脂肪来源干细胞对光老化皮肤细胞外基质的影响

贾传龙， 陈 亮， 杨清建， 刘天一



综 述

脂肪来源干细胞对光老化皮肤细胞外基质的影响

贾传龙， 陈 亮， 杨清建， 刘天一

光老化； 脂肪来源干细胞； 细胞外基质

细胞外基质(extracellular matrix, ECM)作为人体组织的主要成分之一，在维持细胞形态结构和功能完整性方面发挥着重要作用[1]。它是分布于细胞外的蛋白质和多糖等大分子构成的网状结构，包括纤维网架(胶原蛋白和弹性蛋白)、黏着成分(非胶原糖蛋白)、凝胶样基质(氨基葡聚糖和蛋白多糖)3大类。作为组织的非细胞成分，ECM参与细胞的增殖、迁移和分化等生物学过程。

人体的衰老分为内源性衰老和外源性衰老，前者是自然的程序性过程，受基因的调控以及家族遗传的影响；后者主要受外界环境因素和生活方式的影响，其中太阳中的紫外线辐射是其主要影响因素，我们把后者称之为光老化[2]。在光老化的过程中皮肤的ECM成分发生显著的变化，如纤维网架成分中胶原蛋白的降解，异常弹性纤维的沉积，黏着成分中纤维连接蛋白(fibronectin, FN)以及凝胶样基质中的透明质酸(hyaluronan, HA)的改变。这些ECM成分的改变会影响细胞的正常功能，在外观上表现为皮肤粗糙、增厚、粗大皱纹及色素斑块沉着[3]。脂肪来源干细胞(adipose-derived stem cells, ADSCs)是一种间充质干细胞(mesenchymal stem cells, MSC )。近年来的研究发现，ADSCs既具有增殖及多向分化潜能，又能分泌多种细胞因子，如人碱性成纤维细胞生长因子(basic fibroblast growth factor, bFGF)、角质细胞生长因子(keratinocyte growth factor, KGF)、肝细胞生长因子(hepatocyte growth factor, HGF)、胰岛素样生长因子(insulin-like growth factor, IGF)、血管内皮生长因子(vascular endothelial growth factor, VEGF)、血小板衍生生长因子(platelet-derived growth factor, PDGF)和转化生长因子β1(transforming growth factorβ1, TGFβ1)等。这些因子会对ECM及周围微环境产生影响[4-6]。ADSCs及其分泌的因子对于内源性老化和外源性老化方面都具有一定的作用。在内源性老化方面，ADSCs能够通过自分泌和旁分泌的作用活化皮肤成纤维细胞，促进胶原蛋白、弹性蛋白等ECM蛋白的表达，进而改善内源性老化的皮肤外观，延缓内源性老化进程。然而由于内源性老化原因的复杂性和很多因素的不可控性，使用ADSCs来治疗和改善外源性老化，即光老化的研究，越来越引起人们的关注；ADSCs在光老化皮肤的治疗方面，在近年来显示出了非常广阔的应用前景[6-8]。现笔者主要就ADSCs对光老化皮肤ECM中胶原蛋白、弹性蛋白，以及对光老化进程中起到重要作用的ECM中的主要成分HA、FN的影响作一综述。

1 ADSCs对光老化皮肤ECM中胶原蛋白的影响

胶原蛋白是真皮ECM中的主要成分，是真皮ECM中的主要结构蛋白。胶原蛋白不仅提供了皮肤的张力，而且在细胞的迁移、分化等过程中，都发挥着重要作用[9]。光老化的皮肤中会产生一种活性氧类(reactive oxygen species, ROS)，ROS的产生会激活多种细胞表面受体，受体的激活会引起信号级联反应，进而激活丝裂原活化蛋白(mitogen-activated protein, MAP)激酶、p38和c-Jun氨基末端激酶(JNK)，激酶的活化会引起由蛋白c-Jun 和c-Fos构成的核转录复合体AP-1的转录。AP-1可以引起一种锌依赖的蛋白酶-基质金属蛋白酶(matrix metalloproteinases, MMPs)的增加，其主要底物为ECM中的蛋白质，如胶原蛋白、弹性蛋白等。除此之外，AP-1还可以减少前胶原基因的表达和TGF-β1受体的数量[10]。TGF-β受体的减少，会抑制TGF-β/SMAD通路，而后者可以增加多种ECM胶原蛋白成分的表达[11-12]。最终导致真皮ECM中的胶原蛋白合成减少，降解增加。

Kim等[13]研究发现，ADSCs可以通过直接接触和旁分泌的作用，活化真皮成纤维细胞，从而增加胶原蛋白的分泌。另有研究通过紫外线照射，获得光老化裸鼠皱纹模型。将ADSC-CM注入裸鼠皱纹皮肤内，一段时间后发现胶原蛋白纤维束与对照组相比明显增加[14]。研究发现，ADSCs以旁分泌的作用激活真皮成纤维细胞，促进胶原蛋白的产生，从而增加ECM的成分，其机制可能是通过分泌TGF-β1从而激活TGF-β/SMAD通路，增加胶原基因的表达来实现的[15]。该研究通过用ADSCs的条件培养液ADSC-CM(Conditioned medium of ADSC)与TGF-β1因子，分别培养人皮肤成纤维细胞，结果与正常组比较，发现ADSC-CM组与TGF-β1组Ⅰ型胶原蛋白和Ⅲ型胶原蛋白的mRNA的表达水平，均比正常对照组明显增高。Ⅰ型和Ⅲ型胶原蛋白的蛋白含量同样也是增高的。此外，ADSCs通过旁分泌作用产生的细胞因子，可作用于真皮成纤维细胞抑制MMPs的表达，提高MMPs抑制剂的活性，从而减少ECM中胶原蛋白的降解。ADSCs通过增加胶原蛋白合成，减少胶原蛋白降解两方面增加光老化皮肤ECM中胶原蛋白的含量，改善ECM的微环境。

2 ADSCs对光老化皮肤ECM中弹性纤维的影响

弹性蛋白是ECM中另一种结构蛋白，与胶原蛋白作用相似，它能够为皮肤提供拉力和张力[16-17]。成熟的弹性纤维由弹性蛋白(elastin)和微原纤维(microfibril)构成，前者由弹性蛋白原经一系列催化作用交联而成，后者的主要成分为原纤维蛋白(fibrillin)。而微原纤维通过为弹性蛋白原沉积提供支架作用，进而调节和组织弹性纤维的形成[18-19]。而在皮肤的光老化过程中，由于紫外线的刺激，使得成纤维细胞分泌弹性蛋白酶，降解原纤维蛋白，从而破坏了微原纤维的网架支撑作用，使弹性蛋白的前体弹性蛋白原的成分增加，而微原纤维的成分减少，最终导致弹性纤维的降解和异常弹性纤维的沉积[20]，在症状上表现为皱纹的形成。

Odile等[21]用ADSCs处理老化的皮肤模型一段时间后，通过影像学分析发现，原纤蛋白-1的含量与对照组相比明显增高，而原纤蛋白-1是原纤维蛋白的主要蛋白成分，表明ADSCs可通过增加原纤维蛋白的含量促进胶原纤维的合成，从而减少异常弹性纤维的沉积。Jeong等[22]研究发现，用紫外线照射裸鼠背部皮肤可以形成明显的皱纹，通过注射ADSCs可以明显改善裸鼠背部皮肤的皱纹。正常裸鼠经紫外线照射6周后，ECM中弹性蛋白原的成分与正常对照组相比明显增多，而微原纤维的成分明显下降。在注射ADSCs的4周后这种现象明显改善。弹性蛋白原的成分显著降低，相应的微原纤维的成分显著升高；此外，裸鼠背部的皱纹亦明显减少。ADSCs可以抑制弹性纤维的降解，促进弹性纤维合成，但其是通过何种通路发挥作用的机制尚不十分明确。

3 ADSCs对皮肤ECM中HA的影响

HA是ECM中一种大分子的氨基葡聚糖，在成纤维细胞膜的内表面经过3种同工酶HAS-1、HAS-2、HAS-3合成，并排出到ECM中，具有强大的保水作用[23]。HA可以通过HA受体介导的信号传导通路影响胶原蛋白的合成以及ECM的重塑。此外，HA还具有促进皮肤成纤维细胞分化、创伤愈合以及抗炎作用[24]。紫外线的照射会导致皮肤ECM中的HA合成减少，在真皮成纤维细胞中HA合成的减少是由于紫外线照射导致真皮ECM中胶原蛋白降解形成一些胶原蛋白的碎片，这些碎片会激活相应的αvβ3整合素信号，抑制Rho激酶信号转导通路和细胞外信号调节激酶的核移位，最终导致HAS-2合成减少[25]。

Malekmohammadi等[26]将ADSC-CM与人真皮成纤维细胞共培养一段时间后，检测3种HAS基因的表达情况，结果显示，HAS1、HAS2的表达水平上调，总的HA量也是增加的，表明ADSCs在调节ECM成分中起着重要的作用。Jung等[15]研究发现，ADSCs促进HAS增加的作用可能来自于ADSCs分泌的细胞因子TGF-β1。研究将ADSC-CM及ADSCs分泌的细胞因子TGF-β1与真皮成纤维细胞共培养的方式，通过测定HAS的表达来探究ADSC-CM及TGF-β1对于ECM中HA的影响。结果显示，ADSC-CM及TGF-β1组HAS-1及HAS-2的mRNA表达与正常对照组相比都有明显的提高，而HAS-3并没有明显的改变。此外，该研究还进行了TGF-β1阻断实验，结果显示，在阻断了TGF-β1后，HAS-1及HAS-2的mRNA表达均明显降低。ADSCs可以增加ECM中HA的含量，这种作用与TGF-β1的作用有很大关联，然而TGF-β1是如何调节HAS-1、HAS-2的mRNA表达的详细机制尚需要进一步研究。ADSCs可以通过自分泌和旁分泌作用影响ECM中HA的表达，HA含量的增加对于光老化皮肤ECM功能的改善，修复光老化的皮肤外观具有重要的作用。

4 ADSCs对皮肤ECM中FN的影响

FN 作为ECM中的高分子糖蛋白，其主要功能是介导细胞黏着，通过细胞信号转导途径调节细胞的形状和细胞骨架的组织，促进细胞迁移分化[27]。FN被组装成小的纤维状结构类似于胶原蛋白纤维，可与相应的细胞表面受体-整合素结合。其中，整合素α5β1受体可与FN的RGD三肽序列相结合，这在介导ECM组装和细胞与ECM中蛋白质黏附过程中起着至关重要的作用[28-29]。

ADSCs可以通过分泌的细胞因子来调节FN的生成，从而来影响ECM中的FN成分。研究发现[13]，将ADSC-CM与真皮成纤维细胞共培养，对后者FN的mRNA表达进行检测，实验组与对照组相比，FN的mRNA水平明显增高，在蛋白水平的检测上，FN的成分也是增加的。Park等[30]在分离ADSCs并培养一段时间后，检测其细胞因子和蛋白质的浓度发现FN的浓度非常高。Song等[31]的研究表明，ADSCs自身也会分泌FN成分参与ECM的构建。在皮肤的光老化进程中，ECM中的FN含量是降低的。ADSCs可以通过两个方面来增加ECM中FN的水平。一方面是通过自身分泌FN，另一方面是通过活化真皮成纤维细胞进而增加ECM中FN的含量，这在改善和修复光老化皮肤的ECM的微环境方面，具有重要的意义。

5 总结

ECM作为皮肤细胞生存之微环境，不仅对组织细胞起支持保护和营养作用，还与细胞的增殖、分化、代谢、识别、黏着及迁移等基本生命活动密切相关。ECM的任何改变都有可能影响此微环境。如在皮肤光老化过程中被降解的胶原蛋白会产生胶原蛋白的碎片，使细胞失去正常的形态，影响其功能及细胞内相关信号的传递。而弹性纤维的破坏则会导致异常弹性纤维的沉积，而这些异常弹性纤维的沉积对皮肤微环境造成破坏。HA及FN的减少会影响微环境中细胞之间的识别、黏附及细胞与ECM之间交联和相关信号的传递，进而使细胞的形态功能在一定程度上发生改变。这些改变会进一步加剧ECM成分的变化，从而形成恶性循环。ADSCs及其分泌的多种细胞因子在光老化皮肤中的诸多应用，很大程度上都是ADSCs及其细胞因子通过一定的调节途径，改善了光老化皮肤的ECM，促进了细胞正常形态和功能的恢复。然而，ADSCs对于光老化皮肤ECM的影响的研究，还有很多机制与通路并不明确，这将会成为未来的研究方向。

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国家自然科学基金资助项目(81272125,81301642)；国家高技术研究发展规划(863)项目(SS2014AA020705)；上海市卫生系统优秀学科带头人资助项目(XBR2011033) 作者单位：200040 上海，复旦大学附属华东医院 整形外科 第一作者：贾传龙(1989-)，男，山东枣庄人，硕士研究生. 通信作者：刘天一，200040，复旦大学附属华东医院 整形外科，电子信箱：tianyiliucn@126.com

10.3969/j.issn.1673-7040.2015.12.015

2015-07-12)