作者：蔡梓涵、何云帆、高凯、周绍龙等，南方医科大学南方医院 整形美容外科，宜春学院美容医学院

 

皮肤衰老是目前更新迭代的护肤产品试图解决的难题， 衰老过程主要分为内源性老化和外源性老化两大类型[1-2] 。内 源性老化是受基因、激素等影响的生理性过程。外源性老化 主要指紫外线，尤其是中波紫外线（ultraviolet B, UVB）所致的 光老化（LH Kligman, 1985 年）。在光老化过程中，紫外线照射 和活性氧的产生会对皮肤的 DNA、蛋白质、脂质造成损害，并 降低皮肤中抗氧化剂的水平[3-4] 。临床上表现为皮肤干燥、粗 糙、松弛、弹性降低、细纹、深大皱纹及不规则色素沉着。主要 病理特征为表皮变薄、基底膜损伤、真皮层胶原降解、弹性组 织变性及毛细血管扩张（Y Yasui, 2013 年）。近年来，作为连 接表皮、真皮的重要支撑结构，基底膜在光老化过程中的 损伤及其机制研究有了更进一步地阐释。现对光老化过程 中基底膜的几种结构成分及相关细胞成分的变化、修复及 其机制[5] 作一综述。

 

1 基底膜在皮肤结构及功能中的重要作用

 

基底膜是一种紧密连接表皮及真皮的高度特化的细胞 外基质，由外至内分为胞膜层、透明层、致密层和致密下层 4 层，主要成分包括Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅶ型胶原纤维、层黏连蛋白、 巢蛋白 / 内功素和串珠素等（M Aumailley, 1999 年），由表皮 角质形成细胞、真皮成纤维细胞及间充质干细胞等共同分泌 组合而成（S Hashmi, 2011 年）。首先，表皮基底层的角质形成 细胞与基底膜紧密相接，保证了细胞增殖、分化的活性及向 外迁移的极性（FM Watt, 1984 年）。再者，基底膜作为交换屏 障，调控着表皮与真皮间的分子交流，进而影响细胞的分化、 迁移等行为[6] 。此外，基底膜可作为来自表皮、真皮的内源性 生长因子或细胞因子的储蓄池，当其损伤或破坏时则将这些 信号分子释放[5] 。因此，健康的基底膜作为皮肤结构与功能的 重要一环，与表皮、真皮一同形成皮肤生长及修复的良性循 环。在光老化过程中，皮肤基底膜的结构和功能会发生许多 变化，如基底膜变得松散多层化，甚至断裂，以及基质金属蛋 白酶（matrix metalloproteinases, MMPs)、乙酰肝素酶等表达增 加，损伤包括基底膜、真皮及表皮在内的全层皮肤的重要成 分。

 

2 光老化中Ⅳ型胶原纤维的变化

 

Ⅳ型胶原纤维是基底膜致密层中含量最丰富的胶原纤 维，构成了致密层的绝大部分，是基底膜的重要支撑结构。 MMPs 是降解胶原纤维、弹性纤维及蛋白多糖等细胞外基质 最重要的一大酶系，其中 MMP-2 与 MMP-9 亦称明胶酶，是 降解Ⅳ型胶原纤维的主要酶类。光老化中Ⅳ型胶原的降解与 致密层的破坏不仅损伤基底膜的功能，随之而来的黑色素沉 降至真皮层更被认为是黄褐斑的重要特征与难治之处[7] 。 紫外线辐射诱导皮肤中活性氧自由基（reactive oxidative species, ROS）的产生，进而激活丝裂原活化蛋白激酶（mitogenactivated protein kinase, MAPK） 通路、转录因子激动蛋白 -1 （transcription factor activator protein-1, AP-1） 和核转录因 子 -κB（nuclear factor-kappa beta, NF-κB），促进 MMPs 分泌， 如 MMP-1、MMP-2/9 与 MMP-3 的合成，甚至极低剂量的紫 外线辐射也能促进 MMPs 水平的升高（GJ Fisher, 1996 年）， 这是诸多抗氧化、抗光老化分子，如钛铁试剂（Tiron）、香豆素 化合物、姜黄素等的作用机制所在[8-12] 。 已有研究阐明了 MMPs 抑制剂对人工皮肤基底膜的促 生长作用（S Amano, 2005 年）。通过检测 MMPs 抑制效应以找 到新的抗老化产品，是当下诸多研究的重点，但目前主要集 中在关于 MMP-1 的研究[13-17] ，关于 MMP-2/9 的研究相对较 少。Park 等[18] 发现，当归根部的乙醇提取物对真皮成纤维细 胞中 MMP-2 活性的抑制作用呈剂量正相关性。Piao 等[19] 证 明，一种褐藻多酚（diphlorethohydroxycarmalol, DPHC）可抑制 UVB 对角质形成细胞中的细胞外信号调节激酶（extracellular signal-regulatedkinase, ERK） 及 c-Jun 氨基末端激酶（c-Jun N-terminal kinase, JNK）的激活，继而降低 AP-1 的 DNA 结合 活性，最终减少了 MMP-1/2/9 的表达。Wang 等[20] 发现，DPHC 可抑制 UVB 辐射人成纤维细胞中 MMPs 的表达，提高胞内 胶原蛋白含量，即具有对 UVB 诱导的光损伤起到保护作用。 Choi 等[21] 利用咖啡渣提取物进行 UVB 辐射皮肤的局部治 疗，发现可降低 MMP2/9 的表达。此外，通过口服药物的途径 对抗光老化也得到一些研究和关注。Choi 和 Saito 等[22-23] 研 究证实，饮食摄取芦荟固醇可减少暴露于 UVB 的皮肤中 MMP-2/9 的升高。 此外，A Iddamalgoda 等（2008 年）发现在紫外线辐射的 刺激下肥大细胞的数量及肥大细胞类胰蛋白酶的水平均 升高，类胰蛋白酶既可直接降解 MMP-1，亦可通过活化 pro-MMP-9 降解Ⅳ型胶原。

 

3 光老化中硫酸肝素的变化

 

基底膜中的硫酸肝素（heparin sulfate）作为串珠素（perlecan） 这类硫酸肝素蛋白多糖的侧链，可通过结合生长因子以调控 信号通路的传递（II Fuki, 2000 年）。S Iriyama 等（2011 年）发 现，无论是短期 UVB 强辐射还是长期的 UVB 辐射，均可通 过激活表皮的硫酸肝素酶来降解基底膜中的硫酸肝素侧链， 导致与后者结合的成纤维细胞生长因子 2 （fibroblast growth factor-2，FGF-2）、7（FGF-7） 和血管内皮生长因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）减少。Dos Santos 等[24] 研究指 出，串珠素、硫酸肝素可维持角质形成细胞的自我更新能力， 衰老皮肤中串珠素减少，会影响角质形成细胞的成活和分 化，从而影响表皮更新。S Kurdykowski 等（2012 年）进一步阐 明，UVB 不仅提高角质形成细胞中硫酸肝素酶的 mRNA 及 蛋白质水平，也能够增强酶的活性，并且此效应呈时间、剂量 依赖性。由于在 UVB 辐射下，真皮中的血管及真皮乳头中的 抗衰老关键蛋白（fibulin5）减少（K Kadoya, 2005 年），且硫酸 肝素合成的恢复可逆转原先皮肤中的异常分化、增殖相关基 因的表达，下调降解酶相关基因的表达（S Irigama, 2011 年）。 因此，UVB 辐射对于硫酸肝素酶的激活可破坏硫酸肝素的生 长因子储存库作用，游离释放出的表皮与真皮生长因子间发 生相互作用，导致细胞异常分化、增殖，以及表皮增厚、皱纹 等皮肤老化现象[25] 。此外，S Iriyama 等（2011 年）指出，硫酸肝 素酶的激活与皮肤过度色素沉着有关。 S Iriyama 等（2011 年）研究表明，硫酸肝素酶抑制剂能促 进基底膜中半桥粒及锚原纤维的合成，这意味着硫酸肝素侧 链对半桥粒及锚原纤维这两个维持表皮与真皮紧密连接的 重要结构，有着十分重要的作用。Tsunenaga[26] 则应用人造皮 肤模型进一步证实，对于重建基底膜，必要的基底膜组分、尿 激酶抑制剂和基质金属蛋白酶抑制剂虽有助于其结构的建 立，但硫酸肝素酶抑制剂则促进蛋白质间的相互作用，促进 基底膜功能的恢复。此外，硫酸肝素作为糖胺聚糖的一种，可 以吸收水分、填充弹性纤维或胶原纤维间的空间。Gallo 等[27] 通过外用低分子量硫酸肝素，8 周后可观察到皮肤的水分、弹 性、细纹、皱纹及屏障功能得到改善。Colvan 等[28] 局部应用低 分子量硫酸乙酰肝素，可改善眼周皮肤色素沉着、浮肿、粗糙 及细纹。Ito 等[29] 发现，猪胎盘提取物中含有包括硫酸肝素在 内的硫酸化的糖胺聚糖，证明了其可能的美容疗效。

 

4 光老化中层黏连蛋白 5 的变化

 

层黏连蛋白（laminin） 是基底膜透明层的主要成分，由 α、β、γ 三条多肽链组成。其中，层黏连蛋白 5（α3β3γ2）经由 半桥粒上的整合素 α6β4 与半桥粒结合，通过与层黏连蛋白 6 或 7 形成共价复合物 laminin5/6/7 同Ⅳ型胶原纤维反应， 与Ⅶ型胶原蛋白结合构成插入真皮乳头的锚丝。因此，层 黏连蛋白 5 的存在是稳定表皮 - 真皮连接稳定性的主要因 素（T Nishiyama, 2000 年），在衰老皮肤中其表达下降[30] ，其编 码基因的突变可致 HERLITZ 结合性大疱性表皮松解症的发 生（D Aberdam, 1994 年）。 F Miralles（1998 年）阐明，在 AP-1 增强子的参与下，UV 辐射增强 JNK 家族激酶对成纤维细胞中尿激酶型纤溶酶原 激活剂（urokinase-type plasminogen activator, uPA）启动子的激 活，提高 uPA 的合成，从而促进血纤维蛋白溶酶原转变为血 纤维蛋白溶酶。血纤维蛋白溶酶既可直接切断层黏连蛋白 5 的 α3 链中的氨基和羰基端，削弱其与角质形成细胞的连接， 亦可剪切其 β3 链中的氨基端，减弱其与Ⅶ型胶原纤维的亲 和性（Y Ogura, 2008 年）。M Tsunenaga 等（1998 年）研究，培养 人工皮肤 2 周后致密层仍然罕见，而在加入层黏连蛋白 5 的 第 2 周内，表皮、真皮交界区（dermal-epidermal junction, DEJ） 的Ⅳ、Ⅶ型胶原纤维含量均提高，致密层的总长度增加，并且 与外源性层黏连蛋白 5 呈剂量相关性，这表明层黏连蛋白 5 含量的提高有助于基底膜的修复。 草本植物及其萃取物被广泛应用于提高皮肤细胞中层 黏连蛋白 5 的含量。C Deloche 等（2011 年）证实，C- 木吡喃 糖苷衍生物 C- 木糖苷（C-Xyloside）可显著提高整合素 α6 与层黏连蛋白 5 的水平，改善基底膜形态。Langton 等[31] 利用 万寿菊甲醇提取物（MGME），提高了成纤维细胞的层黏连蛋 白 5 的合成，并可抑制其 MMP-1、MMP-2 的合成，提高 SOD 活性、加速清除 ROS。此外，C Tran 等（2014 年）应用四氢茉莉 酸，在皮肤模型的真皮 - 表皮交界处刺激了层黏连蛋白 5 的 表达。

 

5 光老化中角质形成细胞、成纤维细胞的变化

 

基底膜的形成有赖于表皮、真皮的细胞成分，其中，角质 形成细胞及成纤维细胞是构成致密层的Ⅳ型胶原纤维所必 不可少的合成场所。Ⅳ型胶原纤维的自组装启动于 α1（Ⅳ）2、 α2（Ⅳ） 亚基通过螺旋形结构域与 α1β1、α2β1 整合素相结 合，紧接着是 α5（Ⅳ）、α6（Ⅳ）亚基与 α1（Ⅳ）2、α2（Ⅳ）亚 基的结合，这些亚基的合成来自于角质形成细胞及成纤维 细胞（CR Fleischmajer, 1997 年）。然而，UV 辐射往往对皮肤 细胞造成损伤，导致衰老的发生。在角质形成细胞中，UVB 刺 激 ROS 的产生，促进炎症因子如白细胞介素 6（interleukin-6, IL-6）、肿瘤坏死因子 α（tumor necrosis factor-α, TNF-α）等的 释放，活化应激相关激酶通路，进而导致线粒体 DNA 缺失， 损伤线粒体功能[32] 。中长波 UVA 辐射可促进产生 ROS 和胸 腺嘧啶二聚体 DNA 损伤，并优先在角质形成细胞与成纤维 细胞中蓄积，进而导致细胞凋亡等明显的细胞变化[ 33 ] 。 L觟wenau 等[34] 发现，UV 照射的角质形成细胞显示出较高的衰 老相关 β- 半乳糖苷酶的活性，细胞增殖较少，且活力降低， 由此种角质形成细胞重建的人表皮有着更薄的角质层，表皮 渗透性增加，这表明皮肤的屏障功能受损。 对于成纤维细胞，UV 辐射亦可激活 ROS 的产生，导致DNA 的损伤及端粒酶的缩短（BA Gilchrest, 2009 年），当端 粒酶缩短至一定长度时，端粒环（telomere loop, T-loop）断裂 而暴露其末端的单链 DNA，致使细胞衰老甚至凋亡（JP Zeng, 2014 年）。再者，UV 辐射激活的 p16 基因可使细胞周期的 G1 期阻滞，加速细胞衰老[35] 。UV 射会降低角质层中的维生素 E 含量，使维生素 E 吸收的紫外线辐射减少，因此，成纤维细胞 更多地遭受 ROS 攻击，甚至产生“成纤维细胞崩塌”的现 象——即成纤维细胞增加弹性蛋白酶的产生，从而降解弹性 蛋白，降低弹性蛋白的水平[36] 。此外，成纤维细胞的衰老会使 其通过芳香化酶从类固醇前体合成雌激素的能力降低，而雌 激素可通过增加皮肤胶原蛋白、弹性蛋白沉积和水合作用来 改善皮肤质量及皮肤健康，且可抑制活性氧的产生，促使产 生抗氧化酶（DF Archer, 2012 年）。此外，光老化过程中，成纤 维细胞可促进色素的过度沉着（C Drval, 2014 年），这可能与 衰老过程中色斑的产生相关。

 

6 脂肪来源干细胞的修复作用

 

脂肪来源干细胞（adipose-derived stem cells, ADSCs）是一 种多能干细胞，具有强大的分化潜能和旁分泌效应。基于 ADSCs 的干细胞疗法已逐渐成为组织再生、伤口愈合、抗皮 肤衰老及其他领域的优选[37] 。据报道，ADSCs 可修复周围损 伤细胞的功能（A Sterodimas, 2010 年）。SH Lee 等（2012 年）利 用ADSCs 的条件培养基（adipose-derived stem cell conditioned medium, ADSC-CM） 证实其可刺激角质形成细胞的增殖，并 通过激活 ROCK 通路作用于应力纤维，促进细胞的迁移。此 外，ADSCs 及 ADSC-CM 对成纤维细胞不仅具备促增殖的能 力，甚至可逆转 UVB 的增殖抑制。WS Kim 等（2009 年）证实， ADSCs 及 ADSC-CM 提高成纤维细胞合成Ⅰ、Ⅲ型胶原纤维 的水平，抑制 MMP-1 表达，表明其具有保护皮肤细胞、抗衰 老的旁分泌效应与细胞间直接作用[38] 。SY Yong 等（2011 年） 研究表明，ADSCs 的旁分泌作用与细胞间通讯连接同样重 要，可诱导光老化成纤维细胞的增殖和Ⅰ型胶原的产生，降低 MMP-1 的表达，并可抑制其凋亡。此外，Klar 等[39] 利用体内 MALDESS 皮肤模型证实，ADSCs 通过增加转化生长因子 -β1 的表达，抑制黑素细胞的增殖、分化和黑色素的产生，这可能 有助于减轻光老化所带来的不规则色素沉着。

 

7 结论

 

光老化是皮肤衰老的主要外源性因素，对基底膜的结构 成分及连接、屏障、信号传导等功能造成累积性的损伤。UV 辐射通过 MMP-2、MMP-9、硫酸肝素酶、血纤维蛋白溶酶等 破坏基底膜的结构组分及其相互间的结合，亦可损伤角质形 成细胞及成纤维细胞等对于基底膜形成至关重要的细胞。通 过抑制上述酶类、增加基底膜结构组分或利用 ADSCs 的修 复作用，可在一定程度上改善基底膜的结构与功能。

 

参考文献略。

 

来源：蔡梓涵、何云帆、高凯、周绍龙，光老化皮肤基底膜的损伤、修复及其机制的研究进展[J],中国美容整形外科杂志,2020,31(8).