江思熠，楊 森，孫良丹

成纖維細(xì)胞在皮膚衰老中的作用機(jī)制研究進(jìn)展

江思熠，楊 森，孫良丹

江思熠

在過去的20余年間，對皮膚衰老機(jī)制的探索是一個(gè)生命科學(xué)研究領(lǐng)域的熱門話題。皮膚真皮中最重要的細(xì)胞成分是成纖維細(xì)胞，它與組織創(chuàng)傷修復(fù)密切相關(guān)。皮膚衰老與成纖維細(xì)胞數(shù)量減少、形態(tài)改變、分泌合成功能減弱或衰退等有關(guān)。研究成纖維細(xì)胞在皮膚衰老中的作用機(jī)制，包括ROS-PTEN-PI3K、Smad3-I型膠原蛋白、miRNAs等，為研究預(yù)防和延緩皮膚衰老提供新的思路以及指導(dǎo)意義。該文就成纖維細(xì)胞在皮膚衰老中的作用機(jī)制進(jìn)行綜述。

成纖維細(xì)胞；皮膚衰老；作用機(jī)制

[J Pract Dermatol, 2017, 10(2):101-103]

皮膚衰老是一個(gè)復(fù)雜的生理過程。隨著人類壽命的延長，越來越多的人更關(guān)注因年齡增長而導(dǎo)致的皮膚老化表現(xiàn)，如皮膚干燥粗糙、皺紋加深、彈性減弱、松弛等。皮膚真皮中最重要的細(xì)胞成分是成纖維細(xì)胞（human dermal f broblasts，HDFs），其數(shù)量減少、形態(tài)改變、分泌合成功能減弱或衰退與皮膚衰老密切相關(guān)?，F(xiàn)已發(fā)現(xiàn)HDFs誘導(dǎo)皮膚衰老的作用機(jī)制涉及ROSPTEN-PI3K、Smad3-Ⅰ型膠原蛋白、HDFs大小/機(jī)械力-TbRII、miRNAs、NF-κB -Collal-IⅠ型膠原蛋白機(jī)制等，這些機(jī)制對皮膚衰老發(fā)生發(fā)展過程發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。本文旨在對HDFs在皮膚衰老中的作用機(jī)制研究現(xiàn)狀進(jìn)行綜述。

1 ROS-PTEN-PI3K機(jī)制

影響衰老本質(zhì)最重要的原因是細(xì)胞水平上功能漸進(jìn)性減弱或衰退[1]?；钚匝酰╮eactive oxygen species，ROS）在自然老化和光老化中發(fā)揮著重要作用，它通過對細(xì)胞成分的損傷作用來誘導(dǎo)皮膚衰老。有研究表明ROS通過調(diào)控磷脂酰肌醇3,4,5-三磷酸（phosphatidylinositol 3,4,5-trisphosphate，PIP3）來復(fù)制老化的HDFs。人第10號染色體缺失的磷酸酶及張力蛋白同源基因（phosphate and tension homology deleted on chromsome ten，PTEN）蛋白數(shù)量的減少以及PIP3去磷酸化，使PIP3在復(fù)制的細(xì)胞中處于一個(gè)較高水平，從而介導(dǎo)磷脂酰肌醇-3-OH激酶（phosphatidylinositol 3-hydroxy kinase，PI3K）/Akt通路激活。通過煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（nicotinamide adenine dinucleotide phosphate，NADPH）氧化酶的表達(dá)及活性調(diào)節(jié)，促使PTEN基因下調(diào)、PI3K信號激活，從而引起蛋白激酶C（protein kinase C，PKC）活化，最終使ROS生成量增加?？傊琍TEN基因下調(diào)啟動(dòng)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑來增加ROS生成量，從而誘導(dǎo)皮膚衰老[2]。

2 Smad3-Ⅰ型膠原蛋白機(jī)制

Ⅰ型膠原蛋白是人類皮膚中的主要組成部分，與皮膚衰老及變薄密切相關(guān)[3]。有研究表明，人皮膚衰老及變薄的分子基礎(chǔ)是Smad蛋白3（drosophila mothers against decapentaplegic protein 3，Smad3）表達(dá)特異性降低，導(dǎo)致人衰老皮膚中的Ⅰ型膠原數(shù)量減少。Smad 2和Smad 3均是轉(zhuǎn)化生長因子-β（transforming growth factor-β，TGF-β）受體激活Smad的轉(zhuǎn)錄因子，而且是細(xì)胞內(nèi)重要的TGF-β信號通路信號轉(zhuǎn)導(dǎo)器[4]。在建立體外衰老細(xì)胞的老化模型中發(fā)現(xiàn)，Smad3在人衰老皮膚成纖維細(xì)胞表達(dá)降低，能阻礙TGF-β信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑，TGF-β信號轉(zhuǎn)導(dǎo)障礙導(dǎo)致HDFs I型膠原蛋白生成量減少，從而使皮膚變薄，這也是人體皮膚結(jié)締組織老化的突出特征[5]。既往也有報(bào)道認(rèn)為，相比年輕皮膚，衰老皮膚真皮中氧化損傷程度顯著增強(qiáng)[6]，而Ⅰ型前膠原基因表達(dá)是被抑制的[7]。因此有學(xué)者認(rèn)為，在老化皮膚中，氧化應(yīng)激升高可能下調(diào) Smad3的表達(dá)，進(jìn)而導(dǎo)致Ⅰ型膠原蛋白在老化皮膚中流失。

3 HDFs 大小/機(jī)械力- TbRII機(jī)制

人體皮膚結(jié)構(gòu)的完整性在很大程度上取決于皮膚細(xì)胞外基質(zhì)（dermal extracellular matrix，ECM）的含量，它是由HDFs產(chǎn)生，具備支持并連接組織結(jié)構(gòu)、調(diào)節(jié)組織的生成和細(xì)胞生理活動(dòng)等功能。正常情況下，HDFs附著在ECM上，變成拉伸、拉長的形態(tài)，在衰老皮膚真皮中HDFs的突出特點(diǎn)是較前縮小，伸長率減小，構(gòu)成更圓、塌陷的形態(tài)。

有研究用原子力顯微鏡測量觀察到，TGF-β Ⅱ型受體（transforming growth factor-β receptor Ⅱ，TbRII）表達(dá)下調(diào)使細(xì)胞大小/機(jī)械力減低，從而影響TGF-β/ Smad信號通路。TbRⅡmRNA和蛋白含量降低，使90%與HDFs結(jié)合的TGF-β減少。TbRⅡ表達(dá)下調(diào)、磷酸化和DNA結(jié)合顯著降低，能降低其下游主要效應(yīng)器Smad3的轉(zhuǎn)錄活性，使調(diào)節(jié)Smad3表達(dá)所必需的ECM成分I型膠原、纖維連接蛋白、結(jié)締組織生長因子（connective tissue growth factor，CTGF/CCN2）減少。TbRII表達(dá)上調(diào)能誘導(dǎo)Smad3磷酸化，增加TGF-β數(shù)量，以及ECM的表達(dá)。TbRⅡ表達(dá)的降低和ECM成分減少使HDFs大小/機(jī)械力減低，說明在衰老皮膚中，HDFs大小/機(jī)械力減低與TbRⅡ表達(dá)降低和ECM量減少密切相關(guān)。以上揭示了在皮膚分子學(xué)研究基礎(chǔ)上一個(gè)新穎的機(jī)制，ECM量減少以及脆性的增加，這也是人體皮膚老化的突出特征[8]。

4 miRNAs機(jī)制

在體外，角質(zhì)形成細(xì)胞和真皮HDFs對多個(gè)細(xì)胞間的作用力產(chǎn)生反應(yīng)能導(dǎo)致細(xì)胞衰老，包括過度產(chǎn)生的ROS和縮短的端粒，或只是達(dá)到其復(fù)制極限（即達(dá)到衰老）。最近有研究結(jié)果表明，微小核糖核酸（microribonucleic acids，miRNAs）在調(diào)控細(xì)胞增生和衰老之間的平衡中發(fā)揮著關(guān)鍵作用[9]。在探究調(diào)節(jié)角質(zhì)形成細(xì)胞和真皮HDFs衰老的miRNAs分子機(jī)制中發(fā)現(xiàn)，人衰老HDFs已經(jīng)喪失重塑和組建ECM的能力，而這些變化主要由miRNAs介導(dǎo)。

有研究 表 明，miR-152和miR-181a能 誘 導(dǎo)人HDFs增生。整合素α5（integrin subunit alpha 5，ITGA5）能通過激活黏著斑激酶促進(jìn)纖連蛋白細(xì)胞黏附和移行，而miR-152通過抑制ITGA5，能顯著減少HDFs的黏附[10]。此外，在衰老的HDFs中，ⅩⅥ型膠原蛋白（collagen type ⅩⅥalpha 1，Col16a1）表達(dá)下調(diào)，且有證據(jù)表明，col16a1mRNA是上調(diào)miR-181a的靶基因。Col16a1是皮膚ECM的次要成分，主要表達(dá)于表皮真皮交界區(qū)及真皮乳頭層，與ECM蛋白共同結(jié)合于細(xì)胞上?？偠灾?，miR-152和 miR-181a可能通過在真皮ECM重塑中發(fā)揮復(fù)雜的作用，促使皮膚衰老[10]。也有研究表明miR-29a和miR-30能直接通過抑制鳥類成髓細(xì)胞白血病病毒癌基因v-myb同源類似物2（v-myb avian myeloblastosis viral oncogene homolog-like 2，B-MYB）的表達(dá)而誘導(dǎo)皮膚老化。B-MYB是一種特殊轉(zhuǎn)錄因子，在細(xì)胞增生過程中，能通過調(diào)控多種基因來誘導(dǎo)細(xì)胞衰老[11]。有學(xué)者認(rèn)為miR-17-92簇和miR-106a在真皮成纖維細(xì)胞衰老過程中表達(dá)是下調(diào)的[12]。

5 NF-κB -Col1a1-Ⅰ型膠原蛋白機(jī)制

Ⅰ型膠原蛋白是真皮老化過程中表達(dá)的主要成分之一，主要受相對量和轉(zhuǎn)錄激活因子結(jié)合能力的調(diào)控，如特異性蛋白-1（specif city protein-1，SP1）、特異性蛋白-3（specif city protein-1，SP3）、CCAAT結(jié)合因子（CCAAT-binding factor，CBF）和人轉(zhuǎn)錄激活因子c-Krox，它們與Ⅰ型膠原蛋白a1鏈（collagen Ⅰa1，Col1a1）啟動(dòng)子（-112/-61-bp）中的順式調(diào)控元件、Cux1（cut-like homeobox 1）抑制劑表達(dá)增強(qiáng)之間共同作用的減弱能下調(diào)Ⅰ型膠原蛋白產(chǎn)生。Col1a1啟動(dòng)子序列（-112/-61-bp）是一個(gè)啟動(dòng)衰老的敏感順式元件傳感器，可以被同化。在皮膚衰老過程中，Col1a1基因轉(zhuǎn)錄下調(diào)也與核轉(zhuǎn)錄因子-κB（nuclear factor kappa B，NF-κB）的活性率有關(guān)，Cux1作為一個(gè)與真皮更新有關(guān)的負(fù)調(diào)節(jié)因子，其部分是通過抑制Col1a1基因轉(zhuǎn)錄而表達(dá)的。在對成纖維細(xì)胞中NF-κB含量測定中，Ⅰ型膠原蛋白的生成以及其對炎癥信號的敏感性均減弱[13]，而細(xì)胞中Ⅰ型膠原蛋白是減少的，這是皮膚衰老的一個(gè)特征[3]。

6 結(jié)語

綜上所述，通過近幾十年來學(xué)者們的不斷研究，HDFs在皮膚衰老中所涉及的作用機(jī)制逐漸被揭示。HDFs誘使皮膚衰老過程中既有單個(gè)特定基因或蛋白的調(diào)控機(jī)制，也包含了涉及多個(gè)組合調(diào)控的作用機(jī)制。在對體外建立的皮膚衰老模型更深層次的研究可以揭示更多誘導(dǎo)皮膚老化的機(jī)制。皮膚衰老所帶來一系列直觀上的皮膚變化越來越受到人們的重視，這也是醫(yī)學(xué)美容所關(guān)注的重點(diǎn)。隨著更多影響皮膚衰老機(jī)制被揭示，為預(yù)防與延緩皮膚衰老提供新的線索與研究方向，包括新的物理治療或藥物治療，同時(shí)也給新治療方法的療效評估提供一種評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。期待有更多皮膚衰老機(jī)制以及有效抗皮膚衰老的治療方法被挖掘和應(yīng)用。

[1] Campisi J. Aging, cellular senescence, and cancer [J]. Annu Rev Physiol, 2013, 75:685-705.

[2] Noh EM, Park J, Song HR, et al. Skin aging-dependent activation of the PI3K signaling pathway via downregulationof PTEN increases intracellular ROS in human dermal fibroblasts [J]. Oxid Med Cell Longev, 2016, 2016:6354261.

[3] Quan T, Fisher GJ. Role of age-associated alterations of the dermalextracellular matrixmicroenvi-ronment in human skin aging: aminireview [J]. Gerontology, 2015, 61(5):427-434.

[4] Massagué J. How cells read TGF-beta signals [J]. Nat Rev Mol Cell Bio, 2000, 1(3):169-178.

[5] Purohit T, He T, Qin Z, et al. Smad3-dependent regulation of type I collagen in human dermal fibroblasts: impact on human skin connective tissue aging [J]. J Dermatol Sci, 2016, 83(1):80-83.

[6] Fisher GJ, Quan TH, Purohit T, et al. Collagen fragmentation promotes oxidative stress and elevates matrix metalloproteinase-1 in f broblasts in aged human skin [J]. Am J Pathol, 2009, 174(1):101-114.

[7] He T, Quan T, Shao Y, et al. Oxidative exposure impairs TGF-b pathway via reduction of type II receptor and SMAD3 in human skin f broblasts [J]. AGE, 2014, 36(3):9623.

[8] Fisher GJ, Shao Y, He T, et al. Reduction of f broblast size/mechanical forcedown-regulates TGF-βtype II receptor:implications for human skin aging [J]. Aging Cell, 2016, 15(1):67-76.

[9] Mancini M, Lena AM, Saintigny G, et al. MicroRNAs in human skin ageing [J]. Ageing Res Rev, 2014, 17:9-15.

[10] Mancini M, Saintigny G, Mahé C, et al. MicroRNA-152 and -181a participate in human dermal fibroblastssenescence acting on cell adhesion and remodeling of the extra-cellular matrix [J]. Aging(Albany NY), 2012, 4(11):843-853.

[11] Martineza I, Cazalla D, Almsteada LL, et al. MiR-29 and miR-30 regulate B-Myb expression during cellular senescence [J]. Proc Natl Acad Sci USA, 2011, 108(2):522-527.

[12] Hackl M, Brunner S, Fortschegger K, et al. MiR-17, miR-19b, miR-20a, and miR-106a are down-regulatedin human aging [J]. Aging Cell, 2010, 9(2):291-296.

[13] Bigot N, Beauchef G, Hervieu M, et al. NF-κB accumulation associated with COL1A1 transactivators defects during chronological aging represses type I collagen expression through a-112/-61-bp region of the COL1A1 promoter in human skin fibroblas-ts [J]. J Invest Dermatol, 2012, 132(10):2360-2367.

Research progress on mechanism of action of f broblasts in skin aging

JIANG Si-yi，YANG Sen，SUN Liang-dan
Institute of Dermatology & Department of Dermatology, the First Aff liated Hospital, Anhui Medical University, Hefei 230022, China

In the past more than 20 years, to explore the mechanism of skin aging is a hot topic in the f eld of life science research. The most important cellular component in the dermis is f broblasts, which is closely related to tissue repair. Skin aging is associated with the decrease in the number of f broblasts, as well as the changes in morphology and the decrease of the secretion and synthetic function of the f broblasts. To study the mechanism of action of f broblasts in skin aging, including ROS-PTEN-PI3K, Smad3-I type collagen, miRNAs and so on, maybe provides a new way of thinking for preventing and delaying skin aging. In this paper, the mechanism of action of f broblasts in skin aging was reviewed.

Fibroblasts；Skin aging；Mechanism

R329

A

1674-1293(2017)02-0101-03

2016-12-08

2017-01-19）

（本文編輯 敖俊紅）

10.11786/sypfbxzz.1674-1293.20170212

230022 合肥，安徽醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院皮膚性病科（江思熠，楊森，孫良丹）

江思熠，碩士研究生，研究方向：皮膚衰老、物理屏障方面的研究，E-mail: 488668072@qq.com

孫良丹，E-mail: ahmusld@163.com