衰老相关色素性皮肤病机制研究进展

胡双海 雷铁池

武汉大学人民医院皮肤科，湖北武汉 430060

皮肤衰老是内源性因素与外源性因素共同导致。内源性衰老一般指自然衰老，其不仅影响皮肤本身，还影响身体其他组织和器官，主要受到时间，遗传背景的调控[1]。皮肤暴露在外界环境中可导致外源性衰老，目前认为紫外线辐射是造成皮肤衰老最重要的因素[2]。黑素细胞的主要功能是产生黑色素，黑色素以黑素小体的方式转移到邻近的角质形成细胞构成表皮黑素单元及毛囊黑素单元，保护角质形成细胞免受紫外线照射的损伤[3]。皮肤衰老与黑素细胞生物学功能密切相关，衰老的角质形成细胞、成纤维细胞、黑素细胞相互串扰，在色素性皮肤病中发挥着重要的作用。

1 衰老与衰老的概述

衰老是指随着时间的推移机体发生功能性和器质性衰退的渐进过程，衰老也被定义为一种伴随死亡率增加的渐进性功能衰退状态。细胞损伤随时间依赖性积累，出现DNA 损伤、突变及蛋白质错误折叠，损害细胞器和细胞功能，随后细胞发生功能障碍，稳态失衡，从而限制细胞再生能力[4]。衰老在整个生命周期中都可发生，包括胚胎发生期。衰老的标志包括基因组不稳定、端粒损耗、表观遗传学改变、蛋白质稳态失衡、营养感应失调、线粒体功能障碍、细胞衰老、干细胞耗竭、细胞间通讯异常[5]。衰老的机制非常复杂，详细探究衰老的潜在机制，开发干预衰老的新方法将会是未来生命科学和医学的研究热点。

2 皮肤衰老

2.1 皮肤衰老临床表现

衰老过程影响机体每一个器官和组织，尤其是上皮细胞更新快的组织和器官，皮肤是上皮细胞组织不断再生的典型器官，持续的有丝分裂信号可导致复制性衰老，皮肤表皮细胞中衰老细胞的数量随着年龄的增长而增加，过多的衰老细胞累积可能会导致组织再生障碍[6]。人类皮肤衰老可以出现色素沉着、色素减退、毛发变白、表皮变薄、弹性下降、皱纹增加、皮肤屏障功能下降、皮肤附属器萎缩等特征，其中内源性衰老主要表现为黑素细胞减少、黑色素合成减少、表皮变薄、真-表皮交界处变平、真皮变薄；外源性衰老主要表现为皮肤色素沉着、深在皱纹增加、皮肤松弛[7-8]。

2.2 皮肤衰老相关机制

细胞DNA 损伤、细胞周期阻滞蛋白上调、衰老相关分泌表型等机制都与皮肤衰老相关。DNA 完整性对维持皮肤细胞稳态十分重要，内源性和外源性基因毒导致细胞DNA 损伤的积累是导致机体衰老的主要原因[9]。DNA 损伤，尤其是双链断裂，会激活DNA 损伤反应（DNA damage response，DDR）通路来启动修复，如果损伤被成功修复，DDR 信号被终止，细胞恢复到最初的预损伤状态；然而当损伤无法修复，DDR 信号持续存在，则会触发细胞衰老或细胞死亡[10]。长波紫外线处理皮肤成纤维细胞，细胞周期蛋白依赖性激酶抑制剂2A（p16）、细胞周期蛋白依赖性激酶抑制剂1A（p21）、肿瘤相关蛋白p53（p53）明显上调[11]。角质形成细胞周期阻滞后，出现表皮更新变缓，厚度变薄，经皮水分丢失增加，屏障功能受损等衰老表现；成纤维细胞周期阻滞后，真皮的胶原、弹性纤维等细胞外基质的含量减少[12]。衰老相关分泌表型（aenescencessociated secretory phenotype，SASP）是由衰老细胞产生的促炎性细胞因子、趋化因子、生长因子和蛋白酶等分泌性蛋白的统称，如基质金属蛋白酶（matrix metalloproteinase，MMP）、白细胞介素（interleukin，IL）-1、IL-6、肿瘤坏死因子-α 等，衰老细胞通过激活p16INK4A、p21-活性氧簇依赖的p38 丝裂原活化蛋白激酶及核因子κB 信号通路等上调衰老相关分泌型蛋白的分泌[10]。SASP 以自分泌和旁分泌等方式诱导邻近细胞的进一步衰老，SASP 是细胞衰化的标志，也是导致皮肤衰老的重要机制，靶向清除衰老细胞是一种很有前景的皮肤年轻化策略。

3 衰老相关色素减退

3.1 特发性滴状色素减少症（idiopathic guttate hypomelanosis，IGH）

IGH 是一种与年龄相关的色素减退性皮肤病，也称老年性白斑，在年龄≥40 岁的人中，80%以上的人都患有这种疾病，随着年龄的增长，IGH 发病率会增加。IGH 是后天形成的圆形或椭圆形色素减退斑，形状不规则，边界清晰，多发生在曝光部位，通常是手臂和小腿，一般不会自行消退[13]。黑素细胞每十年减少10%～20%，IGH 色素减退分为2 个阶段，黑素细胞黑色素生成活性丧失和无活性黑素细胞的清除，非曝光部位的IGH 显示出皮肤衰老的特征，包括角化过度的角质层和表皮萎缩，表皮嵴变平，黑色素瘤相关抗原和黑色素瘤相关T 细胞抗原1 免疫组化染色发现黑素细胞数量及表皮黑色素含量减少，同时通过透射电镜观察发现黑素细胞树突减少、内质网扩张、线粒体肿胀、黑素小体减少。IGH 发病机制仍有争议，可能与衰老、紫外线照射、创伤、遗传因素、自身免疫和黑色素生成抑制相关[14-15]。与健康者比较，IGH 患者病变皮肤中细胞周期相关蛋白p16、p21 的表达明显上调，IGH 患者黑素细胞具有较短的树突[16]。随着年龄的增加，黑素细胞数量减少，黑色素合成能力下降，基底层细胞抵御光诱导损伤能力下降，可能导致罹患皮肤肿瘤的风险增加。

3.2 白癜风

白癜风主要是由氧化应激损伤和自身免疫异常导致黑素细胞缺失的色素减退性皮肤病，与正常皮肤比较，白癜风皮损周围有更多的p16INK4A阳性黑素细胞，此外白癜风皮损中p16INK4A阳性成纤维细胞的数量也显著增加[17]，揭示了黑素细胞、成纤维细胞的衰老可能在白癜风的发病机制中发挥作用。真皮成纤维细胞分泌许多调节皮肤色素沉着的细胞因子，表皮和真皮细胞同步失衡可能在白癜风的发病机制中起着至关重要的作用，白癜风皮损成纤维细胞中核较大，空泡较多，β-半乳糖苷酶阳性成纤维细胞的数量更高，衰老标志物p16、p21 明显上调，衰老的真皮成纤维细胞会减少细胞因子的分泌，可能加重白癜风进展[18]。肌成纤维细胞和早衰表型的成纤维细胞可分泌衰老相关细胞因子，如IL-6 可能会导致黑素细胞损伤[19]。Dickkopf 相关蛋白1（Dickkopf-related protein 1，DKK1）在白癜风患者皮损处的高表达，DKK1 主要由真皮成纤维细胞分泌，可促进体外培养的黑素细胞增殖，抑制黑色素合成，诱导黑素细胞衰老。外源性DKK1 可处理黑素细胞，导致衰老标志物的表达显著上调，提示真皮中分泌的DKK1 可诱导黑素细胞衰老，其可能在白癜风的发病中起着关键的作用[20]。黑素细胞是唯一在非曝光皮肤衰老过程中表达p16INK4A的表皮细胞，衰老的黑素细胞也可表达其他的衰老标志物，如减少的高速泳动族蛋白1 和功能失调的端粒[21]。黑素细胞衰老与自噬密切相关，敲除小鼠自噬相关基因7小鼠表皮出现色素减退及毛发减少表型，自噬缺陷的黑素细胞可提前成熟进入生长停滞状态，同时导致活性氧损伤、泛素化蛋白和自噬接头蛋白的积累[22]。综上所述，黑素细胞衰老可能与色素减退性皮肤病的发病机制相关。

4 衰老相关色素沉着

4.1 旁分泌因子促进色素沉着

外界环境因素可加速皮肤衰老的过程，包括太阳照射、空气污染、烟草烟雾等，皮肤长期暴露在暴露物中会导致皮肤中活性氧的积累，促进衰老相关的色素沉着的进展[23]。紫外线照射皮肤后，角质形成细胞通过p53 调节前阿片皮质醇原、α 促黑素、内皮素1、干细胞因子等旁分泌因子的表达，与黑皮质素受体1 结合导致小眼畸形转录因子激活及黑色素生成增加[24]。随着衰老的过程，机体会产生衰老相关的慢性炎症，例如IL-1α、IL-6、IL-8 和肿瘤坏死因子-α 等，炎症因子与皮肤色素沉着密切相关，衰老相关的炎症因子可直接或者间接地调节黑素细胞黑素合成[25]，旁分泌因子与黑素细胞衰老相关机制值得进一步探究。

4.2 日光性黑子

不均匀的色素沉着是光衰老的典型标志[26]，老年人曝光部位皮肤产生的直径3 mm～3 cm 不等，可融合成片的色素沉着斑，称为日光性黑子，是一种常见的衰老相关的色素沉着。日光性黑子和光衰老皮肤中血红素氧合酶1 和核转录因子红系2 相关因子2 表达降低，局部外用核转录因子红系2 相关因子2 激动剂可通过IL-6、IL-6 受体α 信号改善人类衰老皮肤相关的色素沉着和紫外线诱导小鼠耳部皮肤色素沉着[27]。日光性黑子中内皮素1、干细胞因子和肿瘤坏死因子-α 的表达明显上调，导致黑素细胞持续合成黑色素[26]。日光性黑子真皮中观察到p16INK4A阳性细胞数量明显高于皮损周围的正常皮肤，衰老细胞位于真-表皮交界处附近，其主要特征是衰老成纤维细胞的积累，基质细胞衍生因子-1 的表达减少导致了皮肤色素沉着[28]。多次小剂量紫外线照射可诱导黑素细胞β-半乳糖苷酶阳性率增加，并调控衰老标志物的表达，包括p21、p53 和层粘连蛋白B1，紫外线照射损害蛋白酶体并增加黑素细胞的自噬活性、细胞面积及细胞内黑色素含量[29]。防晒抗衰可能是预防治疗日光性黑子的一种策略。

4.3 黄褐斑

黄褐斑是一种常见的皮肤色素沉着型皮肤病，好发于面部，严重影响患者的生活质量。黄褐斑的组织病理学特征与光衰老皮肤有相似之处，例如日光弹力变性、基底膜改变、血管增加和肥大细胞数量增加[30]。衰老的成纤维细胞是促黑素生成因子的重要来源，有研究使用细胞衰老标志物p16INK4A评估了38 例黄褐斑患者的病变皮肤和周围正常皮肤，结果显示：与周围正常皮肤比较，皮损区域p16INK4A阳性衰老细胞较多，患者经射频治疗后好转，提示可能与衰老细胞减少及前胶原-1 的表达增加有关，衰老的成纤维细胞可能是黄褐斑潜在治疗靶点[31]。黄褐斑皮损中生长分化因子15（growth differentiation factor 15，GDF15）阳性成纤维细胞明显增加，紫外线诱导的成纤维细胞GDF15表达水平上调，通过β-连锁蛋白/小眼畸形转录因子/酪氨酸酶信号通路刺激黑素细胞中的黑色素生成[32]，因此衰老成纤维细胞衍生的GDF15 可能是治疗黄褐斑的靶蛋白。此外，衰老诱导黑素细胞黑素合成增加可减少紫外线诱导的基底层细胞DNA 损伤，提示黄褐斑的产生可能是一种重要的皮肤防御机制。

5 总结

皮肤色素紊乱是皮肤衰老的外在表现之一，可表现为色素减退，也可表现为色素沉着，严重影响患者的日常生活及工作，给患者造成巨大的心理压力。目前关于皮肤衰老的研究主要集中在成纤维细胞及角质形成细胞，对于黑素细胞自身衰老的研究相对较少，皮肤衰老过程中黑素细胞衰老相关机制也值得进一步探究。皮肤中衰老的细胞可直接或间接地导致色素性皮肤病，提升人们防晒抗衰意识是预防色素性皮肤病发生的关键。