皮膚光老化與自噬相關(guān)性的研究進展

符熾冰，曹舒清，張鈺靖，黎可欣

(山西醫(yī)科大學，太原 030000)

皮膚的光衰老與長期或不斷暴露于紫外光(UV)所引起的累積損害有主要關(guān)聯(lián)[1]。紫外線按照頻率與波段分成中低頻長波(UVA，320～400 nm)、中頻中波(UVB，280～320 nm)和高頻短波(UVC，200～280 nm)[2]。UVA具有較強的穿透性，可深入作用于真皮層。UVC則因為有臭氧層阻擋研究較少，但因為近年來臭氧空洞的出現(xiàn)，UVC的光老化作用逐漸凸顯。UVA和UVB主要通過氧化自由基、細胞因子等造成皮膚細胞凋亡、活力下降以及破壞彈性纖維和膠原蛋白纖維，從而引起皮膚光老化[3]。長時間或反復暴露于紫外線所造成的累積損傷是引起現(xiàn)今皮膚光老化的主要原因。紫外線可以直接損傷皮膚細胞DNA引起細胞衰老，也可以作用于細胞膜、細胞質(zhì)等，引起細胞內(nèi)自由基增加，間接通過一系列級聯(lián)反應(yīng)引起凋亡。

自噬作為細胞面對損傷時的一種應(yīng)激反應(yīng)，可通過消除在光衰老細胞內(nèi)損傷的細胞器、減少光老化產(chǎn)生的ROS等延緩光老化進程[4]。但對自噬如何減輕紫外線照射所帶來的損傷以及通過何種機制促進皮膚細胞的自我修護，目前的研究并不明確。因此，研究自噬相關(guān)調(diào)節(jié)機制阻滯皮膚光老化可發(fā)揮重要作用[5]。

1 紫外線介導皮膚光老化

紫外線主要通過類電離輻射的非直接作用引起細胞生物學效應(yīng)。UV照射皮膚后，細胞內(nèi)ROS水平增加，抗氧化能力降低，一系列細胞學形態(tài)變化會導致氧化應(yīng)激，進而破壞細胞的蛋白質(zhì)、脂質(zhì)、核酸等[6-7]。而不同波長頻率的紫外線對皮膚的誘導效應(yīng)有所差別，目前關(guān)于UVA致成纖維細胞老化凋亡途徑有以下兩方面：一方面直接作用于細胞膜，包括細胞因子受體途徑、生長因子受體途徑、神經(jīng)酰胺途徑等[8]。另一方面則是活性氧自由基、活性氮自由基、基質(zhì)金屬蛋白酶等活性物質(zhì)作用于細胞質(zhì)導致細胞內(nèi)自由基增多[9]。UVB多數(shù)直接被表皮角質(zhì)細胞DNA吸收，形成光化產(chǎn)物CPDs、6-4PPs等。少數(shù)穿透表皮作用于真皮成纖維細胞后使之產(chǎn)生急性光損傷，使得細胞內(nèi)受損的細胞器蛋白質(zhì)等大量增加[10]。研究者對UVB誘導衰老的成纖維細胞的轉(zhuǎn)錄譜的分析揭示了miRNAs和mRNAs的差異調(diào)節(jié)過程，并揭示了幾種調(diào)節(jié)途徑在這一過程中的作用。

目前已有充足研究證明，人的皮膚成纖維細胞形態(tài)變化與UV照射時間強度有關(guān)，中小劑量時直接效應(yīng)是上調(diào)細胞增殖活性，而大劑量時，由于細胞損傷嚴重，細胞形態(tài)發(fā)生明顯變化。研究數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，隨著照射后時間的推移，本來被激活的自噬功能有逐漸消退的趨勢，自噬體陽性細胞數(shù)逐漸下降，但均高于非照射組。

2 自噬維持細胞的穩(wěn)態(tài)并參與皮膚光老化的修復

目前，自噬有關(guān)理論主要將其分為巨自噬、微自噬和分子伴侶介導的自噬，巨自噬是皮膚抗光老化的研究重點。自噬體通過將底物包裹后與溶酶體融合形成自溶體，接頭和載體在自溶體處被降解，由此產(chǎn)生的分子被循環(huán)到細胞質(zhì)中，參與維持細胞的穩(wěn)態(tài)過程。當細胞受到外界應(yīng)激原刺激時，腺苷酸活化蛋白激酶(AMPK)被p53和Ses-n2激活，引起細胞自噬。正常情況下，溶酶體表面的哺乳動物雷帕霉素靶蛋白復合物1(mTORC1)通過磷酸化人類絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶(ULK1)下調(diào)自噬水平。AMPK激活了TSC1/2，以控制mTORC1的活性。同時反應(yīng)中的快速去磷酸化作用激活了ULK1，進一步激活了Beclin1。Beclin1進而與Vps43結(jié)合形成PI3K復合物，然后與不同調(diào)節(jié)蛋白結(jié)合，參與自噬的不同階段，如自噬泡的形成。UVRAG是p53的靶基因，用于促進PI3K復合物的形成和自噬泡的運輸。兩個泛素樣共軛系統(tǒng)促進LC3-I的脂肪分化形成LC3-II，并使新生的吞噬細胞膜延伸，使自噬泡轉(zhuǎn)變?yōu)樽允审w。類e1激活酶Atg7可以激活類e2激活酶Atg3(系統(tǒng)1)或Atg10(系統(tǒng)2)，隨后激活與Atg16的類e3鏈酶復合物Atg5-Atg12偶聯(lián)物，繼而產(chǎn)生LC3-II。LC3-II與適配蛋白或自噬受體(如p62)結(jié)合，而后者又通過修飾(如多泛素化)與載體結(jié)合，使自噬體成熟效率大大提高。與自噬表達輕微上升時造成細胞活性增高不同，自噬過度表達時細胞活性呈下降趨勢。抑制或過度上調(diào)自噬都會改變細胞命運，使其從衰老轉(zhuǎn)變?yōu)榈蛲觥?/p>

研究表明，成纖維細胞接受UV輻射以后發(fā)生急性光損傷，隨著照射后時間的推移，接受輻射的劑量逐漸增加，細胞內(nèi)氧化產(chǎn)物大量增加，反饋性地上調(diào)自噬功能。當人體內(nèi)氧化與抗氧化作用失衡時，氧化應(yīng)激使機體產(chǎn)生大量氧化中間產(chǎn)物，包括自由基和非自由基，被視為人體衰老和疾病產(chǎn)生的一個重要原因?；钚匝跛缴邥鸬鞍踪|(zhì)、脂類和DNA的氧化損傷，自噬通過聚集蛋白質(zhì)、脂類和DNA，適應(yīng)氧化應(yīng)激給細胞帶來的損傷，并恢復體內(nèi)代謝的平衡。作為自噬的起點，利用抑制mTORC1活性成分調(diào)控細胞自噬水平，為治療皮膚光老化提供了新思路。Lim及其團隊通過實驗研究了阿片類神經(jīng)肽α-新內(nèi)啡肽(NEP)與光老化與細胞自噬之間的聯(lián)系，實驗結(jié)果發(fā)現(xiàn)NEP可以下調(diào)哺乳動物雷帕霉素靶點(p-mTOR)，提高自噬水平，從而使輻射誘導的ROS減少。同時NEP促進了Beclin-1、Atg5-Atg12和LC3-II等關(guān)鍵基因的表達自噬相關(guān)分子的表達，還可以減少光老化產(chǎn)生的ROS，減少皮膚損害，這些結(jié)果表明NEP有能力激活自噬，并在紫外線輻射后上調(diào)細胞自噬水平，且這種自噬是通過減少紫外線產(chǎn)生的ROS誘導。Umar利用藥理激活劑提高原代人真皮成纖維細胞(HDF)中的自噬水平，實驗結(jié)果表明，自噬不僅降低了紫外線對細胞核的損傷，同時促進了損傷DNA的修復。由此可見，對自噬水平進行合理調(diào)控，不僅可以維持細胞內(nèi)的環(huán)境平衡，還可以為被紫外線照射的細胞基因提供保護。自噬是一種人體細胞胞質(zhì)更新的途徑，利用含有提高細胞自噬功能的光化學保護劑，可以增加細胞活力，降低紫外線輻射對皮膚光老化的影響，是一種預防紫外線輻射造成皮膚衰老的新策略。

3 皮膚光老化的治療研究

目前對皮膚光老化的治療研究主要是使用防曬制品、研發(fā)抗光老化制劑和物理治療等。物理治療主要有射頻與微針、激光與強脈沖光，注射、填充及手術(shù)治療等，可有效改善皮膚的皺紋和毛孔粗大等問題。雖然物理治療效果明顯，但是手術(shù)通?；謴洼^慢?？构饫匣苿┩ㄟ^抑制細胞氧化反應(yīng)的相關(guān)信號通路和促進抗氧化反應(yīng)的相關(guān)通路緩解皮膚老化。有研究者在建立UVB誘導的光老化細胞模型中進行實驗，發(fā)現(xiàn)黃芪甲苷增加了被UVB下調(diào)的膠原蛋白-I(Col1)的表達，黃芪甲苷不僅通過抑制ERK和p38增加Col1的積累，還通過自噬激活抑制UVB誘導的光老化。綠茶植物化學物質(zhì)是一種外源性抗氧化劑候選物的有效來源，可以消除過量的內(nèi)源性ROS和RNS，從而減少光老化的影響。體內(nèi)外研究表明，綠茶補充劑會增加膠原蛋白和彈性蛋白纖維的含量，并抑制膠原蛋白降解酶(MMP-3)在皮膚中的產(chǎn)生，賦予抗皺效果。周桃花等研究發(fā)現(xiàn)，人參皂苷Rg1在2.5～40 μg/mL對HDF的UVA損傷有較好的預防和治療作用。劉彥婷等通過建立光老化小鼠模型發(fā)現(xiàn)，全反式維甲酸(ATRA)通過顯著增加Ⅰ型和Ⅲ型膠原表達從而修復光老化對皮膚的損傷，修復過程可能與維甲酸受體(RAR)的結(jié)合有關(guān)。化學剝脫是一種應(yīng)用廣泛的醫(yī)療美容技術(shù)，通過化學物質(zhì)作用對皮膚的屏障進行一個可控損傷，從而誘導皮膚表層和真皮重建，起到治療作用。化學剝脫劑能有效增加皮膚表層細胞的再生速率，促進真皮內(nèi)纖維細胞的合成和分泌膠原纖維，彈性纖維重新排列，真皮內(nèi)乳頭數(shù)量增加，使皮膚厚度增加并變得緊實有彈性，改善光老化產(chǎn)生的皮膚細紋。由于化學剝脫術(shù)常使用水楊酸等酸性物質(zhì)進行治療，對人體皮膚存在一定的刺激性，容易使人產(chǎn)生反應(yīng)性炎癥，同時伴隨著較多的不良反應(yīng)，如持續(xù)性紅斑、反應(yīng)性痤瘡等，治療結(jié)束后如果護理不當會導致炎癥色素沉著。隨著醫(yī)療美容技術(shù)和人們健康意識的提高，人們將皮膚抗衰作為皮膚管理的重點。臨床上用于光老化皮膚防治的方法眾多，由于皮膚的耐受性和治療效果受到遺傳、免疫及自身皮膚狀態(tài)多重因素的影響，上述方法只能針對單一癥狀進行治療，所以無論是哪種方法單獨使用，均很難全面解決光老化對皮膚的損害。臨床上需要根據(jù)實際情況為其設(shè)計合適的治療方案。

4 展望

長期大量的紫外線照射是光老化發(fā)生的主要原因。紫外線通過提高活性氧含量和代謝物聚集水平，引起細胞DNA損傷，進而導致皮膚衰老。皮膚細胞可以通過細胞自噬來達到細胞質(zhì)的更新，所以自噬的喪失導致多種細胞功能障礙，可能促進皮膚光老化和促進紫外線誘發(fā)損傷，加劇皮膚衰老。而提高自噬可以減少輻射誘導的ROS導致抑制光老化。通過大量實驗表明，細胞自噬在對抗光老化中有顯著作用，但仍然沒能完整闡明自噬在抵抗光老化中的作用機制。自噬在紫外線誘導的細胞凋亡、DNA損傷中起著關(guān)鍵作用，可以修復、去除氧化脂質(zhì)等，自噬可能因此被認為是防止和修復紫外線損傷皮膚的新途徑。針對自噬在面對光老化細胞中的作用機制，分子靶向治療將有助于臨床對于光損傷所導致的皮膚病的防治。