皮肤老化机制及老化状态评估方法的研究进展

曾 鸣 综述，徐 良 审校

（北京一轻研究院北京101111）

·综述·

皮肤老化机制及老化状态评估方法的研究进展

Research progress on mechanisms and assessment methods of skin-aging

曾 鸣 综述，徐 良 审校

（北京一轻研究院北京101111）

衰老是一种不可避免的生理变化过程。随着人年龄的增长，人体内大分子和细胞的生化调节能力不断降低，相关器官和组织功能逐渐衰退。就人体最大的器官皮肤而言，衰老意味着角质形成细胞、成纤维细胞数量减少与功能下降，弹性蛋白和胶原蛋白合成减少及萎缩，从而使皮肤变得缺乏弹性、松弛、粗糙，并伴有不规则色素沉着、干燥等现象。

随着社会的发展，人类的平均寿命在不断提升，这使得社会人口结构朝着老龄化趋势发展。人们越来越关注皮肤老化问题，各大护肤品企业的产品线无一例外都覆盖了延缓皮肤老化的产品。要想开发出高性能的原料和产品，就要求科研人员对皮肤老化机制有深刻的认识，并能够采用客观准确的方法来评估产品性能。因此，皮肤老化机制的探索和皮肤老化状态评估方法的开发已成为相关科研机构及人员关注的热点。本文就近年来皮肤老化机制及老化状态评估方法的研究进展综述如下。

1 皮肤老化机制

众所周知，控制和影响皮肤老化的因素主要分为两类：内源性因素和外源性因素。

1.1 内源性因素：包括遗传基因、自由基、内分泌、免疫等诸多因素，其中遗传基因起决定作用。由于遗传基因的差别，导致了不同性别、不同种族人群皮肤老化的差别。男性和女性的皮肤在结构和性质上有所不同，男性皮肤的真皮层比女性的厚，表皮层与皮下组织则比女性的薄[1]。一项针对白人皮肤的全基因组基因表达分析研究表明男女皮肤的老化过程很可能有所不同[2]。种族对皮肤老化的差异化影响在肤色构成方面尤为明显，深肤色人种的皮肤对紫外线辐射有更好的应对机制[3]。研究发现，以非裔美国人和白人的皮肤癌发病率做比对参考，非裔美国人皮肤对紫外线的防护能力远远强于白人皮肤[4]。即便种族相同，基因多态性也会导致同种族人群皮肤老化的差异性。Naval等[5]提取了120名白人女性志愿者唾液的脱氧核糖核酸样本，统计了样本中13种皮肤老化相关蛋白的单核苷酸多态性（single nucleotide polymorphism，SNP），并通过基因聚类分析将这13种蛋白SNP按比例不同界定出10个基因簇，对应10种不同的皮肤属性，主要体现为抗氧化、水合、弹性等不同组合。这意味通过分析个体的基因多态性，便能为其提供较强针对性的延缓老化对策。此外，一些非编码的微小核糖核酸（micro-ribonucleic acids，microRNAs）也被认为在调节皮肤细胞增殖衰老平衡中发挥着重要作用[6]。例如：miR-23a-3p是调节透明质酸合成酶-2的一种microRNA等[7]发现miR-23a-3p在衰老皮肤成纤维细胞中的表达比在正常细胞中的表达明显要高，同时衰老细胞中透明质酸的分泌量明显较低。

1.2 外源性因素：包括紫外线辐射、吸烟、空气污染等，是导致人皮肤老化的另一重要因素。Ekiz等[8]研究了574名土耳其人面部皱纹与他们生活方式及生活环境的关系，发现长期日光曝晒、吸烟对皮肤有显著的负面影响。Ichibori等[9]在日本开展了一项同卵双生双胞胎皮肤比对研究，通过问答方式及高清照片量化分析方法来评估67对双胞胎的皮肤差异。分析结果表明，双胞胎中使用防晒产品的一个，其皮肤皱纹评分显著低于不使用防晒产品的另一个；双胞胎中不吸烟的一个，其皮肤网状精细结构的完整性显著好于有吸烟史的另一个。

1.2.1 紫外线辐射：长期暴露于阳光下，人皮肤会发生一系列的性状变化，如皮肤皱纹变粗、毛细血管扩张、不规则色素沉着、弹性纤维变性等。郑瑞等[10]收集了30名不同年龄志愿者的正常皮肤标本，发现中老年组志愿者光暴露部位皮肤的真皮弹性纤维比青少年组明显要粗、多，还伴有扭曲、无序化的特点。

导致皮肤发生上述老化现象的核心因素是紫外线。紫外线辐射会导致活性氧自由基的过度产生以及基质金属蛋白酶的过度表达，引发氧化应激损伤、胶原降解等一系列反应，使皮肤日渐老化，不过引起这些反应的深层次机制仍不是十分清楚。Hiroaki等[11]发现，人角质形成细胞经中波紫外线（ultraviolet radiation b，UVB）照射后，细胞中Stratifin蛋白（14-3-3蛋白家族中的一种）的信使RNA（messenger RNA，mRNA）表达和蛋白合成水平有显著提升。他们还发现，经0.5μg/ml的Stratifin处理后，与天然保湿因子和神经酰胺合成相关的两种蛋白、人I型胶原蛋白（collagen-I，Col-I）以及透明质酸合成酶-2的mRNA表达有显著降低，基质金属蛋白酶-1（matrix metalloproteinase-1，MMP-1）和-2（MMP2）的mRNA表达则有显著提升，意味着UVB照射可通过诱导Stratifin表达来影响一些皮肤老化相关蛋白的表达。Qin等[12]发现经UVB照射人皮肤成纤维细胞中的富含半胱氨酸蛋白61（cysteine rich 61，Cyr61）的mRNA表达和蛋白合成水平有显著提高，试验表明Cyr61能诱导白细胞介素的mRNA表达和蛋白合成水平提高，进而抑制Col-I的合成，并促进MMP-1的表达。胡孝辉等[13]发现UVB能降低人皮肤成纤维细胞中β-catenin基因及其下游基因c-myc的表达水平，使得β-catenin和c-myc对衰老相关基因P16的抑制作用降低，进而带动P16表达提升及MMP1、MMP3表达提升。

1.2.2 吸烟：早期的流行病学研究结果与临床报道表明，吸烟产生的烟雾是导致人皮肤早衰的独立因素之一[14]。近些年，关于香烟烟雾导致人皮肤老化的研究，主要着眼于细胞与分子水平上的机制研究。Yang等[15]发现香烟烟雾的萃取液能抑制人皮肤成纤维细胞的增殖能力，且抑制呈剂量依赖性和时间依赖性。同时，萃取液还能抑制超氧化物歧化酶和谷胱甘肽过氧化物酶的活性，导致活性氧水平的提高，说明香烟烟雾导致的皮肤老化可能是由氧化应激损伤和抗氧化系统被抑制而引起的。Kim等[16]发现香烟烟雾的萃取液能诱导人皮肤成纤维细胞中的早期生长反应基因-1(early growth response-1，Egr-1)的过度表达，并证明Egr-1的过表达会进一步抑制转化生长因子β受体2的表达，最终导致I型前胶原的表达与合成减少。Ono等[17]发现香烟烟雾的己烷萃取液能通激活人皮肤成纤维细胞芳香烃受体（aryl hydrocarbon receptor，AhR）信号通路，并通过抑制AhR基因表达及添加AhR抑制剂的方法，证明了AhR信号通路的激活与MMP-1的表达增加有显著的相关性。

1.2.3 空气污染：目前，世界上许多城市或多或少都面临着空气污染问题，人们除了考虑空气污染对呼吸系统的危害，也开始关注空气污染是否会加速皮肤老化。等[18]研究了400名白人女性皮肤老化与空气污染的关系。这些受试者大都为家庭主妇，长期定居于城市区域或农村区域，且相关地区的空气条件多年基本不变。研究结果表明，与交通相关的烟尘和空气颗粒物对皮肤老化有重要影响，主要体现在脸部的色素斑沉着与鼻子两侧的法令纹加深。空气污染导致皮肤老化的机制与香烟烟雾作用机制类似，包括使皮肤中活性氧水平提升，以及通过污染颗粒物吸附的多环芳烃激活皮肤AhR信号通路[19]。此外，污染颗粒物还能通过携带一些有机化合物及金属，直接定位并攻击线粒体，导致线粒体损害和老化[20]。

2 皮肤老化状态的评估方法

在了解皮肤老化机制的基础上，客观准确评估皮肤状态与年龄的关系，是目前皮肤老化研究的另一个热点。非侵入性的无创检测方法是皮肤老化评估方法开发应用的主要方向，包括硅胶复模、共聚焦显微镜、漫反射红外光谱、生物电阻抗频谱等。

2.1 硅胶复模：硅胶复模法是评估皮肤表面纹理的主要方法之一，方法较为成熟，创新发展主要集中在定量评估。Ryu等[21]提出了一种定量评估皮肤纹理结构老化程度的方法。他们获取了80名不同年龄韩国女性左脸颊皮肤的硅胶膜片，并用皮肤图像分析仪对膜片进行了图像采集。3名受训研究人员采用6张具有代表性的、皮肤纹理显著不同（皮肤越老，纹线越少越不清晰）的照片作为评分基准，分别对80名受试者的皮肤纹理图像进行了评分。同时，他们还计算了受试者皮肤纹理图像的星形结构（5条或以上皮肤纹线相交在同一点）数量，作为另一个考察参数。统计结果表明，皮肤纹理评分与受试者年龄有很高的正相关性，皮肤纹理的星形结构数量与受试者年龄有很高的负相关性。该评估方法通过主客观手段结合，分析皮肤纹理的细微结构差异，具有较好的重现性。

2.2 共聚焦显微镜：共聚焦显微镜成像是一种可获得皮肤不同层面成像的三维技术，能观测角质层及真皮浅层。Longo等[22]提出了一种共聚焦显微镜成像半定量评估皮肤老化的方法。他们征集了50名年龄分布在24～88岁的志愿者，并按年龄段由小到大分为5个组别。他们首先确定了用于综合定量评分的比对依据，即具有代表性的、结构明显不同的表皮纹理、细胞排列及胶原纤维共聚焦成像。通过将各组别受试者脸颊成像的评分与年龄进行关联，他们发现，随着受试者年龄组的增大，皮肤皱纹由斜方形结构向直线排列变化，角质形成细胞由规整多边形排列向不规则排列变化，胶原纤维结构由纤细网状结构向卷曲无定形状态变化。该方法能提供类似组织病理学检查的高分辨率成像，结果评分与年龄有较好的关联性，但方法操作复杂。

2.3 近红外漫反射光谱：光老化和生理性老化导致皮肤老化的特征有所不同，要想区分这两种老化类型并不容易。Miyamae等[23]提出用近红外漫反射光谱结合主成分分析的方法来区分和评估皮肤的两种老化类型。他们采集了86名不同年龄志愿者前臂外侧和上臂内侧的近红外漫反射光谱数据，并进行数据处理和主成分分析，发现5990-5490cm-1和5000-4480cm-1对应的受试者数据，在主成分分析图中明显落于2个不同的区域（前臂外侧数据区、上臂内侧数据区），因子分析表明4880cm-1的数据（包含蛋白质酰胺基伸缩与肽骨架二级结构信息）可用于区分光老化和非光老化；其次，受试者数据按年龄段区分的话，则明显落于5个不同的区域，因子分析表明5930、5860、5790、5670cm-1的数据能用来区分皮肤年龄段差异，其中5930cm-1的数据与蛋白质含量相关。相比于前两种方法，该方法结果不够直观，但包含了皮肤蛋白质结构及含量的信息，测试过程相对简便快捷。

2.4 生物电阻抗频谱：皮肤老化除了会使内部蛋白质结构及含量发生变化，还会使皮肤的电学性质发生变化等[24]提出一种生物电阻抗频谱和Cole-Cole阻抗模型相结合的方法，用于分析皮肤电学性质与受试者性别、年龄的关系。他们征集了60名不同年龄志愿者（30名男性，30名女性），通过对受试者右前臂内侧生物阻抗频谱（在0.1Hz到100kHz范围选取20个频率点）的测量，计算出Cole-Cole阻抗模型的四个参数：低频电阻R0、高频电阻R∞、散射系数、松弛时间。研究结果证明，R0、R∞、随着受试者年龄的增大而增大，女性的R0、要小于男性，女性的则大于男性，意味着皮肤电学性质也能作为一种老化标志物。该方法也是一种简便快捷的方法，但各参数与皮肤结构或性质的深层次关系尚不清楚。

3 小结

探究皮肤老化机制，尤其外源性老化机制，对研制具有延缓皮肤老化效果的护肤原料和产品有直接的指导意义。目前皮肤外源性老化机制的相关研究较多，涉及紫外线、吸烟、空气污染等多种因素研究，而且不同因素的作用机制也多种多样。如何从众多研究成果中，选择合适的生化体系开发出能实际应用的抗衰老功效评价体系，建立客观便捷的皮肤老化评估方法，值得重点关注。

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编辑/李阳利

2014-11-20

2014-12-25