chǎn)生單線態(tài)氧而損傷細(xì)胞DNA，進(jìn)一步誘導(dǎo)基因突變或細(xì)胞老化[13]。

IR包含IRA(700～1400nm)、IRB(1400～3000 nm)和IRC(3000nm～1mm)。IR-A可穿透皮膚的表皮、真皮，到達(dá)皮下組織，而皮膚表皮溫度不升高。IR-B、IR-C主要被表皮吸收，可升高皮膚溫度[14]。急性暴露于IR會增加表皮中肥大細(xì)胞數(shù)量和血管內(nèi)皮生長因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)的表達(dá)，使VEGF與血小板反應(yīng)素(thrombospondin TSP)-1和2的比例增加，導(dǎo)致毛細(xì)血管擴(kuò)張[15]。IR暴露還會引起線粒體內(nèi)ROS的產(chǎn)生從而激活MAPK/ERK1通路使MMP-1基因的轉(zhuǎn)錄和翻譯增加。在溫度高于43℃、低pH條件下IR輻射可激活角質(zhì)形成細(xì)胞，成纖維細(xì)胞和黑素細(xì)胞膜上各種熱敏感受體，包括瞬時受體電位辣椒素亞型1(transient receptor potential vanilloid 1，TRPV1)， TRPV1在受刺激時打開細(xì)胞膜通道，鈣離子內(nèi)流，MMP-1表達(dá)增加，膠原纖維降解，I型前膠原蛋白減少，從而導(dǎo)致粗皺紋的形成[6,16]。另有研究表明IRA輻射增加ROS表達(dá)后降低內(nèi)源性抗氧化劑酶防御系統(tǒng)，減少成纖維細(xì)胞中的GADD45a蛋白從而減弱DNA修復(fù)過程，促進(jìn)皮膚光老化[17]。

2 皮膚光老化的表現(xiàn)以及相關(guān)機(jī)制

既往文獻(xiàn)描述皮膚光老化臨床表現(xiàn)主要在表皮層和真皮層，表皮層主要表現(xiàn)為皺紋、松弛、粗糙和色素的增加或缺失。在大量MMPs如MMP-2、MMP-9和uPA、明膠酶及肝素酶活性增強(qiáng)的情況下可降解基底膜致結(jié)構(gòu)損傷[18]。真皮層主要表現(xiàn)為膠原纖維和彈性纖維的降解，而新近研究認(rèn)為皮膚脂肪層也具有光老化表現(xiàn)。

人真皮白色脂肪組織(dermal white adipose tissue，dWAT)是從皮下白色脂肪組織(subcutaneous white adipose tissue，sWAT)中分離出來的一層以“圓筒”形式存在的脂肪組織庫[19]。dWAT參與傷口愈合、皮溫調(diào)節(jié)等生理過程，可突出至真皮上層形成連接皮膚表層和sWAT的“脂肪橋”，而這種連接使紫外線照射到達(dá)更深的脂肪層。慢性多次或單次的UVR照射均可影響sWAT的代謝，且暴露部位sWAT中的游離脂肪酸和甘油三酯含量顯著低于非暴露區(qū)域[20]。慢性和單次UVR暴露會顯著降低主要的脂肪生成因子如過氧化物酶增殖激活受體γ(peroxisome proliferator-activated receptor γ，PPARγ)使脂肪生成減少，其作用至少保持穩(wěn)定至急性UVR暴露后的72 h。而這種現(xiàn)象存在的機(jī)制是UVR誘導(dǎo)皮膚產(chǎn)生炎癥因子如IL-1α、IL-6、IL-11和TNF-α等，抑制前體脂肪細(xì)胞轉(zhuǎn)變?yōu)槌墒熘炯?xì)胞，表明炎性因子參與皮膚外源性老化中sWAT的減少。慢性UVA暴露可導(dǎo)致表皮油脂減少、變薄、皮膚dWAT減少及纖維產(chǎn)生增多和真皮下層的乙酰透明質(zhì)酸含量增加，這些變化會導(dǎo)致更強(qiáng)的紫外線被吸收并加速皮膚老化，機(jī)制是真皮脂肪細(xì)胞向脂肪-肌成纖維細(xì)胞轉(zhuǎn)變(adipoctye-myofibroblast transition，AMT)，而這纖維化的轉(zhuǎn)變代替原本的dWAT體積導(dǎo)致空間異質(zhì)性皮膚結(jié)構(gòu)的產(chǎn)生使皮膚結(jié)構(gòu)塌陷、容積喪失，出現(xiàn)萎縮[21]。

3 光老化治療進(jìn)展

3.1 廣譜防曬 除物理遮擋如戴帽、口罩等，目前提倡廣譜防曬，即采用廣譜防曬劑或使用新型成分的防曬產(chǎn)品對紫外線、可見光以及IRA均進(jìn)行防護(hù)[22]。新型成分如類維生素A或抗AhR、抗炎、抗氧化[23,24]，抗MMP[25]及抗TRPV1[26]等，主要減少紫外線照射引起的MMP-2、MMP-3、MMP-9、MMP-13和炎癥因子IL-1β、IL-2、IL-4、環(huán)氧化酶-2(cyclooxygenase，COX-2)及P53基因的表達(dá)等發(fā)揮作用。

3.2 肉毒素-A抗光老化作用 肉毒素-A(botulinum toxin type -A,BTX-A)可通過抑制神經(jīng)肌肉接頭處乙酰膽堿的釋放導(dǎo)致肌肉松弛來改善動態(tài)皺紋[27]。近年來研究發(fā)現(xiàn)真皮內(nèi)注射BTX-A可改善皮膚紋理和靜態(tài)皺紋。將BTX-A加入成纖維細(xì)胞培養(yǎng)基中，可促進(jìn)I型膠原的合成，減少MMP-9的表達(dá)[28]。另一項研究發(fā)現(xiàn)在UVB輻射誘導(dǎo)提早衰老的成纖維細(xì)胞中加入BTX-A后可減緩細(xì)胞衰老，使衰老相關(guān)的β-半乳糖苷酶(SA-β-gal)染色陽性細(xì)胞比例明顯減少，且與BTX-A呈劑量依賴性。UVB照射可使G1期阻滯成纖維細(xì)胞增加，而BTX-A通過抑制p16、p21和p53的表達(dá)來減少G1期阻滯的成纖維細(xì)胞的比例，促進(jìn)I型、III型膠原分泌，并且減少MMP1和MMP3表達(dá)[29]。表明BTX-A可促進(jìn)真皮膠原的合成并減少其降解，發(fā)揮抗光老化作用。

3.3 注射交聯(lián)透明質(zhì)酸的抗皮膚光老化作用 臨床常用交聯(lián)透明質(zhì)酸(cross-linked hyaluronic acid,HA)作為軟組織填充劑[30]來改善面部輪廓。HA聚合物可與皮膚中的水結(jié)合形成黏性復(fù)合物，有助于補(bǔ)水、維持皮膚彈性和保護(hù)皮膚屏障功能[31]。在年輕人皮膚中，真皮內(nèi)成纖維細(xì)胞通過跨膜整聯(lián)蛋白受體附著在膠原纖維上，當(dāng)整合素與真皮細(xì)胞外基質(zhì)結(jié)合觸發(fā)黏附復(fù)合物的形成后，可促使肌動蛋白骨架形成，從而維持成纖維細(xì)胞局部粘附性和機(jī)械穩(wěn)定性。而在老化皮膚中，真皮膠原纖維經(jīng)酶裂解催化，導(dǎo)致成纖維細(xì)胞結(jié)構(gòu)塌陷和機(jī)械張力降低，使I型膠原產(chǎn)生減少和MMPs增多[32]。有研究表明在老化皮膚內(nèi)注射交聯(lián)HA填充劑4周后，注射臨近區(qū)域可觀察到高組織性的致密膠原纖維束，使得真皮細(xì)胞外基質(zhì)機(jī)械穩(wěn)定性恢復(fù)，前I型和III型膠原蛋白增多，成纖維細(xì)胞伸展并活化，張力作用下伸展的成纖維細(xì)胞上調(diào)TβRII和CTGF/CCN2并通過 TGF-β途徑促進(jìn)膠原合成[33]。HA制劑通過CD44受體促進(jìn)基底角質(zhì)形成細(xì)胞增殖和表皮增厚改善光老化變薄皮膚[34]。

3.4 聚二氧環(huán)己酮線 聚二氧環(huán)己酮(Polydioxanone，PDO)是一種無色、結(jié)晶、可吸收的聚合物， PDO線已被用于美容，如微創(chuàng)提升頸部和面部老化輪廓[35]。一項研究使用由多股PDO單絲構(gòu)成的內(nèi)部空狀結(jié)構(gòu)的支架植入動物模型中，1周后，支架內(nèi)可觀察到成纖維細(xì)胞生長，4周后，支架中央?yún)^(qū)域包含較多的I型膠原纖維，周邊主要包含III型膠原纖維。12周后支架內(nèi)膠原纖維形成致密組織，I型膠原纖維顯著增多，因此證實PDO線可支撐真皮組織并促進(jìn)成纖維細(xì)胞合成膠原[36]。另一項研究使用PDO支架植入人的上唇和前額部的皺紋處，亦觀察到I和III型膠原合成增加，3個月后皺紋明顯改善且療效持續(xù)12個月[37]，即證明除提拉緊致作用外PDO線還具有直接抗光老化作用。亦有實驗表明植入PDO線還可以通過毛細(xì)血管擴(kuò)張增加循環(huán)來改善皮膚紋理和脂肪細(xì)胞變性減少脂肪體積從而改善面部輪廓[38]。

3.5 脂肪來源干細(xì)胞 脂肪來源干細(xì)胞(Adipose-derived stem cells，ADSCs)具有多種再生功能，可分泌多種生長因子，如血管內(nèi)皮生長因子(VEGF)、胰島素樣生長因子(insulin-like growth factor，IGF)、肝細(xì)胞生長因子(hepatocyte growth factor，HGF)、轉(zhuǎn)化生長因子-β1(transforming growth factor-beta1,TGF-β1)等。在UVB照射誘導(dǎo)光老化的無毛小鼠皮下注射ADSC后，可觀察到成纖維細(xì)胞增殖增多，膠原合成增加，MMPs減少，且成纖維細(xì)胞凋亡減少，從而使真皮膠原含量增加，皺紋減少，皮膚紋理改善[39]。在紫外線照射后的人體成纖維細(xì)胞中加入ADSCs后可明顯減少MMP-1表達(dá)并增加I型前膠原的含量從而發(fā)揮抗皺紋作用[40]。用脂肪干細(xì)胞上清液(Adipose-derived stem cells-conditioned medium,ADSCs-CM)處理成纖維細(xì)胞后可促進(jìn)I和III型膠原產(chǎn)生，并且可促進(jìn)具有抗纖維化和調(diào)控纖維細(xì)胞凋亡作用的HGF產(chǎn)生[41]。Chang等[42]證明了ADSCs分泌多種因子并通過下調(diào)B16黑素瘤細(xì)胞中的酪氨酸酶和酪氨酸酶相關(guān)蛋白1(tyrosinase-related protein，TRP-1)表達(dá)而抑制黑色素合成，從而改善皮膚色素沉著。

4 其他相關(guān)研究新進(jìn)展

4.1 老化暴露組的概念 2016年有文獻(xiàn)提出皮膚老化暴露組(skin ageing exposome)這一概念，包括人從出生到死亡接觸到的可引起皮膚老化生物學(xué)及臨床表現(xiàn)的多種外源性和內(nèi)源性因素、因素之間相互作用以及人體對這些因素的反應(yīng)，而這些因素會導(dǎo)致人體皮膚出現(xiàn)老化的生物學(xué)變化和臨床癥狀。這些相關(guān)因素包括了日光(紫外線、可見光、紅外光)、煙草、空氣污染、溫度、營養(yǎng)、睡眠以及壓力，美容產(chǎn)品等，其中日光對于外源性老化的影響最為明顯[43]。而空氣污染、吸煙對皮膚老化的影響和研究成為了除紫外線輻射以外的熱點。

4.2 黑素細(xì)胞可直接感知光 視網(wǎng)膜通過視蛋白(Opsin)感知可見光。最新研究表明黑素細(xì)胞也可通過視蛋白OPN3直接感知可見光中波長400～415nm的藍(lán)光，誘導(dǎo)色素沉著。OPN3誘導(dǎo)黑色素生成是呈鈣依賴性的，鈣離子內(nèi)流后進(jìn)一步激活蛋白激酶CAMKII，然后激活CREB，細(xì)胞外信號調(diào)節(jié)激酶(extracellular signal-regulated kinase, ERK)和p38，導(dǎo)致小眼畸形相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子(microphthalmia-associated transcription factor, MITF)的磷酸化并最終導(dǎo)致黑色素生成酪氨酸酶的增加和多巴色素互變異構(gòu)酶(dopachrome tautomerase, DCT)產(chǎn)生。酪氨酸酶與DCT形成復(fù)合物后，該復(fù)合物可在皮膚黑素細(xì)胞中持續(xù)誘導(dǎo)酪氨酸酶活性，經(jīng)藍(lán)光照射后在深色皮膚中可觀察到持久過度的色素沉著,這一研究發(fā)現(xiàn)為預(yù)防日光導(dǎo)致的色素沉著提供了新的治療靶點[44，45]。

目前關(guān)于光老化的研究頗多，仍需要進(jìn)一步更深入的基礎(chǔ)研究，為未來預(yù)防和治療光老化提供更多更有效的方法。