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構逐漸退行性變的過程，衰老與機體免疫系統對環境的適應及重塑密切相關。機體通過應答反應以適應環境變化，應答反應一般以炎癥反應的形式體現。炎癥是以血管反應為中心，涉及多種組織/器官以及局部微環境，此過程對機體的最優形式是促炎與抗炎反應之間的復雜平衡穩態[1]。當機體抗炎反應減弱，促炎反應增強，穩態失衡會導致輕度慢性炎癥狀態，并由此引發一系列與慢性炎癥相關的疾病[2,3]。

基于此，Franceschi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）產生的內源性、異位或變性的分子，上述分子被固有免疫系統的受體所識別，誘發機體產生炎癥應答；機體在正常生理條件下產生上述分子，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生或發展，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因素，被認為與多數衰老相關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，最直接呈現衰老表現，如皮膚變薄、干燥、色斑和細紋等[10,11]。上述衰老表現顯現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、細胞外基質改變以及有利于疾病或衰老的促炎癥環境[12]。本文回顧與皮膚衰老相關的炎癥機制，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機制

皮膚衰老是由內源性和外源性因素協同作用所致的細胞功能和組織結構完整性逐漸下降的過程。內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疾病關聯的通路。近十年研究表明，皮膚衰老最關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。同時，也有一些與炎癥性衰老相關機制的理論與探討。

1.1 氧化應激

研究表明氧化應激與炎癥密切相關，也是導致皮膚衰老的關鍵因素[11]。氧化應激是由皮膚組織內活性氧簇（reactive oxygen species，ROS）內源性合成及外源性紫外線輻射誘發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物等產生ROS[16]。ROS水平上調會引起氧化應激，損害細胞結構，誘發炎癥反應，加速皮膚衰老[15]。ROS對細胞的氧化損傷觸發釋放TNF-α，其結合細胞表面受體激活核轉錄因子（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，促使發生慢性炎癥反應。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金屬蛋白酶（matrix metalloproteinase，MMPs），降解真皮層最重要的細胞外基質（extracellular matrix，ECM）膠原蛋白（collagen）和彈性蛋白（elastin），引起真皮結締組織結構受損，導致皮膚衰老[10,21]。

1.2 DNA損傷

機體內的DNA易受各種內外源因素刺激而導致損傷，如內源性ROS增加、酸堿不平衡、DNA復制、轉錄和翻譯錯誤等，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。內源性和外源性因素引起端粒DNA和線粒體DNA持續性損傷，導致DNA復制、轉錄和翻譯錯誤，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鍵機制。衰老細胞中DDR促進衰老相關分泌表型（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的轉錄活性增加，誘導SASP分泌，上調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、轉錄因子、炎性因子和MMPs等，干擾組織修復，并造成炎癥環境，以及對皮膚的損傷作用[24-26]。這些因子的表達受到關鍵信號分子調控，DDR、p38MARK和IL-1α正向調控，MicroRNA（miRNA）中的miR-146a/b負向調控，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，局部炎癥微環境最終進展為全身性的促炎癥環境，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同引起DNA的損傷，自由基會損傷細胞和降解結構成分，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），促炎信號結合肥大細胞并誘導釋放組胺和TNF-α，進而刺激合成血管內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，從而誘發新一輪促炎信號釋放，形成持續性炎癥反饋循環；缺氧、蛋白糖基化、神經肽表達上調、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注ECM變化，而ECM質與量的改變導致皮膚出現皺紋以及松弛下垂；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，破壞結構纖維損傷常駐細胞。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鍵破壞性作用，并加速皮膚的衰老。

1.4 皮膚微生態

皮膚微生態是指由細菌、真菌、病毒、 螨蟲和節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、局部微環境等共同組成的生態系統[31]。目前，皮膚微生態對皮膚炎癥性衰老的影響研究相對較少，但皮膚微生態的龐大（數百萬個微生物/cm2）讓人難以忽視其相關性。相比體內的微生物群，其暴露于更為不穩定的外界環境[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，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節免疫應答反應、抵抗紫外線輻射和參與衰老相關物質的合成與代謝，在皮膚衰老中發揮重要調節作用，這為靶向皮膚微生態進行皮膚抗衰老提供新途徑[36]。研究發現，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生變化；藍藻門細菌的增加[37]可觸發多種防御機制，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，研究發現該菌可產生多種抗菌物質并誘導抗炎性調節性T淋巴細胞（Treg）產生，從而減少紫外線輻射引起的炎癥損傷，通過免疫調節減輕皮膚炎癥反應，從而維持皮膚健康穩態[37,39]。

皮膚微生態的組成、穩定性及所發揮功能是由宿主因素和微生物之間的交互作用共同驅動，微生物可通過彼此競爭性抑制或協同來獲利[33]，是皮膚屏障不可或缺的組成部分，它們也可調節炎癥反應并誘導先天性和適應性免疫應答[40]，當內源性或外源性因素導致皮膚微生態失衡時，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疾病的發生風險。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鍵通路，本節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，包括骨髓間充質干細胞（bone marrow-derived mesenchymal stem cells，BM-MSCs）、脂肪間充質干細胞（adipose-derived stem cells，ADSCs）和人臍帶間質干細胞（human umbilical cord mesenchymal stem cells，hUCMSCs）。各種炎癥和皮膚衰老相關疾病的組織病理學關鍵特征包括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具有抗炎和免疫調節功能，對創面修復具有良好作用[43]，在創面炎癥微環境中激活免疫調節功能，分泌相應生物活性分子，改善組織炎癥反應并促進創面愈合[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可有效調節早期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Ⅰ型、Ⅲ型膠原蛋白和彈性蛋白的表達，下調MMP-1和MMP-9的表達，從而預防皮膚的內源性和外源性衰老[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、脂質、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，且更加穩定，免疫原性更低[51]。miRNA通過調控參與免疫系統和組織細胞中的基因表達，對炎癥反應進行調節，miRNA的異常表達可能與免疫系統功能障礙和慢性炎癥相關[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，還有可調節免疫反應的miR-155[53-55]。與炎癥和衰老相關的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揮重要作用[28]。外泌體已逐漸應用于醫療美容領域，從再生維度使用外泌體進行皮膚抗衰更是受到極大關注[57]。從機制研究上發現外泌體具有調節炎癥的作用，但如何通過該通路實現皮膚抗衰仍需更多的基礎和臨床研究。

2.3 抗氧化劑

機體衰老過程中內源性抗氧化成分合成逐漸下降，而氧化應激產物逐漸蓄積，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生；同時也可調節皮膚微生態，保護皮膚免受炎癥損傷，維持皮膚穩態，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 相關細胞因子的分泌，發揮抗衰老的藥理特性[59]，與人體皮膚細胞具有特異性結合位點，通過調節炎性因子，如IL-6、IL-8和TNF-α，阻斷角質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，在衰老過程中，功能失調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節因子1（silent information regulator 1，SIRT1）、叉頭框蛋白 O3（forkhead box protein O3，FOXO3）、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的有效調節因子[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

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的損傷，皮膚結構以及外觀出現老化改變。炎癥反應與細胞衰老相互作用產生的反饋循環加速了炎癥性衰老。

與皮膚衰老相關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，但最終需要更系統的方法進一步研究與論證衰老皮膚中的炎癥環境，從而發現切實可行的皮膚炎癥性衰老治療策略。