皮膚炎癥性衰老與治療策略

甘嘉荷，廖 勇

衰老是細胞功能和結(jié)構(gòu)逐漸退行性變的過程，衰老與機體免疫系統(tǒng)對環(huán)境的適應及重塑密切相關(guān)。機體通過應答反應以適應環(huán)境變化，應答反應一般以炎癥反應的形式體現(xiàn)。炎癥是以血管反應為中心，涉及多種組織/器官以及局部微環(huán)境，此過程對機體的最優(yōu)形式是促炎與抗炎反應之間的復雜平衡穩(wěn)態(tài)[1]。當機體抗炎反應減弱，促炎反應增強，穩(wěn)態(tài)失衡會導致輕度慢性炎癥狀態(tài)，并由此引發(fā)一系列與慢性炎癥相關(guān)的疾病[2,3]。

基于此，F(xiàn)ranceschi于2000年首次提出“炎癥性衰老（inflammaging）”概念[4]，炎癥刺激主要來源于受損和（或）死亡細胞及細胞器（細胞碎片）產(chǎn)生的內(nèi)源性、異位或變性的分子，上述分子被固有免疫系統(tǒng)的受體所識別，誘發(fā)機體產(chǎn)生炎癥應答；機體在正常生理條件下產(chǎn)生上述分子，隨著年齡增長會逐漸增加，且蛋白酶體對其自體吞噬和（或）線粒體自噬清除作用逐漸下降[1]；這種“自身免疫反應”過程促進慢性疾病的發(fā)生或發(fā)展，從而加速和加重局部及全身的衰老過程[1,5]。免疫衰老是指隨著年齡增長，適應性免疫應答反應下降，天然免疫應答占主導地位，其顯著特征是促炎遞質(zhì)的增加[3,6,7]，血清中炎性因子如白細胞介素（interleukin，IL）6，IL-8，腫瘤壞死因子 α（tumor necrosis factor-α，TNF-α）水平升高[8,9]。大量研究表明免疫衰老是炎癥性衰老的促發(fā)因素，被認為與多數(shù)衰老相關(guān)疾病具有共同的炎癥基礎[9]。因此，炎癥也被認定為抗衰策略的主要靶點。

皮膚作為人體最大器官和最外層保護屏障，最直接呈現(xiàn)衰老表現(xiàn)，如皮膚變薄、干燥、色斑和細紋等[10,11]。上述衰老表現(xiàn)顯現(xiàn)過程伴隨特定表觀遺傳修飾、細胞增殖/組織更新減少、衰老細胞積聚、細胞外基質(zhì)改變以及有利于疾病或衰老的促炎癥環(huán)境[12]。本文回顧與皮膚衰老相關(guān)的炎癥機制，并從炎癥角度探討延緩皮膚衰老的治療策略，以期為皮膚抗衰老提供新思路。

1 皮膚炎癥性衰老相關(guān)機制

皮膚衰老是由內(nèi)源性和外源性因素協(xié)同作用所致的細胞功能和組織結(jié)構(gòu)完整性逐漸下降的過程。內(nèi)源性因素主要包括遺傳、解剖和激素變化[13]，以及各種皮膚細胞的衰老等[14]；外源性因素包括紫外線以及其他各種外源性理化刺激等[13]。目前，炎癥已成為衰老和衰老相關(guān)疾病關(guān)聯(lián)的通路。近十年研究表明，皮膚衰老最關(guān)鍵的機制是氧化應激和DNA損傷，上述兩種機制均與炎癥相關(guān)。同時，也有一些與炎癥性衰老相關(guān)機制的理論與探討。

1.1 氧化應激

研究表明氧化應激與炎癥密切相關(guān)，也是導致皮膚衰老的關(guān)鍵因素[11]。氧化應激是由皮膚組織內(nèi)活性氧簇（reactive oxygen species，ROS）內(nèi)源性合成及外源性紫外線輻射誘發(fā)導致的抗氧化體系失衡[15]。激活的炎性細胞和各種細胞的氧化代謝產(chǎn)物等產(chǎn)生ROS[16]。ROS水平上調(diào)會引起氧化應激，損害細胞結(jié)構(gòu)，誘發(fā)炎癥反應，加速皮膚衰老[15]。ROS對細胞的氧化損傷觸發(fā)釋放TNF-α，其結(jié)合細胞表面受體激活核轉(zhuǎn)錄因子（nucleaar transcription factor-κB，NF-κB）信號通路，導致其他炎癥因子的過度表達[17,18]，血管內(nèi)皮生長因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）和炎癥因子（IL-1，IL-6和TNF-α等）合成上調(diào)，促使發(fā)生慢性炎癥反應。慢性炎癥進一步加速氧化應激反應[19,20]，更多的ROS刺激細胞合成大量基質(zhì)金屬蛋白酶（matrix metalloproteinase，MMPs），降解真皮層最重要的細胞外基質(zhì)（extracellular matrix，ECM）膠原蛋白（collagen）和彈性蛋白（elastin），引起真皮結(jié)締組織結(jié)構(gòu)受損，導致皮膚衰老[10,21]。

1.2 DNA損傷

機體內(nèi)的DNA易受各種內(nèi)外源因素刺激而導致?lián)p傷，如內(nèi)源性ROS增加、酸堿不平衡、DNA復制、轉(zhuǎn)錄和翻譯錯誤等，以及紫外線、放射線、重金屬、強氧化劑和強酸堿等外源性因素。內(nèi)源性和外源性因素引起端粒DNA和線粒體DNA持續(xù)性損傷，導致DNA復制、轉(zhuǎn)錄和翻譯錯誤，通過多種信號途徑導致點突變或染色體重排以及應激反應，最終導致細胞衰老[22]。研究表明，DNA損傷應答（DNA-damage response，DDR）是鏈接DNA損傷、細胞衰老和機體衰老的關(guān)鍵機制。衰老細胞中DDR促進衰老相關(guān)分泌表型（senescence-associated secretory phenotype，SASP）合成增加，p38絲裂原活化蛋白激酶（p38 mitogen activated protein kinases，p38MAPK）信號通路被激活， NF-κB的轉(zhuǎn)錄活性增加，誘導SASP分泌，上調(diào)IL-2、IL-4、IL-6、IL-8和TNF-α的表達[23]，進而誘導鄰近細胞DDR和SASP活化。SASP過度表達，通過自分泌和旁分泌的方式釋放大量生長因子、轉(zhuǎn)錄因子、炎性因子和MMPs等，干擾組織修復，并造成炎癥環(huán)境，以及對皮膚的損傷作用[24-26]。這些因子的表達受到關(guān)鍵信號分子調(diào)控，DDR、p38MARK和IL-1α正向調(diào)控，MicroRNA（miRNA）中的miR-146a/b負向調(diào)控，miR-146a/b還可抑制NF-κB的活性并減少炎性因子的釋放[27]。隨著活化DDR的細胞不斷積聚，局部炎癥微環(huán)境最終進展為全身性的促炎癥環(huán)境，加劇炎癥性衰老[28]。隨著年齡增長，由于細胞修復體系對細胞應激反應的異常應答，導致炎癥和氧自由基協(xié)同引起DNA的損傷，自由基會損傷細胞和降解結(jié)構(gòu)成分，如膠原蛋白和彈性蛋白，導致皮膚形成皺紋以及包括癌癥在內(nèi)的皮膚疾病[29]。

1.3 皮膚衰老的微炎癥理論

微炎癥理論認為皮膚衰老是細胞受到內(nèi)源性或外源性因素作用的一系列慢性炎癥性損傷[30]：受損細胞釋放促炎信號（如前列腺素、白三烯等），促炎信號結(jié)合肥大細胞并誘導釋放組胺和TNF-α，進而刺激合成血管內(nèi)皮細胞的細胞間黏附分子-1（intercellular cell adhesion molecule-1，ICAM-1）；免疫細胞與ICAM-1結(jié)合后滲出至局部組織。免疫細胞趨化至局部后，釋放過氧化氫破壞靶細胞或組織；此過程中，周圍細胞也會受到損傷，從而誘發(fā)新一輪促炎信號釋放，形成持續(xù)性炎癥反饋循環(huán)；缺氧、蛋白糖基化、神經(jīng)肽表達上調(diào)、激素水平失衡以及其他非損傷信號同樣刺激ICAM-1合成，目前認為所有內(nèi)外源性皮膚衰老因素均有誘導ICAM-1合成的共性機制。皮膚衰老的微炎癥理論關(guān)注ECM變化，而ECM質(zhì)與量的改變導致皮膚出現(xiàn)皺紋以及松弛下垂；該理論解釋了膠原纖維紊亂、皮膚彈性喪失、真表皮交界扁平化以及毛細血管擴張。ICAM-1促進循環(huán)免疫細胞的真皮層趨化與聚集；免疫細胞釋放ROS和蛋白水解酶，破壞結(jié)構(gòu)纖維損傷常駐細胞。微炎癥理論針對皮膚衰老的核心是：炎癥對初始細胞損傷反應起到關(guān)鍵破壞性作用，并加速皮膚的衰老。

1.4 皮膚微生態(tài)

皮膚微生態(tài)是指由細菌、真菌、病毒、 螨蟲和節(jié)肢動物等各種微生物或寄生蟲與皮膚表面的組織、細胞及各種分泌物、局部微環(huán)境等共同組成的生態(tài)系統(tǒng)[31]。目前，皮膚微生態(tài)對皮膚炎癥性衰老的影響研究相對較少，但皮膚微生態(tài)的龐大（數(shù)百萬個微生物/cm2）讓人難以忽視其相關(guān)性。相比體內(nèi)的微生物群，其暴露于更為不穩(wěn)定的外界環(huán)境[32,33]。

眾所周知，皮膚衰老最主要是外源性因素中的紫外線輻射[34]；紫外線輻射后，ROS水平上調(diào)，激活NF-κB信號通路，增加真皮層MMPs表達并誘導炎性因子（IL-1及TNF-α等）的合成，從而持續(xù)激活NF-κB 信號通路[15-18]；該通路過度激活是衰老的信號之一[35]。皮膚微生物群落可能通過調(diào)節(jié)免疫應答反應、抵抗紫外線輻射和參與衰老相關(guān)物質(zhì)的合成與代謝，在皮膚衰老中發(fā)揮重要調(diào)節(jié)作用，這為靶向皮膚微生態(tài)進行皮膚抗衰老提供新途徑[36]。研究發(fā)現(xiàn)，受試者皮膚暴露于長波紫外線（UVA）和中波紫外線（UVB）后，局部微生物群的組成發(fā)生變化；藍藻門細菌的增加[37]可觸發(fā)多種防御機制，合成高紫外線吸收能力、保護細胞并減少紫外線損傷功效的類菌胞素氨基酸（mycosporine-like amino acids，MAAs）以及包括超氧化物歧化酶在內(nèi)的多種酶，它們可對抗氧化應激反應[38]；乳酸桿菌有所減少，研究發(fā)現(xiàn)該菌可產(chǎn)生多種抗菌物質(zhì)并誘導抗炎性調(diào)節(jié)性T淋巴細胞（Treg）產(chǎn)生，從而減少紫外線輻射引起的炎癥損傷，通過免疫調(diào)節(jié)減輕皮膚炎癥反應，從而維持皮膚健康穩(wěn)態(tài)[37,39]。

皮膚微生態(tài)的組成、穩(wěn)定性及所發(fā)揮功能是由宿主因素和微生物之間的交互作用共同驅(qū)動，微生物可通過彼此競爭性抑制或協(xié)同來獲利[33]，是皮膚屏障不可或缺的組成部分，它們也可調(diào)節(jié)炎癥反應并誘導先天性和適應性免疫應答[40]，當內(nèi)源性或外源性因素導致皮膚微生態(tài)失衡時，微生物群落對抗氧化應激、維持皮膚屏障以及免疫系統(tǒng)功能的能力下降[41]，緩解皮膚炎癥的能力隨之減弱，從而間接加速皮膚的衰老進程。

2 皮膚炎癥性抗衰的策略探討

大量研究證實，減少炎癥可直接降低相關(guān)疾病的發(fā)生風險。皮膚作為體表器官，在外源性理化因素作用下更易于衰老。炎癥是理解皮膚衰老的關(guān)鍵通路，本節(jié)將簡述靶向炎癥的抗衰治療策略，從抗炎途徑為皮膚抗衰提供新思路。

2.1 干細胞

近年來有學者不斷嘗試將干細胞應用于皮膚美容領域，包括骨髓間充質(zhì)干細胞（bone marrow-derived mesenchymal stem cells，BM-MSCs）、脂肪間充質(zhì)干細胞（adipose-derived stem cells，ADSCs）和人臍帶間質(zhì)干細胞（human umbilical cord mesenchymal stem cells，hUCMSCs）。各種炎癥和皮膚衰老相關(guān)疾病的組織病理學關(guān)鍵特征包括MMP-1過表達和膠原合成減少[42]。大量基礎和臨床研究證實，BM-MSCs具有抗炎和免疫調(diào)節(jié)功能，對創(chuàng)面修復具有良好作用[43]，在創(chuàng)面炎癥微環(huán)境中激活免疫調(diào)節(jié)功能，分泌相應生物活性分子，改善組織炎癥反應并促進創(chuàng)面愈合[44]。BM-MSCs還可顯著降低紫外線誘導的MMP-1表達，并增加膠原蛋白的合成[45]。ADSCs可有效調(diào)節(jié)早期UVB反應信號通路，包括NF-κB炎癥通路、絲裂原活化蛋白激酶（MAPKs）和活化蛋白1（activated protein-1，AP-1），減少炎性因子IL-6和MMP-1的分泌[46]，并通過上調(diào)Ⅰ型、Ⅲ型膠原蛋白和彈性蛋白的表達，下調(diào)MMP-1和MMP-9的表達，從而預防皮膚的內(nèi)源性和外源性衰老[47-49]。hUCMSCs可以降低MMP-1與MMP-3的表達，減少皮膚膠原基質(zhì)降解，延緩衰老[50]。

2.2 外泌體

外泌體是細胞外囊泡的主要亞型之一，直徑為50～100 nm，具有在同種甚至異種細胞間通訊的能力，通過攜帶蛋白質(zhì)、脂質(zhì)、核酸（RNA、DNA）和酶等生物活性分子在細胞間傳遞信號，并具有與原始干細胞相似的生物學功能，且更加穩(wěn)定，免疫原性更低[51]。miRNA通過調(diào)控參與免疫系統(tǒng)和組織細胞中的基因表達，對炎癥反應進行調(diào)節(jié)，miRNA的異常表達可能與免疫系統(tǒng)功能障礙和慢性炎癥相關(guān)[52]。外泌體中含有可以抑制NF-κB活性和減少炎性因子分泌的miR-146a/b，還有可調(diào)節(jié)免疫反應的miR-155[53-55]。與炎癥和衰老相關(guān)的miRNAs有miR-146、miR-155和miR-21等[10,56]，它們在DDR、細胞衰老和炎癥性衰老之間的交互中發(fā)揮重要作用[28]。外泌體已逐漸應用于醫(yī)療美容領域，從再生維度使用外泌體進行皮膚抗衰更是受到極大關(guān)注[57]。從機制研究上發(fā)現(xiàn)外泌體具有調(diào)節(jié)炎癥的作用，但如何通過該通路實現(xiàn)皮膚抗衰仍需更多的基礎和臨床研究。

2.3 抗氧化劑

機體衰老過程中內(nèi)源性抗氧化成分合成逐漸下降，而氧化應激產(chǎn)物逐漸蓄積，可通過外源性補充抗氧化劑進行干預[58]?？寡趸瘎┩ㄟ^阻斷生成或中和ROS，從而抑制氧化應激反應，從而減少炎癥反應發(fā)生；同時也可調(diào)節(jié)皮膚微生態(tài)，保護皮膚免受炎癥損傷，維持皮膚穩(wěn)態(tài)，延緩皮膚衰老進程。抑制炎性癥因子分泌是治療皮膚炎癥性疾病的有效策略，許多植物提取物具有良好的抗氧化抗炎功效。研究證實，白藜蘆醇可通過抑制NF-kB活性減少大量SASP 相關(guān)細胞因子的分泌，發(fā)揮抗衰老的藥理特性[59]，與人體皮膚細胞具有特異性結(jié)合位點，通過調(diào)節(jié)炎性因子，如IL-6、IL-8和TNF-α，阻斷角質(zhì)形成細胞凋亡和線粒體功能異常[60]，且可以抑制UVB誘導的MMP-1增加及細胞凋亡誘導的皮膚老化[61]，有可能延緩皮膚組織衰老的過程；槲皮素顯著抑制由痤瘡丙酸桿菌刺激的人永生化角質(zhì)形成細胞（human immortalized keratinocytes，HaCaT）和人單核白血病細胞（human myeloid leukemia mononuclear cells-1，THP-1）產(chǎn)生的炎性因子（IL-1β、IL-8、IL-6和TNF-α），同時抑制這些炎性因子的mRNA表達[62]；在體外人體皮膚模型中，槲皮素對紫外線誘導的NF-κB活性有明顯的抑制作用[63]。

2.4 其他

二甲雙胍（metformin）是一種廣泛用于Ⅱ型糖尿病的雙胍類藥物[64]，也可以抑制哺乳動物雷帕霉素靶蛋白（mammalian target of rapamycin，mTOR）通路，激活腺苷酸活化蛋白激酶（adenosine monophosphate-activated protein kinase，AMPK）， 降低ROS水平[1]。AMPK信號通路與免疫衰老炎癥有關(guān)，在衰老過程中，功能失調(diào)的線粒體引起氧化應激，從而擾亂細胞氧化還原平衡，AMPK通過促進沉默信息調(diào)節(jié)因子1（silent information regulator 1，SIRT1）、叉頭框蛋白 O3（forkhead box protein O3，F(xiàn)OXO3）、過氧化物酶體增殖物激活受體γ輔激活因 子 1α（peroxlsome proliferator-activated receptor-γ coactlvator-1α，PGC-1α）和 protein 53（p53）等因子活性，抑制NF-κβ活性，表明AMPK也是免疫細胞中NF-κB的有效調(diào)節(jié)因子[65]。二甲雙胍已被研究證實作為AMPK激活劑具有抗炎活性，但在應對皮膚衰老方面仍缺乏研究，抗衰潛力有待挖掘。

雌激素水平下降會引起皮膚衰老[66]。雌激素在非生殖器官中最大的靶器官是皮膚，通過雌激素受體（estrogen receptor，ER）調(diào)控靶組織體外。研究顯示，采用ER-β激動劑選擇性激活ER-β，將抑制皮膚成纖維細胞模型分泌炎性因子（如IL-1β、IL-6、IL-8等），以及MMP-1、MMP-3、MMP-9，通過減少炎癥反應損傷延緩皮膚衰老[67]。

3 小結(jié)

隨著人類的預期壽命逐漸延長，對于皮膚抗衰的需求也在持續(xù)增長，科學家不斷探尋衰老的成因并努力拓展抗衰新靶點。皮膚炎癥與衰老是一個復雜的病理交互過程，受ROS、IL-1、IL-6、IL-8、TNF-α和MMPs等效應分子影響，導致衰老的多種機制之間存在交互作用，其中氧化應激、DNA損傷和微炎癥理論對衰老的作用明確。隨著機體逐漸衰老，調(diào)控炎癥反應的能力下降，衰老細胞在皮膚組織中蓄積，降低了皮膚對抗炎癥和修復損傷的能力。由衰老細胞引起的促炎性皮膚微環(huán)境抑制適應性免疫應答，導致皮膚免疫功能下降，同時促進細胞外基質(zhì)的損傷，皮膚結(jié)構(gòu)以及外觀出現(xiàn)老化改變。炎癥反應與細胞衰老相互作用產(chǎn)生的反饋循環(huán)加速了炎癥性衰老。

與皮膚衰老相關(guān)的炎癥研究相對較少，應逐漸意識到炎癥在皮膚衰老中的重要作用。本文綜述皮膚衰老過程與炎癥反應之間的關(guān)系，簡述從抗炎角度切入的皮膚抗衰策略，為皮膚年輕化方法的研發(fā)提供新的視角。目前看來抑制炎癥是一個有效靶點，但最終需要更系統(tǒng)的方法進一步研究與論證衰老皮膚中的炎癥環(huán)境，從而發(fā)現(xiàn)切實可行的皮膚炎癥性衰老治療策略。