真皮內(nèi)脂肪組織調(diào)控皮膚生理病理過程與機制的研究進展

李沛霖 崔 磊,2*

(1.首都醫(yī)科大學(xué)附屬北京世紀壇醫(yī)院整形外科,北京 100038；2.首都醫(yī)科大學(xué)附屬北京世紀壇醫(yī)院中心實驗室,北京 100038)

皮膚的損傷后修復(fù)、各類疾病干預(yù)和延緩衰老，一直以來都是整形美容外科重要的研究和治療領(lǐng)域。皮膚真皮層起源于中胚層，富含成纖維細胞(dermal fibroblasts,dFBs)。dFBs通過分泌膠原蛋白等基質(zhì)成分，參與形成真皮組織。在小鼠皮膚的真皮網(wǎng)狀層正下方存在著一層特殊的脂肪組織，肉膜層將其與皮下脂肪組織清晰地分隔開來，但人類皮膚中缺少肉膜層[1]。在過去，這兩層脂肪組織被統(tǒng)稱為皮下脂肪組織(subcutaneous white adipose tissue,sWAT)。最近研究[2]顯示，這層脂肪組織中的脂肪細胞和dFBs具有共同的前體細胞，在細胞更新頻率、分化譜系等方面與其他部位的脂肪組織明顯不同。Driskell 等[3]提出，將小鼠真皮網(wǎng)狀層以下與肉膜之間的組織命名為真皮內(nèi)脂肪組織(dermal white adipose tissue,dWAT)，其中的脂肪細胞稱為真皮內(nèi)脂肪細胞(dermal adipocytes)。

隨著人們對脂肪組織的發(fā)育、發(fā)生及功能研究的不斷深入，發(fā)現(xiàn)這層與皮膚密切相關(guān)的dWAT參與調(diào)控了皮膚組織的多項生理病理過程，例如毛發(fā)生長[4-5]、創(chuàng)面愈合[6]、皮膚感染和衰老[7]等。這些研究不但豐富了人們對脂肪組織參與調(diào)控機體功能的認識，而且拓展了對皮膚組織的發(fā)育、損傷修復(fù)以及衰老過程等的了解，并有助于發(fā)現(xiàn)新的干預(yù)治療靶點，為皮膚損傷修復(fù)、延緩皮膚衰老等整形美容外科重大臨床問題的治療，提供了新的方向。

1 脂肪組織分類簡述

哺乳動物脂肪組織根據(jù)其發(fā)育、組織結(jié)構(gòu)與功能等，可分為白色脂肪組織(white adipose tissue,WAT)與棕色脂肪組織(brown adipose tissue,BAT)[8]。白色脂肪組織是哺乳動物(包括成年人類)的主要脂肪組織。大多脂肪細胞只含有單個脂滴，線粒體明顯少于棕色脂肪細胞。白色脂肪組織又可分為內(nèi)臟脂肪組織(visceral WAT,vWAT)和sWAT。vWAT主要分布于大網(wǎng)膜、腸系膜、內(nèi)臟器官等周圍。sWAT位于皮膚真皮的深層。一般認為，sWAT主要負責能量的儲存，維持機體能量代謝的平衡。此外，sWAT通過其隔熱作用，參與維持機體體溫的平衡。在小鼠，BAT主要分布于肩胛間區(qū)，其成脂分化能力隨著年齡增長逐漸減弱，活性逐漸降低。人類的BAT主要存在于嬰兒時期，隨著年齡的增長而逐漸萎縮。在長期暴露于極端寒冷環(huán)境中的成年人，其肩胛間區(qū)也可出現(xiàn)BAT。棕色脂肪細胞內(nèi)含有多房脂滴和大量線粒體，主要功能是消耗儲存的能量，參與機體體溫調(diào)節(jié)，并維持葡萄糖和脂質(zhì)代謝平衡。

dWAT是近年來對皮膚脂肪組織深入研究后提出的新的概念。研究[2]顯示，真皮內(nèi)脂肪細胞在前體細胞、細胞分化譜系、更新頻率等方面完全獨立于皮下脂肪組織。小鼠dWAT位于真皮網(wǎng)狀層以下，肉膜將dWAT與sWAT分開，界限明顯。人類皮膚中由于缺少肉膜結(jié)構(gòu)，dWAT與深部的sWAT緊密結(jié)合，界限模糊。

2 dWAT調(diào)控毛囊生長

在毛發(fā)的生長過程中，毛囊(hair follicle,HF)結(jié)構(gòu)發(fā)生周期性變化，分為3個階段：生長期(anagen)、退行期(catagen)、休止期(telogen)。當毛囊內(nèi)基質(zhì)細胞停止增殖、毛囊下2/3細胞迅速凋亡時，毛囊開始進入退行期。其后毛囊上1/3仍然保持完整，真皮乳頭被牽拉至毛囊隆起區(qū)底部，維持于靜止狀態(tài)稱為毛囊的休止期。此后，毛囊干細胞與真皮乳頭內(nèi)間充質(zhì)細胞相互作用，增殖形成毛芽，毛囊進入生長期，開始一個新的毛囊周期[9]。

早在20世紀30年代，Butcher[10]觀察到在毛囊激活生長的過程中，dWAT厚度也隨之增加一倍。20世紀50年代，Chase 等[11]發(fā)現(xiàn)，在毛囊的退行期和休止期，伴隨著毛囊形態(tài)變得小而圓，dWAT體積顯著減少，達到最菲薄的階段。通過定量檢測發(fā)現(xiàn)，真皮層厚度在毛囊生長期增加了50%，dWAT厚度增加了100%～200%。這兩個過程的同步性顯示，HF和dWAT之間存在著遠距離的相互作用[12]。

雖然dWAT調(diào)控毛囊生長的現(xiàn)象在隨后的研究[13]中得到進一步證實。但是，dWAT是由多細胞組成的復(fù)雜組織，其中何種細胞調(diào)控了毛囊的生長，一直未得到明確回答。Festa等[14]發(fā)現(xiàn)在毛發(fā)生長起始階段中存在明顯的脂肪前體細胞激活，且與毛發(fā)并行增殖，并伴隨毛囊生長循環(huán)發(fā)生周期性消長。作者通過比較Ebf1基因缺失小鼠、AZIP小鼠皮膚毛囊生長情況，以探究脂肪前體細胞對毛發(fā)周期的影響。Ebf1是脂肪細胞發(fā)育必需的轉(zhuǎn)錄因子[15]，Ebf1基因缺失小鼠，出生后真皮中成熟脂肪細胞數(shù)量減少，并缺乏脂肪前體細胞。AZIP小鼠表達的A-ZIP/F分子，可以抑制脂肪分化轉(zhuǎn)錄因子C/EBP和AP-1的活性，從而抑制成熟白色脂肪組織形成，但脂肪前體細胞數(shù)量不受影響。作者發(fā)現(xiàn)缺乏脂肪前體細胞的Ebf1基因缺失小鼠毛囊停滯在休止期或衰退期，毛囊干細胞激活受限，無法順利進入生長期，但AZIP小鼠毛囊可以順利進入生長期。由此可見，脂肪前體細胞對毛囊干細胞的激活是必不可少的。

血小板衍生生長因子-α(platelet derived growth factor-α，PDGF-α)在脂肪前體細胞中的含量極高。研究[16]顯示，在生長期，PDGF受體在真皮毛乳頭和毛基質(zhì)下部高表達，其激活依賴于脂肪前體細胞。PDGF-α基因缺失小鼠表現(xiàn)為毛囊干細胞延遲激活、不能進入生長期，其表型與缺乏脂肪前體細胞的Ebf1基因缺失小鼠一致。綜上，真皮內(nèi)脂肪前體細胞通過釋放PDGF，動態(tài)影響毛囊干細胞的活性，進而參與調(diào)控毛囊周期和毛發(fā)生長。

此外，Plikus等[17]發(fā)現(xiàn)，BMP2和BMP4作為毛發(fā)生長的抑制因子，在dWAT中周期性表達，參與調(diào)控毛發(fā)生長。Zhang 等[18]也證實在毛囊退行期早期，真皮內(nèi)脂肪細胞會特定地產(chǎn)生信號，從而抑制毛發(fā)再生過程中干細胞的激活過程。

3 dWAT調(diào)控皮膚傷口愈合

皮膚創(chuàng)傷愈合包括炎癥期、傷口收縮、肉芽組織增生和瘢痕形成四個基本過程，這一過程需要免疫細胞、上皮細胞和dFBs等多種細胞參與。真皮脂肪細胞也在傷口愈合過程中發(fā)揮重要作用[6]。研究[19]顯示，在損傷后的第5天，成熟脂肪細胞開始出現(xiàn)于皮膚創(chuàng)面邊緣，此后逐漸向傷口中心移動。與未受傷的皮膚相比，受傷5 d和7 d后的傷口內(nèi)脂肪細胞前體的增殖情況和含量百分比都顯著增加。AZIP小鼠和用過氧化物酶體增殖劑激活受體γ(peroxisome proliferators-activated receptor-γ,PPAR-γ)抑制劑治療的小鼠中的傷口均缺乏成熟的脂肪細胞，兩者與對照組相比傷口愈合情況不佳。2020年，Shook等[20]揭示受損區(qū)域的真皮內(nèi)脂肪細胞可以迅速上調(diào)脂肪三酰甘油脂肪酶(adipose triglyceride lipase,ATGL)依賴性甘油三酸酯的脂解作用，釋放飽和和單不飽和脂肪酸到創(chuàng)面。釋放的游離脂肪酸可以募集并激活促炎型Ly6chig單核巨噬細胞，進而加速傷口區(qū)域的血運重建，促進皮膚傷口愈合[21]。此外，當成熟的真皮內(nèi)脂肪細胞完全耗盡了脂質(zhì)儲備后，便會去分化為Pdgfrα+Pdgfrβ+的dFBs，遷移至受傷部位，產(chǎn)生細胞外基質(zhì)促進傷口愈合。

通過脂肪移植，可以促進創(chuàng)面愈合，治療瘢痕疙瘩和肥厚性疤痕，其作用在臨床應(yīng)用中已得到證實[22]。慢性傷口的治療耗時且經(jīng)濟負擔重，其中靜脈潰瘍占發(fā)病率的70%。Konstantinow等[23]針對17例下肢靜脈多發(fā)性潰瘍患者進行脂肪移植治療，所有患者在治療后71～174 d內(nèi)均表現(xiàn)出潰瘍完全上皮化。Bruno等[24]將93例慢性燒傷瘢痕患者分為兩組進行研究。其中一組進行瘢痕下脂肪填充，另一組作為對照組注射0.9%(質(zhì)量分數(shù))的氯化鈉注射液。發(fā)現(xiàn)脂肪填充術(shù)后6個月，真皮乳頭血管化改善，膠原組織改善。脂肪填充創(chuàng)面基底層細胞Ki-67表達增加，表明其增殖增加。采用改良的溫哥華瘢痕量表的臨床評價表明，瘢痕性狀得到顯著改善?？梢?，脂肪移植能夠促進多種慢性難愈合傷口愈合，減少瘢痕形成。

4 dWAT調(diào)控皮膚固有免疫

Zhang等[25]的研究顯示，小鼠皮膚在受到金黃色葡萄球菌(Staphylococcusaureus,S.aureus)感染之后，局部真皮層內(nèi)的前脂肪細胞發(fā)生快速增殖，與未感染S.aureus的小鼠皮膚相比，成熟脂肪細胞數(shù)量增加了將近3倍之多，細胞體積也逐漸增大，dWAT發(fā)生迅速擴張，這一過程被定義為反應(yīng)性脂肪生成。在該過程中，作者觀察到真皮內(nèi)前脂肪細胞的分化過程增強，在感染部位的脂肪層中，抗菌肽(cathelicidin antimicrobial peptide，Camp)mRNA和蛋白質(zhì)的表達顯著增加。Camp是一類具有廣譜抗細菌、真菌、病毒、寄生蟲和腫瘤細胞等活性作用的多肽，在皮膚感染中能抑制細菌增殖、抵抗皮膚感染。Zfp423nur12小鼠或者經(jīng)過PPAR-γ抑制劑處理過的小鼠，因為皮膚內(nèi)前脂肪細胞的定向過程和轉(zhuǎn)錄分化過程受阻，前脂肪細胞活化降低，脂肪生成受阻。Zhang等[25]發(fā)現(xiàn)這兩種小鼠皮膚感染部位對S.aureus的易感性明顯增加，表現(xiàn)為菌落大小增加了6倍之多，隨后還會表現(xiàn)出全身性菌血癥。這些結(jié)果表明，dWAT是皮膚固有免疫的重要組成部分。細菌感染皮膚后，感染部位dWAT局部擴張并分泌Camp，在皮膚固有免疫中發(fā)揮重要作用。

Zhang等[26]證實當皮膚局部發(fā)生S.aureus感染后，真皮層中的dFBs開始向脂肪細胞分化,同時在反應(yīng)性脂肪形成的過程中，真皮內(nèi)未成熟的脂肪細胞分泌Camp，發(fā)揮抵抗感染的作用。出生后的小鼠，隨著年齡的增加，具有成脂能力和抗菌功能的dFBs儲備逐漸下降，同時，轉(zhuǎn)化生長因子-β(transforming growth factor-β,TGF-β)年齡依賴性激活后，通過TGFBR-SMAD2/3通路，削弱了dFBs的成脂能力。這些因素共同導(dǎo)致隨著年齡增加，dWAT含量減少，在感染刺激后，反應(yīng)性脂肪生成和Camp的產(chǎn)生也隨之下降，皮膚固有免疫削弱。

5 dWAT與皮膚衰老

從機械學(xué)角度來看，皮膚表現(xiàn)為層狀復(fù)合結(jié)構(gòu)，包括表面菲薄的角質(zhì)層、柔軟的表皮層和真皮層以及最深層的sWAT。當皮膚彼此相連的兩層結(jié)構(gòu)之間機械性能不匹配時，例如：層與層之間的黏合強度和厚度比、彎曲和拉伸剛度，老化的一層在張力作用下會失去結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，最簡單的表現(xiàn)形式便是起皺[27]。皮膚老化過程中，dWAT的細胞數(shù)量和膠原網(wǎng)絡(luò)喪失，造成dWAT厚度不斷下降，彎曲能力下降。Geyfman等[28]的研究證實，小鼠皮膚僵硬程度與dWAT厚度成反比。dWAT結(jié)構(gòu)隨著老化而改變，與真皮層發(fā)生機械相互作用，皮膚的抗皺穩(wěn)定性最多可降低4倍，參與皮膚衰老。

光老化是皮膚外源性老化的重要原因。據(jù)統(tǒng)計[29]，高達90%的可見性皮膚老化是由紫外線輻射引發(fā)的。其主要表現(xiàn)為皺紋、皮膚松弛、粗糙、皮膚變色等。報道[30]顯示，小鼠在慢性中波紫外線(ultraviolet-B,UV-B)照射后，dWAT體積有所下降，同時伴隨著膠原纖維組織沉淀。最新研究[1,30]證實，紫外線輻射可以誘導(dǎo)“脂肪細胞-肌成纖維細胞轉(zhuǎn)變(adipocyte-myofibroblast transition,AMT)”，局部的成纖維細胞向纖維化方向分化，取代脂肪組織。所有的這些生物學(xué)過程都參與改變衰老皮膚的機械性能。可見，dWAT在皮膚光老化中也發(fā)揮著重要作用。

此外，紫外線輻射導(dǎo)致的光老化與皮膚表面的脂質(zhì)(α-生育酚)含量密切相關(guān)。α-生育酚主要由皮脂腺分泌，能消除由紫外線、空氣污染等外界因素造成的過多的氧自由基，起到延緩光老化、預(yù)防曬傷和抑制日曬紅斑生成等作用。紫外線照射導(dǎo)致其在皮膚表面的含量顯著降低，進而引起對隨后的紫外線吸收更強，形成惡性循環(huán)。機體內(nèi)大約90%的維生素E儲存在脂肪細胞的脂滴中，其中2/3以α-生育酚的形式存在。α-生育酚可以通過刺激前脂肪細胞表達PPAR-γ，促進成脂分化。反復(fù)的紫外線輻射會導(dǎo)致dWAT持續(xù)減少，這可能是由于α-生育酚不斷消耗，而迫使脂肪細胞中脂質(zhì)外流所致。

6 結(jié)束語

dWAT在皮膚病理生理中發(fā)揮著廣泛且重要的調(diào)控作用。通過對脂肪組織的干預(yù)，促進皮膚創(chuàng)面愈合、減少瘢痕增生，已經(jīng)在臨床治療中顯示初步效果。脂肪干細胞是存在于皮下脂肪組織中的成體間質(zhì)干細胞，具有來源廣泛、擴增能力強、誘導(dǎo)分化穩(wěn)定等優(yōu)勢，在治療組織損傷及多種疾病的研究中，顯示了較肯定的治療效果。本課題組在國際上較早開展了脂肪干細胞的研究與臨床應(yīng)用，通過基于脂肪干細胞的組織工程技術(shù)，成功再造骨[31]、軟骨[32]、血管[33]等組織。應(yīng)用脂肪干細胞構(gòu)建組織工程骨，在臨床上開創(chuàng)性地開展了股骨頭壞死、骨不連的修復(fù)與顱面骨[34]的再造，取得了多項突破性進展。本課題組應(yīng)用脂肪干細胞的組織工程技術(shù)，成功進行了皮下脂肪的再造，再造脂肪組織具有良好的小葉結(jié)構(gòu)[35]，為進一步進行皮膚衰老、創(chuàng)面愈合等的干預(yù)奠定了基礎(chǔ)。