皮肤衰老的分子机制

宣 敏 程 飚

(广州军区广州总医院整形外科全军热区损伤救治与组织修复重点实验室，广东 广州 510010)

人们对于衰老的机制提出了许多学说，如衰老基因学说、自由基学说、线粒体学说、神经内分泌免疫网络学说及细胞凋亡学说、端粒学说等理论〔1〕。事实上是从不同角度来认识衰老的问题，既有机体的整体水平、也有器官水平，甚至涉及细胞水平、分子水平。一般将皮肤的衰老主要分为自然衰老和环境老化两种形式，其中日光紫外线(UV)长期反复的照射是环境中影响皮肤衰老的最重要因素，又称光老化。主要表现为暴露部位粗糙、皱纹加深加粗、不规则性色素沉着、血管扩张、表皮角化不良和异常增殖等〔2〕。这主要是由于年龄增长，一些皮肤细胞表型发生改变，真皮基质的蛋白(弹力纤维、胶原和蛋白多糖)结构和组成发生变化，可能造成对组织机械性能、募集和激活免疫细胞、基质金属蛋白酶(MMP)的表达和细胞因子信号〔如转化生长因子(TGF)-β干扰原纤维蛋白的微纤丝〕不利的影响，进而发生衰老〔3〕。皮肤衰老存在几个重要的生物学进程，如DNA修复的改变和稳定、线粒体的功能、细胞周期和凋亡、细胞外基质、脂类合成、泛素引起的蛋白分解和细胞代谢〔4〕。本文归纳出皮肤衰老的影响因素及其涉及的分子机制。

1 皮肤老化的因素

1.1 内源性因素

1.1.1 遗传基因学说 Zou等〔5〕最早在细胞体外培养中发现了细胞传代规律，认为发育进程有时间顺序性，控制机制随着年龄增长而减弱，最终导致衰老。Spiering等〔6〕证实了DNA复制与皮肤衰老密切相关，他们在皮肤成纤维细胞培养基中发现了DNA合成的抑制因子，利用它抑制细胞DNA合成将导致细胞复制速度减慢，延缓细胞的衰老。同时，随着年龄增加，细胞对DNA变异或缺损的修复能力下降，从而导致细胞衰老，甚至死亡〔7〕。随后的研究显示，皮肤衰老主要是皮肤细胞染色体DNA及线粒体DNA中合成抑制物基因表达增加、许多与细胞活性有关的基因受到抑制及氧化应激对DNA损伤而影响其复制、转录和表达的结果，故基因调控被认为是皮肤及其他相关细胞衰老的根本因素〔8，9〕。

DNA甲基化在基因表达调控中扮演着重要的角色(人类的甲基化只发生在CpG位点，大多数CpG岛位于启动子和第一外显子区域，启动子区域的甲基化抑制基因的表达)，影响正常的细胞发育和维持组织稳定性。Koch等〔10〕从年轻(＜23岁)和老年(＞60岁)的健康人群相同部位分离真皮的成纤维细胞并做培养，采用人类全基因组甲基化芯片技术作基因表达调控及表观遗传性研究，调查DNA甲基化的表达谱。结果发现，老龄成纤维细胞中75 CpG部位超过15%以上呈现甲基化差异，而这种非常高的超甲基化多发生在INK4A/ARF/INK4b，这是可同时调控细胞增殖和凋亡通路的基因。

p53转录因子在细胞应激和DNA损害时被激活，并诱导基因表达，它控制细胞的生长。啮齿类鼠突变形式的p53表达和不适当激活的p53将改变组织的自稳态和存活时间。研究显示，p53主要的负性调节因子Mdm2诱导鼠类皮肤衰老改变，包括表皮变薄、愈合减慢、毛发进行性的脱落。这可能是p53介导的表皮干细胞的衰老和其功能的丢失。通过去除Mdm2激活p53可能诱导加速鼠的衰老表型〔11〕。ΔNp63是p63的异构体，属于p53基因家族，参与皮肤发育的调控，TAp63对细胞的凋亡有影响，最近有实验显示，TAp63具有潜在的早衰保护作用，TAp63控制皮肤的自稳态，尤其对真表皮的干细胞和祖细胞的影响可防止衰老的发生及DNA损害和基因组的不稳定〔12〕。正常人真皮的成纤维细胞，抗坏血酸衍生物(AA-2G)能对抗因过氧化氢诱导的细胞损害，阻断氧化应激，延缓细胞衰老的作用，主要就是通过对p53和p21的作用产生〔13〕。多梳基因(PcG)家族是果蝇发育时维持同源异形基因稳定表现的重要因子，在胚胎发育、肿瘤发生和转移及干细胞的维持中有着重要的作用。Bmi-1基因是PcG家族中重要成员之一，它具有阻抑子的功能，能抑制细胞周期依赖性激酶抑制因子(CDKI)p16(ink4a)和p19(arf)，参与细胞的增殖、分化与衰老。学者〔14〕运用HE染色和总胶原组织化学染色，比较2周和4周龄野生型WT和Bmi-1 KO小鼠皮肤的组织学差异。结果显示，Bmi-1 KO小鼠皮肤厚度在2周龄时与WT小鼠无明显差异，而总胶原阳性百分率在2周龄时已较WT小鼠明显降低。到4周龄时，Bmi-1 KO小鼠皮肤明显变薄，角质层增厚，皮下脂肪减少，总胶原阳性百分率进一步降低，从而证实Bmi-1基因缺失会导致小鼠皮肤老化。在衰老的机制中包括被扰乱的脂质代谢、改变的胰岛素和信号传导及转录激活因子(STAT)3信号，上调的凋亡基因有失调节的人叉头框蛋白(FOXO)1、下调的jun和fos家族、细胞骨架蛋白的表达异常(如，keratin 2A、6A和16A)，细胞外基质成分(如 PI3、S100A2、A7、A9、SPRR2B)和控制细胞周期的蛋白〔如细胞周期依赖性蛋白激酶(CDKs)和淋巴细胞G0/G1期假定开关基因(GOS)2〕〔15〕。

常染色体隐性遗传皮肤松弛症(ARCL)具有类早老的外观，皮肤松弛，出现皱纹，并伴有骨质疏松和智力迟钝的综合征。通过对几个家族的全基因组扫描和纯合性定位检测确定了在染色体17q25区域，特别是17号染色体吡咯啉-5-羧酸还原酶(PYCR)1 基因发生缺陷〔16〕。Barzilai等〔17〕也证明，遗传因素与人的长寿的关系，并可以遗传。

1.1.2 代谢产物损害学说 Rhie等〔18〕发现，自然老化表皮中，谷胱甘肽还原酶的活性明显增高(121%)。人体皮肤的抗氧化防御系统组分可能在调节内在衰老和光老化过程中有一种极为复杂的方式〔18〕。

1.1.2.1 自由基学说 体内许多物质代谢过程中均会产生过氧化的自由基，使体内自由基处于不平衡状态。自由基具有极强的氧化能力，可使生物膜中不饱和脂类发生过氧化，形成过氧化脂质(其终产物为丙二醛)是很强的交联剂，与蛋白质、核酸等结成难溶性物质，使生物膜硬化导致其通透性降低，影响细胞物质交换。当自由基引起的损伤积累超过了机体修复能力，就会导致细胞分化状态的改变甚至丧失，继而使之破裂、凋亡，从而引起皮肤衰老。Sohal〔19〕在传统的自由基衰老学说基础上提出了“氧化应激衰老学说”。除了超氧阴离子外，其他的活性氧(ROS)也会引起皮肤衰老，但仅当ROS产生和清除之间的平衡被打破时，才会导致皮肤衰老〔20〕。由ROS产物和生物系统中和反应中间体的能力之间的不平衡造成氧化应激。氧化性损伤既有内源性，也有外部机制，它们共同造成皮肤的衰老。衰老皮肤中细胞内和细胞外的氧化应激都是由ROS启动的〔21〕。另外，ROS控制着细胞外基质，进而影响衰老的过程〔22〕。皮肤中一系列的内源性抗氧化剂能够避免自由基的损害。天然的外在抗氧化剂也具有一定抵消和减轻自由基变化的作用，在皮肤抗衰老过程中发挥作用〔23〕。

1.1.2.2 非酶糖基化(NEG)衰老学说 NEG是指体内蛋白质中氨基与还原糖的羰基在无酶条件下发生的反应，其高级阶段形成晚期糖基化终产物(AGEs)。羧甲基赖氨酸(CML)是第一个被发现的AGEs，随后有戊糖苷、二羰基化合物——去氧二羰基葡萄糖、丙酮醛类和乙二醛等。它们可通过作用于细胞受体来影响细胞功能、改变多种细胞因子的表达水平，产生病理生理作用。随着生物体的增龄，AGEs在体内不断积累，能使相邻的蛋白质等物质发生交联，不仅影响上述物质的结构，也可造成生物学功能的改变。这些变化会造成皮肤弹性下降，皱纹不易平复并不断加深，从而促进皮肤衰老。自由基损害正常组织功能，破坏基质正常组分，使胶原合成下降及基质金属蛋白酶释放增加，最终使胶原降解大于合成〔24〕。主要的分子机制是:AGEs与其受体(RAGE)结合后刺激各类信号通路活性，包括:丝裂原活化蛋白激酶(MAPKs)中的细胞外信号调节激酶(ERK)1/2、磷脂酰肌醇-3 激酶、p21Ras、SAPK/c-Jun-N-末端激酶和janus激酶、核因子(NF)-κB、烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(NADPH)-氧化酶(NOX)。而其作用的靶点也是多种细胞:角质形成细胞、成纤维细胞、黑色素细胞、免疫细胞、血管内皮细胞和细胞外基质〔25〕。

1.1.2.3 羰基应激衰老学说 印大中等〔26〕首先提出，羰-氨反应是自由基氧化和非酶糖基化两大生化副反应的共同点和兼有反应，是老年色素形成的关键过程。随后又进一步阐明了羰-氨反应是氧化和糖基化造成缓慢生物老化过程中不可避免的，并且是大部分不可修复的核心过程。真皮中羰基改性的蛋白参与皮肤色素变化是面部光老化的生物本质反应〔27〕。羰基应激衰老学说将衰老分子生化过程的主要机制归结如下:①老年色素的形成过程是生物体内典型的和最重要的老化过程，这一过程在溶酶体中进行的结果为脂褐素的逐渐聚积。②老年色素的形成过程包括自由基氧化和非酶糖基化两大生化副反应的主要内容，自由基和氧化造成的早期伤害大部分容易被生物体辨认、降解和修复，而羰-氨反应产生的后果往往修复困难且不易逆转。③动物体对羰-氨应激的衰老伤害有多种防御:如抗氧自由基和抗氧化体系防止不饱和羰基化合物产生、对羰基化合物以硫醇化合物还原共轭清理和游离氨基酸直接清除排泄、羰基降解酶类(醛氧化酶、谷胱甘肽转移酶等)对羰基化合物的清理及对羰基化合物的受体识别、吞噬清理、可逆还原和部分剪切修复等。因此，动物和人类体内羰-氨毒化反应(包括氧化应激和羰基应激)的产生与清理是一个动态平衡〔28〕。

1.1.3 神经-免疫-内分泌失调学说 皮肤作为最大的人体器官，其也是一个神经-内分泌-免疫器官，并紧密联系中枢系统。有助于皮肤真、表皮细胞产生应激神经递质、神经肽和激素。当受到外界刺激时，产生细胞因子、生物胺(如儿茶酚胺、组织胺、血清素等)、褪黑激素、内啡肽、促肾上腺皮质素释放因子、甾类(糖皮质激素类、盐皮质激素类和性激素)和内生大麻素类似物等。经典的神经内分泌轴有下丘脑-垂体-肾上腺轴(HPA)和下丘脑-垂体-甲状腺(HPT)。局部的神经免疫内分泌网络有助于对抗有毒环境对机体的损害。同时，皮肤内的神经末梢系统可以将真表皮的变化传递给中枢或其他相关部位(如脊髓)，有利于机体整体性稳定〔29〕。表达谱的研究资料表明，早老性综合征是一个最重要的生物过程，其中皮肤老化是DNA修复和稳定性、线粒体功能、细胞周期和细胞凋亡、细胞外基质、脂质合成、泛素-诱导的蛋白水解和细胞代谢的改变，而主要的因素就是伴随着年龄增加，激素生理功能降低在启动衰老进程〔4〕。MMP-1是随处可见的内肽酶在皮肤的生理病理过程中扮演重要角色，包括其衰老的过程〔30〕。转录因子活化蛋白转录因子(AP)-1和α2β1整合素是MMP-1表达重要的调控因子，在衰老皮肤中它们的表达增强。MMP-1能够减少成纤维细胞的伸展及机械张力及Ⅰ型胶原纤维的断裂，最终引起衰老皮肤的松弛〔31〕。

结缔组织的改变也在皮肤衰老过程中发挥重要作用，而其生物学作用受微环境影响，微环境受神经-内分泌-免疫轴的调控。以血管生成为例，随着年龄的增长，皮肤的血管生成障碍。已有研究显示，老年人皮肤的微血管数量减少。理解皮肤老化血管生成的分子机制可能会为预防和治疗皮肤的衰老过程提供新的见解〔32〕。

1.1.3.1 神经系统与皮肤衰老 感觉神经的纤维在皮肤的各层均很致密，无论是结构上还是功能上都与皮肤细胞的成分密切相关。皮肤的神经源性的因子与光老化密切相关，参与光老化的发生过程。UV辐射(UVR)影响感觉神经与其介质，皮肤来源神经生长因子和皮肤神经来源神经肽，如P物质(SP)和钙基因相关肽(CGRP)在内源和外源性的皮肤衰老中充当重要作用〔33〕。另外，其他神经肽和速激肽的变化也极为显著〔34〕。S100A8(是S100蛋白家族中的一员，它与S100A9形成非共价复合物结合于细胞膜脂质体，具有广泛的生物学功能，如参与信号传导，诱导细胞凋亡，影响细胞骨架形成等)作为一种钙结合蛋白，与角质形成细胞的分化、炎症密切相关。它能被各种皮肤应激所诱导。Lee等〔35〕观察发现，UV照射人的臀部皮肤后，S100A8 mRNA和蛋白发生变化，24 h时，年轻人皮肤中S100A8较正常高3倍，48 h高达4．4倍。总之，S100A8受急性UV照射，光老化等影响。其他实验证实，促肾上腺皮质素释放素(CRH)系统参与皮肤的炎症反应，并与衰老密切相关。衰老皮肤的皮脂腺中CRH的表达上调，而毛囊和表皮GRH受体(CRHR)1的表达也上调，皮脂腺和汗腺的促肾上腺皮质激素释放激素结合蛋白(CRHBP)下调。说明CRH系统成分参与过量的应激反应〔36〕。

1.1.3.2 内分泌系统与皮肤衰老 伴随年龄增长，激素的水平下降，包括雌激素、睾酮、硫酸脱氢表雄酮和生长激素〔37〕。激素对皮肤的影响是多方面的，包括增加胶原含量、增加皮肤厚度及改善皮肤的湿润度。其中雌激素的影响更是明显，但其对细胞的影响机制还知之甚少〔38，39〕。雌激素对皮肤的影响主要通过表皮的角质形成细胞、真皮的成纤维细胞和黑色素细胞及毛囊细胞和皮脂腺等〔40〕。女性卵巢产生雌激素的功能降低时，皮肤衰老进程加速性进行。激素雌二醇缺乏降低了表皮基底层的活性，减少了胶原和弹性纤维的合成，而上述物质都是维持皮肤良好弹性不可缺乏的。Sumino等〔41〕研究显示，绝经后雌激素水平的下降不但会使皮肤胶原含量下降，真皮细胞的代谢也会受到绝经后低雌激素水平影响，并且这类改变可以通过局部应用雌激素迅速逆转。Shah等〔42〕也通过实验证实，女性外用雌激素可以增加胶原含量、维持皮肤厚度，并通过增加酸性黏多糖和透明质酸保持皮肤湿润及角质层的屏障作用，从而使皮肤保持良好弹性。由此可见，机体内分泌系统功能的减退，也是皮肤衰老机制的重要影响因素之一〔43〕。

垂体、肾上腺和性腺的分泌减少将造成与衰老有关的身体和皮肤的表型和行为模式特征性改变。随着年龄的增加，女性血清中17β-雌二醇、脱氢表雄酮、孕激素、生长激素和其下游的激素胰岛素样生长因子(IGF)-Ⅰ的水平下降。而男性血清中生长激素(GH)和IGF-Ⅰ水平显著下降，部分人群在年龄较晚减少。激素类可以影响皮肤的形态和功能、皮肤的通透性、愈合、皮质的脂肪形成和皮肤细胞的代谢。雌激素的替代疗法可以预防绝经和内源性的皮肤衰老〔44〕。

1.1.3.3 免疫系统改变与皮肤衰老 美国病理学家Wolford早在1960年代就提出了衰老的免疫学假说，认为免疫系统参与了正常脊椎动物的衰老过程，是其主要调节系统之一。皮肤中的免疫组织老化、功能紊乱、细胞减少，从而导致皮肤感染性疾病的产生及皮肤对外界损伤因素的抵抗力下降。1983年Streilein根据表皮郎罕细胞递呈抗原作用、T细胞亲表皮性和角质形成细胞产生表皮胸腺活化因子等，提出皮肤相关淋巴样组织(SALT)的概念，认为SALT包括4种功能不同的细胞，即角质形成细胞、淋巴细胞、郎罕细胞和内皮细胞，每种细胞都以不同的方式在SALT中发挥作用。1989年Sontheimer提出的真皮微血管单元(DMU)及1993年Nickoloff等提出的真皮免疫系统(DIS)概念，均是对上述学说的重要补充和扩展，但皮肤衰老的免疫调节机制还有许多问题有待进一步阐释。随着年龄的增长，皮肤的免疫系统表现出适应能力下降是其显著特点〔45，46〕。而免疫系统可以有保护作用防止皮肤受损害。这些机制，包括防御素和补体的激活，调节后天获得性免疫。在基因的表达水平证实，免疫调节和促炎介质对内在的老化和光老化皮肤的影响是显而易见的。这可能是UVR的影响炎性机制直接破坏分子和细胞的作用，包括DNA、蛋白质和脂类〔46〕。

Toll样受体(TLRs)启动先天免疫反应和后续适应性免疫，在皮肤宿主防御微生物和一些炎症性皮肤病的病理生理中发挥了重要作用，不同年龄组皮肤中存在很大差异〔47〕。

1.2 外源性因素

1.2.1 光老化 阳光损害人的皮肤，引起皱纹、色沉。自然阳光由多种色谱，对人体皮肤上的最终影响有各波长的作用和诸多波长光之间的相互作用，包括UA、可见光和红外线。人的皮肤每天暴露到太阳的UVR、红外射线和热量下，它们刺激诱导皮肤的血管生成。在直射阳光下，人的皮肤温度上升至约40℃后，红外线辐射(IR)吸收转换成热。光照损伤的分子机制是自由基聚集，诱导DNA氧化破坏和交联，导致其复制错误、核苷酸辅酶破坏、含巯基酶失活，继而引起mRNA转录的改变〔48〕。照射早期，成纤维细胞由合成胶原纤维转而合成弹力纤维，中期使网状纤维增生、新合成胶原纤维增多，又因UV引起炎性浸润，浸润的单核巨噬细胞、中性粒细胞释放蛋白水解酶，使成熟胶原进一步减少。整体胶原由Ⅰ型向Ⅲ型转变，真皮弹力纤维吸收UV发生弹力蛋白变性、纤维增粗并聚集成团，使皮肤呈现光老化等增生表现，晚期则呈现萎缩状态。此外，日光中的UV还可通过诱导抗原刺激反应的抑制途径而降低免疫应答，直接抑制表皮朗罕细胞功能，引起光免疫抑制，使皮肤的免疫监督功能减弱。UV所诱发的皮肤衰老可能与真皮蓄积晚期AGEs有关，通过RAGE与蛋白质结合，引起细胞功能改变及氧化应激〔24〕。Pattison等〔49〕指出，UVR 有两种不同的机制:①细胞成分直接吸收入射光导致激发态的形成和随后的化学反应;②光敏机制，其中光被内源性或外源性感光剂吸收产生激发三重态。激活的感光剂诱导细胞损伤有两种机制:电子转移和夺氢反应产生的自由基(Ⅰ型);与O2的能量转移，产生反应的激发态，单线态氧(Ⅱ型)。其实还包括:DNA氧化应激产生不同的DNA损害类型:链断裂，姐妹染色单体交换，DNA-蛋白质交联，糖损伤，无碱基位点和碱基修改。发生细胞死亡、染色体的变化、突变、形态学改变〔50〕及可能涉及的细胞因子和生长因子受体相关的信号好通路，包括表皮生长因子(EGF)、肿瘤坏死因子(TNF)、白细胞介素(IL)-1和角质形成细胞生长因子(KGF)〔51，52〕。

Cho等〔53〕的研究证实，IR和热能够诱导皮肤新血管生成和炎症性细胞浸润，通过诱导MMP破坏真皮的细胞外基质，并改变皮肤的结构蛋白，从而增加皮肤过早老化。

虽然急性UV照射刺激皮肤的血管生成，慢性光损伤皮肤却减少皮肤血管。急性和慢性暴露于UV对皮肤血管生成的不同影响的原因还有待进一步研究〔29〕。

1.2.2 其他 除了阳光，皮肤还暴露在很多环境污染中，这些物理或化学的污染对机体的第一道防御线皮肤产生氧化应激作用，它们包括汽、柴油排出的废气、香烟、卤素、重金属及臭氧，这些促氧化剂都可形成ROS，对皮肤细胞产生损害〔54〕。香烟之所以影响机体系统，包括皮肤组织，主要是这些细胞表达多种乙酰胆碱受体烟碱类亚型，包括α7受体。另外，吸烟能导致皮肤中MMP-1和MMP-3 mRNA表达增加，导致皮肤弹性下降〔52〕。臭氧和空气中的不溶性微粒(PM)对皮肤衰老的影响主要是通过ROS和多环芳香烃(PAHs)〔52〕。而气候状况也是对皮肤衰老产生作用的因素之一〔55〕。

2 皮肤衰老的分子机制

2.1 端粒酶 端粒缩短作为有丝分裂钟能防止类似肿瘤的异常增殖，但这种保护的另一个后果就是细胞衰老和老化。端粒酶可以维持端粒的长度，它在皮肤的表皮很活跃，尤其在毛囊的球囊部，但在真皮几乎检测不到。越来越多的证据表明，端粒酶在维护皮肤的功能和增殖方面起到了重要作用。皮肤作为复杂的成分包括两种不同的主要成分，有角质形成细胞构成的持续更新的表皮及具有丰富基质由成纤维细胞构成的真皮。这两种成分紧密相连又相互作用，皮肤皱纹的形成、头发灰白均与之有关，作为再生的组织，表皮能表达端粒酶、核糖体蛋白的复合物能抵抗对端粒酶的侵蚀，是重要的细胞衰老机制，也与皮肤的衰老有极大关系〔56〕。在细胞经过不断分裂、UVR或其他因素作用后，端粒缩短到一定程度，端粒环或 T环(TLoop)断裂，3末端单链悬突暴露，通过与Werner蛋白的相互影响激活肿瘤抑制蛋白p53和其他DNA损伤反应蛋白，从而诱发细胞增殖性衰老或凋亡〔57〕。

在表皮干细胞，端粒的活性可能有超越端粒伸长的作用。皮肤细胞中的端粒可能特别容易因为增殖和DNA损伤剂——ROS加速缩短〔58〕。氧化应激后端粒加速丢失可能由细胞内的DNA修复过程介导，DNA损伤加速皮肤中端粒缩短，端粒还介导衰老皮肤的黑色素形成〔59〕。UV和电离辐射引起的DNA损伤，角质形成细胞较成纤维细胞更容易发生细胞凋亡和衰老〔60〕。当随着端粒缩短和DNA损伤，角质形成细胞以凋亡形式被移除，成纤维细胞可能变衰老，在真皮中以旁分泌和细胞外基质沉积的方式影响表皮的生长过程〔58〕。

应激条件下，细胞的增殖与存活过程中端粒酶同样起重要作用。端粒酶能够在细胞不同亚细胞之间动态穿梭，其中线粒体的角色举足轻重〔61〕。

皮肤内源性老化和光老化之间，即内源性老化和光老化均导致T-Loop失稳定破裂，3'末端单链悬突暴露:前者的原因在于更短或更“紧”的T-Loop随机出现;后者则是由于双胸腺嘧啶(TT)光产物或鸟嘌呤残基的ROS介导氧化作用使T-Loop或悬突扭曲变形。

皮肤老化的内源性因素主要依赖于多次细胞分裂过程中端粒的进行性缩短，而光老化则还加上皮肤暴露于UVR的结果。端粒悬突重复序列TTAGGG三分之一是TT，二分之一是鸟苷酸残基。UV使DNA通常在TT处生成嘧啶二聚体，细胞代谢或ROS所致的DNA氧化损伤通常发生于鸟嘌呤残基，因此暴露于UV和(或)氧化损伤会对端粒造成广泛的损伤，端粒3'末端TTAGGG单链悬突暴露，激活共同的细胞内信号通路，启动DNA损伤诱导反应(SOS)样反应，导致细胞凋亡或增殖衰老，阻止其癌变。通过多项研究，已经知道紫外线暴露、DNA氧化损伤、与细胞进入衰老阶段及T-oligos存在(模拟3'末端单链悬突暴露)一样，使端粒环破裂，通过p53途径实现信号传递〔62〕。这一在内源性老化和光老化间交叉重叠的机制解释了两种老化实质上的相似性。

2.2 线粒体损伤学说 线粒体是机体细胞内的呼吸中心，能量工厂。线粒体通过氧化代谢为机体提供能量的同时也产生了ROS，过多的ROS对线粒体DNA(mtDNA)产生氧化损伤导致mtDNA突变。mtDNA参与编码呼吸链复合体组成的多个蛋白质亚单位，当mtDNA受损时，相关蛋白质合成障碍，影响呼吸链的完整性，造成细胞供能不足，从而导致衰老。

mtDNA是细胞核外遗传物质，为双链闭合环状结构，由16 569 bp组成。在线粒体氧化磷酸化生成人三磷酸腺苷(ATP)过程中，有1% ～4%摄入的氧转化为氧自由基，故线粒体是氧自由基产生的主要场所。线粒体DNA是裸露的，缺乏组蛋白和DNA结合蛋白的保护，因此易受氧自由基损伤，且损伤后因缺乏修复系统而不易被修复。研究表明，与衰老有关的mtDNA突变有大片缺失、点突变、插入、替代环或D环(D-loop)区小的串联重复和DNA重排〔63〕，报道较多的是点突变和片段缺失。氧化应激可以诱导线粒体的共同缺失(MCD)突变。氧化应激的主要来源之一是位于线粒体的呼吸链容易出错。另一个重要来源是暴露于环境因素，从而进一步引起细胞氧化应激。对于人类皮肤，最主要的环境损害因子就是UV照射，它能诱导共同缺失突变和外源性的皮肤衰老〔64〕。在体实验〔65〕证实，线粒体氧化应激促进皮肤细胞衰老。Michikawa等〔66〕研究发现，老年人成纤维细胞线粒体基因组DNA复制区点突变率较年轻人高。实验研究显示，在基因敲除鼠(SOD)2-/-成纤维细胞的线粒体功能障碍是与Ca2+信号转导，雷帕霉素靶蛋白(mTOR)轴信号通路抑制和自噬完成的〔67〕。

3 小结

衰老是一个自然过程，包括各种生理功能的下降，最终导致死亡。大量的研究，特别是较新的分子和遗传方法的问世正试图阐明衰老的生物学。从一些衰老的综合征(如Hutchinson-Gilford、Werner和Down综合征)都是由遗传控制的说明基因在衰老中的地位。基因的突变可以导致抗氧化酶，铜锌超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化氢酶的活动增加，氧化应激的增加导致各种自由基相关性的干扰。这反映出基因(组)理论与自由基理论密切相关。许多天然的保护机制，防止氧自由基引起的细胞损伤明显证实这个理论在衰老理论中的重要角色——超氧化物歧化酶的存在下，过氧化氢酶，谷胱甘肽过氧化物酶，谷胱甘肽还原酶，其中包括各种重要的内在(尿酸、胆红素、SH蛋白、谷胱甘肽等)和外在(维生素C和E、类胡萝卜素、黄酮等)，抗氧化剂和金属螯合蛋白能预防Fenton和Haber-Weiss化学作用。而自由基理论也包含了ROS的损伤机制及各种毒素和线粒体理论。氧化应激也使一些关键的酶和蛋白失活。在内源性衰老和外源性衰老都可引起ROS蓄积，这主要是激活了MAPK通路中的ERK、C-Jun氨基末端激酶(JNK)和p38MAPK，然后激活AP-1转录因子，AP-1通过MMP-1、-3和-9诱导胶原降解〔52〕。另外，大量线粒体DNA突变导致能量输出逐步减少，特别是低于机体组织需要时，可能导致各种衰老信号，如记忆力丧失、听力、视觉和耐力减退。另外，限制热量摄入是增加寿命的有效方法，表明代谢在衰老中的作用，关键就是氧化应激。其他的理论还包括(免疫、神经内分泌、体细胞突变和错误性突变)，该系统在细胞的相互作用、代谢、生长和衰老中同样发挥着重要作用〔68〕。

1 Yaar M，Gilchrest BA．Cellular and molecular mechanisms of cutaneous aging〔J〕．J Dermatol Surg Oncol，1990;16(10):915-22．

2 Helfrich YR，Sachs DL，Voorhees JJ．Overview of skin aging and photoaging〔J〕．Derm Atol Nurs，2008;20(3):177-83;quiz 184．

3 Naylor EC，Watson RE，Sherratt MJ．Molecular aspects of skin ageing〔J〕．Maturitas，2011;69(3):249-56．

4 Makrantonaki E，Zouboulis CC．Molecular etiology of skin aging．How important is the genetic make-up〔J〕?Der Hautarzt，2011;62(8):582-7．

5 Zou Y，Song E，Jin R．Age-dependent changes in skin surface assessed by a novel two-dimensional image analysis〔J〕．Skin Res Technol，2009;15(4):399-406．

6 Spiering AL，Smith JR，Pereira-Smith OM．A potent DNA synthesis inhibitor expressed by the immortal cell line SUSM-1〔J〕．Exp Cell Res，1988;179(1):159-67．

7 Bohr VA．Repair of oxidative DNA damage in nuclear and mitochondrial DNA，and some changes with aging in mammalian cells〔J〕．Free Radic Biol Med，2002;32(9):804-12．

8 Kosmadaki MG，Gilchrest BA．The role of telomeres in skin aging/photoaging〔J〕．Micron，2004;35(3):155-9．

9 Schroeder P，Gremmel T，Berneburg M，et al．Partial depletion of mitochondrial DNA from human skin fibroblasts induces a gene expression profile reminiscent of photoaged skin〔J〕．J Invest Dermatol，2008;128(9):2297-303．

10 Koch CM，Suschek CV，Lin Q，et al．Specific age-associated DNA methylation changes in human dermal fibroblasts〔J〕．PloS One，2011;6(2):e16679．

11 Gannon HS，Donehower LA，Lyle S，et al．Mdm2-p53 signaling regulates epidermal stem cell senescence and premature aging phenotypes in mouse skin〔J〕．Dev Biol，2011;353(1):1-9．

12 Paris M，Rouleau M，Puceat M，et al．Regulation of skin aging and heart development by TAp63〔J〕．Cell Death Differ，2012;19(2):186-93．

13 Taniguchi M，Arai N，Kohno K，et al．Anti-oxidative and anti-aging activities of 2-O-alpha-glucopyranosyl-L-ascorbic acid on human dermal fibroblasts〔J〕．Eur J Pharmacol，2012;674(2-3):126-31．

14 金曙蕾，苗登顺，韩群颖．Bmi-1基因敲除导致小鼠皮肤老化〔J〕．南京医科大学学报(自然科学版)，2008;28(3):5．

15 Makrantonaki E，Bekou V，Zouboulis CC．Genetics and skin aging〔J〕．Dermatoendocrinology，2012;4(3):280-4．

16 Reversade B，Escande-Beillard N，Dimopoulou A，et al．Mutations in PYCR1 cause cutis laxa with progeroid features〔J〕．Nat Genet，2009;41(9):1016-21．

17 Barzilai N，Gabriely I，Atzmon G，et al．Genetic studies reveal the role of the endocrine and metabolic systems in aging〔J〕．J Clin Endocrinol Metab，2010;95(10):4493-500．

18 Rhie G，Shin MH，Seo JY，et al．Aging-and photoaging-dependent changes of enzymic and nonenzymic antioxidants in the epidermis and dermis of human skin in vivo〔J〕．J Invest Dermatol，2001;117(5):1212-7．

19 Sohal RS．Oxidative stress hypothesis of aging〔J〕．Free Radic Biol Med，2002;33(5):573-4．

20 Poljsak B，Dahmane RG，Godic A．Intrinsic skin aging:the role of oxidative stress〔J〕．Acta Dermatovenerologica Alpina Panonica Et Adriatica，2012;21(2):33-6．

21 Masaki H．Role of antioxidants in the skin:anti-aging effects〔J〕．J Dermatol Sci，2010;58(2):85-90．

22 Kaczvinsky JR，Grimes PE．Practical applications of genomics research for treatment of aging skin〔J〕．J Drugs Dermatol，2009;8(7 Suppl):15-8．

23 Palmer DM，Kitchin JS．Oxidative damage，skin aging，antioxidants and a novel antioxidant rating system〔J〕．J Drugs Dermatol，2010;9(1):11-5．

24 Bogdan Allemann I，Baumann L．Antioxidants used in skin care formulations〔J〕．Skin Ther Lett，2008;13(7):5-9．

25 Gkogkolou P，Bohm M．Advanced glycation end products:key players in skin aging〔J〕?Dermatoendocrinology，2012;4(3):259-70．

26 印大中，陈可冀．衰老机制:生化副反应损变的失修性累积〔J〕．中国老年学杂志，2005;25(1):6．

27 Ogura Y，Kuwahara T，Akiyama M，et al．Dermal carbonyl modification is related to the yellowish color change of photo-aged Japanese facial skin〔J〕．J Dermatol Sci，2011;64(1):45-52．

28 房 林，赵振民．皮肤衰老机制的研究进展〔J〕．人民军医，2010;53(2):3．

29 Slominski AT，Zmijewski MA，Skobowiat C，et al．Sensing the environment:regulation of local and global homeostasis by the skin's neuroendocrine system〔J〕．Adv Anatomy Embryol Cell Biol，2012;212(212):111-5．

30 Sárdy M．Role of matrix metalloproteinases in skin ageing〔J〕．Connect Tissue Res，2009;50(2):132-8．

31 Fisher GJ，Quan T，Purohit T，et al．Collagen fragmentation promotes oxidative stress and elevates matrix metalloproteinase-1 in fibroblasts in aged human skin〔J〕．Am J Pathol，2009;174(1):101-14．

32 Chung JH，Eun HC．Angiogenesis in skin aging and photoaging〔J〕．J Dermatol，2007;34(9):593-600．

33 Legat FJ，Wolf P．Photodamage to the cutaneous sensory nerves:role in photoaging and carcinogenesis of the skin〔J〕?Photochem Photobiol Sci，2006;5(2):170-6．

34 Toyoda M，Nakamura M，Nakada K，et al．Characteristic alterations ofcutaneous neurogenic factors in photoaged skin〔J〕．Br J Dermatol，2005;153(Suppl 2):13-22．

35 Lee YM，Kim YK，Eun HC，et al．Changes in S100A8 expression in UV-irradiated and aged human skin in vivo〔J〕．Arch Dermatol Res，2009;301(7):523-9．

36 Elewa RM，Abdallah M，Youssef N，et al．Aging-related changes in cutaneous corticotropin-releasing hormone system reflect a defective neuroendocrine-stress response in aging〔J〕．Rejuvenation Res，2012;15(4):366-73．

37 Phillips TJ，Demircay Z，Sahu M．Hormonal effects on skin aging〔J〕．Clin Geriatr Med，2001;17(4):661-72．

38 Verdier-Sevrain S，Bonte F，Gilchrest B．Biology of estrogens in skin:implications for skin aging〔J〕．Exp Dermatol，2006;15(2):83-94．

39 Archer DF．Postmenopausal skin and estrogen〔J〕．Gynecol Endocrinol，2012;28(Suppl 2):2-6．

40 Stevenson S，Thornton J．Effect of estrogens on skin aging and the potential role of SERMs〔J〕．Clin Interv Aging，2007;2(3):283-97．

41 Sumino H，Ichikawa S，Abe M，et al．Effects of aging and postmenopausal hypoestrogenism on skin elasticity and bone mineral density in Japanese women〔J〕．Endocr J，2004;51(2):159-64．

42 Shah MG，Maibach HI．Estrogen and skin，An overview〔J〕．Am J Clin Dermatol，2001;2(3):143-50．

43 Makrantonaki E，Zouboulis CC．Dermatoendocrinology．Skin aging〔J〕．Der Hautarzt，2010;61(6):505-10．

44 Zouboulis CC，Makrantonaki E．Hormonal therapy of intrinsic aging〔J〕．Rejuvenation Res，2012;15(3):302-12．

45 Sunderkotter C，Kalden H，Luger TA．Aging and the skin immune system〔J〕．Arch Dermatol，1997;133(10):1256-62．

46 Vukmanovic-Stejic M，Rustin MH，Nikolich-Zugich J，et al．Immune responses in the skin in old age〔J〕．Curr Opin Immunol，2011;23(4):525-31．

47 Iram N，Mildner M，Prior M，et al．Age-related changes in expression and function of Toll-like receptors in human skin〔J〕．Development，2012;139(22):4210-9．

48 Nakanishi M，Niida H，Murakami H，et al．DNA damage responses in skin biology-implications in tumor prevention and aging acceleration〔J〕．J Dermatol Sci，2009;56(2):76-81．

49 Pattison DI，Davies MJ．Actions of ultraviolet light on cellular structures〔J〕．Exp Supplementum，2006;(96):131-57．

50 Poljsak B，Dahmane R．Free radicals and extrinsic skin aging〔J〕．Dermatol Res Pract，2012:135-206．

51 Debacq-Chainiaux F，Leduc C，Verbeke A．UV，stress and aging〔J〕．Dermatoendocrinology，2012;4(3):236-40．

52 Vierkötter A，Krutmann J．Environmental influences on skin aging and ethnic-specific manifestations〔J〕．Dermatoendocrinology，2012;4(3):227-31．

53 Cho S，Shin MH，Kim YK，et al．Effects of infrared radiation and heat on human skin aging in vivo〔J〕．J Investig Dermatol Symp Proc，2009;14(1):15-9．

54 Valacchi G，Sticozzi C，Pecorelli A，et al．Cutaneous responses to environmental stressors〔J〕．Ann N Y Acad Sci，2012;1271:75-81．

55 Singh B，Maibach H．Climate and skin function:an overview〔J〕．Skin Res Technol，2013;19(3):207-12．

56 Boukamp P．Skin aging:a role for telomerase and telomere dynamics〔J〕?Curr Mol Med，2005;5(2):171-7．

57 Eller MS，Liao X，Liu S，et al．A role for WRN in telomere-based DNA damage responses〔J〕．Proc Natl Acad Sci U S A，2006;103(41):15073-8．

58 Buckingham EM，Klingelhutz AJ．The role of telomeres in the ageing of human skin〔J〕．Exp Dermatol，2011;20(4):297-302．

59 Gilchrest BA，Eller MS，Yaar M．Telomere-mediated effects on melanogenesis and skin aging〔J〕．J Investig Dermatol Symp，2009;14(1):25-31．

60 D'Errico M，Lemma T，Calcagnile A，et al．Cell type and DNA damage specific response of human skin cells to environmental agents〔J〕．Mut Res，2007;614(1-2):37-47．

61 Saretzki G．Telomerase，mitochondria and oxidative stress〔J〕．Exp Gerontol，2009;44(8):485-92．

62 Yaar M，Gilchrest BA．Photoageing:mechanism，prevention and therapy〔J〕．Br J Dermatol，2007;157(5):874-87．

63 Brierley EJ，Johnson MA，James OF，et al．Effects of physical activity and age on mitochondrial function〔J〕．Q J Med，1996;89(4):251-8．

64 Kaneko N，Vierkoetter A，Kraemer U，et al．Mitochondrial common deletion mutation and extrinsic skin ageing in German and Japanese women〔J〕．Exp Dermatol，2012;21(Suppl 1):26-30．

65 Li XD，Rebrin I，Forster MJ，et al．Effects of age and caloric restriction on mitochondrial protein oxidative damage in mice〔J〕．Mech Ageing Dev，2012;133(1):30-6．

66 Michikawa Y，Mazzucchelli F，Bresolin N，et al．Aging-dependent large accumulation of point mutations in the human mtDNA control region for replication〔J〕．Science，1999;286(5440):774-9．

67 Passos JF，Zglinicki T．Mitochondrial dysfunction and cell senescenceskin deep into mammalian aging〔J〕．Aging，2012;4(2):74-5．

68 Knight JA．The biochemistry of aging〔J〕．Adv Clin Chem，2000;35:1-62．