皮肤光老化研究新进展

王小燕 刘子菁 马仁燕 Juliandri 许 阳

光老化(photoaging)是由于过多的日光照射引起皮肤特征性改变的复杂过程，主要表现为皮肤干燥、松弛、皱纹、色素增加或脱失以及毛细血管扩张等，严重的可能导致皮肤表面隆起、深犁沟状、革质外观，并出现开放性粉刺、粟丘疹、光化性紫癜以及表皮和真皮增厚[1,2]。从1960年代Kligman发现日光可致皮肤光损伤至今，关于紫外线所致皮肤光老化的基础、临床研究成果颇丰，已有诸多文献总结综述[3-5]。本文仅简述近年来皮肤光老化发病机制和防治研究领域的新观点。

1 与皮肤光老化有关的日光组成

日光根据波长不同分为紫外线、可见光和红外线。紫外线(Ultraviolet，UV)波长在200～400 nm之间，可见光(visible light，VL)波长400～700 nm，红外线(infrared light，IR)波长700～10000 nm。其中紫外线占日光的5%，可见光占50%，红外线占45%[6]。

紫外线引起光老化已有很多研究[7-10]。相关机制包括受体介导的通路MAPK、NF-kB/P65、JAK/STAT、Nrf-2的激活，氧自由基(reactive oxygen species，ROS)使端粒缩短、线粒体损伤，DNA损伤引起抑癌基因P53突变，以及炎症级联反应和免疫抑制等[4]。

近年来的研究表明VL和IR也可引起光老化[5]。表皮成纤维细胞实验结果显示VL与细胞内过氧化物的形成正相关并呈剂量依赖，当VL剂量分别是65、130和180 J/cm2，ROS分别增加5倍、9倍和18倍。而大量的ROS可引起氧化应激反应，通过EGFR/ERK通路产生促炎细胞因子如白介素IL(interlerleukin)-α、IL-1、IL-6、IL-8、粒系巨噬细胞-集落刺激因子(granulocyte macrophage-colony stimulating factor，GM-CSF)，并促进基质金属蛋白酶MMP(Matrix metalloproteinase)-1和MMP-9表达，导致炎症细胞浸润和基质胶原蛋白降解从而引起皮肤老化[11]。另有研究表明VL照射对Ⅲ型及更深肤色的人群可引起即刻的色素沉着，即使是最低剂量40 J/cm2的照射也会产生色素沉着且持续两周的时间不消退。随着剂量的增加，皮肤红斑面积也会更大，黑色素会重新分布到角质形成细胞中的棘层以上部位[12]。其他研究表明VL可使黑色素光致敏、产生单线态氧而损伤细胞DNA，进一步诱导基因突变或细胞老化[13]。

IR包含IRA(700～1400nm)、IRB(1400～3000 nm)和IRC(3000nm～1mm)。IR-A可穿透皮肤的表皮、真皮，到达皮下组织，而皮肤表皮温度不升高。IR-B、IR-C主要被表皮吸收，可升高皮肤温度[14]。急性暴露于IR会增加表皮中肥大细胞数量和血管内皮生长因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)的表达，使VEGF与血小板反应素(thrombospondin TSP)-1和2的比例增加，导致毛细血管扩张[15]。IR暴露还会引起线粒体内ROS的产生从而激活MAPK/ERK1通路使MMP-1基因的转录和翻译增加。在温度高于43℃、低pH条件下IR辐射可激活角质形成细胞，成纤维细胞和黑素细胞膜上各种热敏感受体，包括瞬时受体电位辣椒素亚型1(transient receptor potential vanilloid 1，TRPV1)， TRPV1在受刺激时打开细胞膜通道，钙离子内流，MMP-1表达增加，胶原纤维降解，I型前胶原蛋白减少，从而导致粗皱纹的形成[6,16]。另有研究表明IRA辐射增加ROS表达后降低内源性抗氧化剂酶防御系统，减少成纤维细胞中的GADD45a蛋白从而减弱DNA修复过程，促进皮肤光老化[17]。

2 皮肤光老化的表现以及相关机制

既往文献描述皮肤光老化临床表现主要在表皮层和真皮层，表皮层主要表现为皱纹、松弛、粗糙和色素的增加或缺失。在大量MMPs如MMP-2、MMP-9和uPA、明胶酶及肝素酶活性增强的情况下可降解基底膜致结构损伤[18]。真皮层主要表现为胶原纤维和弹性纤维的降解，而新近研究认为皮肤脂肪层也具有光老化表现。

人真皮白色脂肪组织(dermal white adipose tissue，dWAT)是从皮下白色脂肪组织(subcutaneous white adipose tissue，sWAT)中分离出来的一层以“圆筒”形式存在的脂肪组织库[19]。dWAT参与伤口愈合、皮温调节等生理过程，可突出至真皮上层形成连接皮肤表层和sWAT的“脂肪桥”，而这种连接使紫外线照射到达更深的脂肪层。慢性多次或单次的UVR照射均可影响sWAT的代谢，且暴露部位sWAT中的游离脂肪酸和甘油三酯含量显著低于非暴露区域[20]。慢性和单次UVR暴露会显著降低主要的脂肪生成因子如过氧化物酶增殖激活受体γ(peroxisome proliferator-activated receptor γ，PPARγ)使脂肪生成减少，其作用至少保持稳定至急性UVR暴露后的72 h。而这种现象存在的机制是UVR诱导皮肤产生炎症因子如IL-1α、IL-6、IL-11和TNF-α等，抑制前体脂肪细胞转变为成熟脂肪细胞，表明炎性因子参与皮肤外源性老化中sWAT的减少。慢性UVA暴露可导致表皮油脂减少、变薄、皮肤dWAT减少及纤维产生增多和真皮下层的乙酰透明质酸含量增加，这些变化会导致更强的紫外线被吸收并加速皮肤老化，机制是真皮脂肪细胞向脂肪-肌成纤维细胞转变(adipoctye-myofibroblast transition，AMT)，而这纤维化的转变代替原本的dWAT体积导致空间异质性皮肤结构的产生使皮肤结构塌陷、容积丧失，出现萎缩[21]。

3 光老化治疗进展

3.1 广谱防晒 除物理遮挡如戴帽、口罩等，目前提倡广谱防晒，即采用广谱防晒剂或使用新型成分的防晒产品对紫外线、可见光以及IRA均进行防护[22]。新型成分如类维生素A或抗AhR、抗炎、抗氧化[23,24]，抗MMP[25]及抗TRPV1[26]等，主要减少紫外线照射引起的MMP-2、MMP-3、MMP-9、MMP-13和炎症因子IL-1β、IL-2、IL-4、环氧化酶-2(cyclooxygenase，COX-2)及P53基因的表达等发挥作用。

3.2 肉毒素-A抗光老化作用 肉毒素-A(botulinum toxin type -A,BTX-A)可通过抑制神经肌肉接头处乙酰胆碱的释放导致肌肉松弛来改善动态皱纹[27]。近年来研究发现真皮内注射BTX-A可改善皮肤纹理和静态皱纹。将BTX-A加入成纤维细胞培养基中，可促进I型胶原的合成，减少MMP-9的表达[28]。另一项研究发现在UVB辐射诱导提早衰老的成纤维细胞中加入BTX-A后可减缓细胞衰老，使衰老相关的β-半乳糖苷酶(SA-β-gal)染色阳性细胞比例明显减少，且与BTX-A呈剂量依赖性。UVB照射可使G1期阻滞成纤维细胞增加，而BTX-A通过抑制p16、p21和p53的表达来减少G1期阻滞的成纤维细胞的比例，促进I型、III型胶原分泌，并且减少MMP1和MMP3表达[29]。表明BTX-A可促进真皮胶原的合成并减少其降解，发挥抗光老化作用。

3.3 注射交联透明质酸的抗皮肤光老化作用 临床常用交联透明质酸(cross-linked hyaluronic acid,HA)作为软组织填充剂[30]来改善面部轮廓。HA聚合物可与皮肤中的水结合形成黏性复合物，有助于补水、维持皮肤弹性和保护皮肤屏障功能[31]。在年轻人皮肤中，真皮内成纤维细胞通过跨膜整联蛋白受体附着在胶原纤维上，当整合素与真皮细胞外基质结合触发黏附复合物的形成后，可促使肌动蛋白骨架形成，从而维持成纤维细胞局部粘附性和机械稳定性。而在老化皮肤中，真皮胶原纤维经酶裂解催化，导致成纤维细胞结构塌陷和机械张力降低，使I型胶原产生减少和MMPs增多[32]。有研究表明在老化皮肤内注射交联HA填充剂4周后，注射临近区域可观察到高组织性的致密胶原纤维束，使得真皮细胞外基质机械稳定性恢复，前I型和III型胶原蛋白增多，成纤维细胞伸展并活化，张力作用下伸展的成纤维细胞上调TβRII和CTGF/CCN2并通过 TGF-β途径促进胶原合成[33]。HA制剂通过CD44受体促进基底角质形成细胞增殖和表皮增厚改善光老化变薄皮肤[34]。

3.4 聚二氧环己酮线 聚二氧环己酮(Polydioxanone，PDO)是一种无色、结晶、可吸收的聚合物， PDO线已被用于美容，如微创提升颈部和面部老化轮廓[35]。一项研究使用由多股PDO单丝构成的内部空状结构的支架植入动物模型中，1周后，支架内可观察到成纤维细胞生长，4周后，支架中央区域包含较多的I型胶原纤维，周边主要包含III型胶原纤维。12周后支架内胶原纤维形成致密组织，I型胶原纤维显著增多，因此证实PDO线可支撑真皮组织并促进成纤维细胞合成胶原[36]。另一项研究使用PDO支架植入人的上唇和前额部的皱纹处，亦观察到I和III型胶原合成增加，3个月后皱纹明显改善且疗效持续12个月[37]，即证明除提拉紧致作用外PDO线还具有直接抗光老化作用。亦有实验表明植入PDO线还可以通过毛细血管扩张增加循环来改善皮肤纹理和脂肪细胞变性减少脂肪体积从而改善面部轮廓[38]。

3.5 脂肪来源干细胞 脂肪来源干细胞(Adipose-derived stem cells，ADSCs)具有多种再生功能，可分泌多种生长因子，如血管内皮生长因子(VEGF)、胰岛素样生长因子(insulin-like growth factor，IGF)、肝细胞生长因子(hepatocyte growth factor，HGF)、转化生长因子-β1(transforming growth factor-beta1,TGF-β1)等。在UVB照射诱导光老化的无毛小鼠皮下注射ADSC后，可观察到成纤维细胞增殖增多，胶原合成增加，MMPs减少，且成纤维细胞凋亡减少，从而使真皮胶原含量增加，皱纹减少，皮肤纹理改善[39]。在紫外线照射后的人体成纤维细胞中加入ADSCs后可明显减少MMP-1表达并增加I型前胶原的含量从而发挥抗皱纹作用[40]。用脂肪干细胞上清液(Adipose-derived stem cells-conditioned medium,ADSCs-CM)处理成纤维细胞后可促进I和III型胶原产生，并且可促进具有抗纤维化和调控纤维细胞凋亡作用的HGF产生[41]。Chang等[42]证明了ADSCs分泌多种因子并通过下调B16黑素瘤细胞中的酪氨酸酶和酪氨酸酶相关蛋白1(tyrosinase-related protein，TRP-1)表达而抑制黑色素合成，从而改善皮肤色素沉着。

4 其他相关研究新进展

4.1 老化暴露组的概念 2016年有文献提出皮肤老化暴露组(skin ageing exposome)这一概念，包括人从出生到死亡接触到的可引起皮肤老化生物学及临床表现的多种外源性和内源性因素、因素之间相互作用以及人体对这些因素的反应，而这些因素会导致人体皮肤出现老化的生物学变化和临床症状。这些相关因素包括了日光(紫外线、可见光、红外光)、烟草、空气污染、温度、营养、睡眠以及压力，美容产品等，其中日光对于外源性老化的影响最为明显[43]。而空气污染、吸烟对皮肤老化的影响和研究成为了除紫外线辐射以外的热点。

4.2 黑素细胞可直接感知光 视网膜通过视蛋白(Opsin)感知可见光。最新研究表明黑素细胞也可通过视蛋白OPN3直接感知可见光中波长400～415nm的蓝光，诱导色素沉着。OPN3诱导黑色素生成是呈钙依赖性的，钙离子内流后进一步激活蛋白激酶CAMKII，然后激活CREB，细胞外信号调节激酶(extracellular signal-regulated kinase, ERK)和p38，导致小眼畸形相关转录因子(microphthalmia-associated transcription factor, MITF)的磷酸化并最终导致黑色素生成酪氨酸酶的增加和多巴色素互变异构酶(dopachrome tautomerase, DCT)产生。酪氨酸酶与DCT形成复合物后，该复合物可在皮肤黑素细胞中持续诱导酪氨酸酶活性，经蓝光照射后在深色皮肤中可观察到持久过度的色素沉着,这一研究发现为预防日光导致的色素沉着提供了新的治疗靶点[44，45]。

目前关于光老化的研究颇多，仍需要进一步更深入的基础研究，为未来预防和治疗光老化提供更多更有效的方法。