皮肤炎症性衰老与治疗策略

甘嘉荷，廖 勇

衰老是细胞功能和结构逐渐退行性变的过程，衰老与机体免疫系统对环境的适应及重塑密切相关。机体通过应答反应以适应环境变化，应答反应一般以炎症反应的形式体现。炎症是以血管反应为中心，涉及多种组织/器官以及局部微环境，此过程对机体的最优形式是促炎与抗炎反应之间的复杂平衡稳态[1]。当机体抗炎反应减弱，促炎反应增强，稳态失衡会导致轻度慢性炎症状态，并由此引发一系列与慢性炎症相关的疾病[2,3]。

基于此，Franceschi于2000年首次提出“炎症性衰老（inflammaging）”概念[4]，炎症刺激主要来源于受损和（或）死亡细胞及细胞器（细胞碎片）产生的内源性、异位或变性的分子，上述分子被固有免疫系统的受体所识别，诱发机体产生炎症应答；机体在正常生理条件下产生上述分子，随着年龄增长会逐渐增加，且蛋白酶体对其自体吞噬和（或）线粒体自噬清除作用逐渐下降[1]；这种“自身免疫反应”过程促进慢性疾病的发生或发展，从而加速和加重局部及全身的衰老过程[1,5]。免疫衰老是指随着年龄增长，适应性免疫应答反应下降，天然免疫应答占主导地位，其显著特征是促炎递质的增加[3,6,7]，血清中炎性因子如白细胞介素（interleukin，IL）6，IL-8，肿瘤坏死因子 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症性衰老的促发因素，被认为与多数衰老相关疾病具有共同的炎症基础[9]。因此，炎症也被认定为抗衰策略的主要靶点。

皮肤作为人体最大器官和最外层保护屏障，最直接呈现衰老表现，如皮肤变薄、干燥、色斑和细纹等[10,11]。上述衰老表现显现过程伴随特定表观遗传修饰、细胞增殖/组织更新减少、衰老细胞积聚、细胞外基质改变以及有利于疾病或衰老的促炎症环境[12]。本文回顾与皮肤衰老相关的炎症机制，并从炎症角度探讨延缓皮肤衰老的治疗策略，以期为皮肤抗衰老提供新思路。

1 皮肤炎症性衰老相关机制

皮肤衰老是由内源性和外源性因素协同作用所致的细胞功能和组织结构完整性逐渐下降的过程。内源性因素主要包括遗传、解剖和激素变化[13]，以及各种皮肤细胞的衰老等[14]；外源性因素包括紫外线以及其他各种外源性理化刺激等[13]。目前，炎症已成为衰老和衰老相关疾病关联的通路。近十年研究表明，皮肤衰老最关键的机制是氧化应激和DNA损伤，上述两种机制均与炎症相关。同时，也有一些与炎症性衰老相关机制的理论与探讨。

1.1 氧化应激

研究表明氧化应激与炎症密切相关，也是导致皮肤衰老的关键因素[11]。氧化应激是由皮肤组织内活性氧簇（reactive oxygen species，ROS）内源性合成及外源性紫外线辐射诱发导致的抗氧化体系失衡[15]。激活的炎性细胞和各种细胞的氧化代谢产物等产生ROS[16]。ROS水平上调会引起氧化应激，损害细胞结构，诱发炎症反应，加速皮肤衰老[15]。ROS对细胞的氧化损伤触发释放TNF-α，其结合细胞表面受体激活核转录因子（nucleaar transcription factor-κB，NF-κB）信号通路，导致其他炎症因子的过度表达[17,18]，血管内皮生长因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）和炎症因子（IL-1，IL-6和TNF-α等）合成上调，促使发生慢性炎症反应。慢性炎症进一步加速氧化应激反应[19,20]，更多的ROS刺激细胞合成大量基质金属蛋白酶（matrix metalloproteinase，MMPs），降解真皮层最重要的细胞外基质（extracellular matrix，ECM）胶原蛋白（collagen）和弹性蛋白（elastin），引起真皮结缔组织结构受损，导致皮肤衰老[10,21]。

1.2 DNA损伤

机体内的DNA易受各种内外源因素刺激而导致损伤，如内源性ROS增加、酸碱不平衡、DNA复制、转录和翻译错误等，以及紫外线、放射线、重金属、强氧化剂和强酸碱等外源性因素。内源性和外源性因素引起端粒DNA和线粒体DNA持续性损伤，导致DNA复制、转录和翻译错误，通过多种信号途径导致点突变或染色体重排以及应激反应，最终导致细胞衰老[22]。研究表明，DNA损伤应答（DNA-damage response，DDR）是链接DNA损伤、细胞衰老和机体衰老的关键机制。衰老细胞中DDR促进衰老相关分泌表型（senescence-associated secretory phenotype，SASP）合成增加，p38丝裂原活化蛋白激酶（p38 mitogen activated protein kinases，p38MAPK）信号通路被激活， NF-κB的转录活性增加，诱导SASP分泌，上调IL-2、IL-4、IL-6、IL-8和TNF-α的表达[23]，进而诱导邻近细胞DDR和SASP活化。SASP过度表达，通过自分泌和旁分泌的方式释放大量生长因子、转录因子、炎性因子和MMPs等，干扰组织修复，并造成炎症环境，以及对皮肤的损伤作用[24-26]。这些因子的表达受到关键信号分子调控，DDR、p38MARK和IL-1α正向调控，MicroRNA（miRNA）中的miR-146a/b负向调控，miR-146a/b还可抑制NF-κB的活性并减少炎性因子的释放[27]。随着活化DDR的细胞不断积聚，局部炎症微环境最终进展为全身性的促炎症环境，加剧炎症性衰老[28]。随着年龄增长，由于细胞修复体系对细胞应激反应的异常应答，导致炎症和氧自由基协同引起DNA的损伤，自由基会损伤细胞和降解结构成分，如胶原蛋白和弹性蛋白，导致皮肤形成皱纹以及包括癌症在内的皮肤疾病[29]。

1.3 皮肤衰老的微炎症理论

微炎症理论认为皮肤衰老是细胞受到内源性或外源性因素作用的一系列慢性炎症性损伤[30]：受损细胞释放促炎信号（如前列腺素、白三烯等），促炎信号结合肥大细胞并诱导释放组胺和TNF-α，进而刺激合成血管内皮细胞的细胞间黏附分子-1（intercellular cell adhesion molecule-1，ICAM-1）；免疫细胞与ICAM-1结合后渗出至局部组织。免疫细胞趋化至局部后，释放过氧化氢破坏靶细胞或组织；此过程中，周围细胞也会受到损伤，从而诱发新一轮促炎信号释放，形成持续性炎症反馈循环；缺氧、蛋白糖基化、神经肽表达上调、激素水平失衡以及其他非损伤信号同样刺激ICAM-1合成，目前认为所有内外源性皮肤衰老因素均有诱导ICAM-1合成的共性机制。皮肤衰老的微炎症理论关注ECM变化，而ECM质与量的改变导致皮肤出现皱纹以及松弛下垂；该理论解释了胶原纤维紊乱、皮肤弹性丧失、真表皮交界扁平化以及毛细血管扩张。ICAM-1促进循环免疫细胞的真皮层趋化与聚集；免疫细胞释放ROS和蛋白水解酶，破坏结构纤维损伤常驻细胞。微炎症理论针对皮肤衰老的核心是：炎症对初始细胞损伤反应起到关键破坏性作用，并加速皮肤的衰老。

1.4 皮肤微生态

皮肤微生态是指由细菌、真菌、病毒、 螨虫和节肢动物等各种微生物或寄生虫与皮肤表面的组织、细胞及各种分泌物、局部微环境等共同组成的生态系统[31]。目前，皮肤微生态对皮肤炎症性衰老的影响研究相对较少，但皮肤微生态的庞大（数百万个微生物/cm2）让人难以忽视其相关性。相比体内的微生物群，其暴露于更为不稳定的外界环境[32,33]。

众所周知，皮肤衰老最主要是外源性因素中的紫外线辐射[34]；紫外线辐射后，ROS水平上调，激活NF-κB信号通路，增加真皮层MMPs表达并诱导炎性因子（IL-1及TNF-α等）的合成，从而持续激活NF-κB 信号通路[15-18]；该通路过度激活是衰老的信号之一[35]。皮肤微生物群落可能通过调节免疫应答反应、抵抗紫外线辐射和参与衰老相关物质的合成与代谢，在皮肤衰老中发挥重要调节作用，这为靶向皮肤微生态进行皮肤抗衰老提供新途径[36]。研究发现，受试者皮肤暴露于长波紫外线（UVA）和中波紫外线（UVB）后，局部微生物群的组成发生变化；蓝藻门细菌的增加[37]可触发多种防御机制，合成高紫外线吸收能力、保护细胞并减少紫外线损伤功效的类菌胞素氨基酸（mycosporine-like amino acids，MAAs）以及包括超氧化物歧化酶在内的多种酶，它们可对抗氧化应激反应[38]；乳酸杆菌有所减少，研究发现该菌可产生多种抗菌物质并诱导抗炎性调节性T淋巴细胞（Treg）产生，从而减少紫外线辐射引起的炎症损伤，通过免疫调节减轻皮肤炎症反应，从而维持皮肤健康稳态[37,39]。

皮肤微生态的组成、稳定性及所发挥功能是由宿主因素和微生物之间的交互作用共同驱动，微生物可通过彼此竞争性抑制或协同来获利[33]，是皮肤屏障不可或缺的组成部分，它们也可调节炎症反应并诱导先天性和适应性免疫应答[40]，当内源性或外源性因素导致皮肤微生态失衡时，微生物群落对抗氧化应激、维持皮肤屏障以及免疫系统功能的能力下降[41]，缓解皮肤炎症的能力随之减弱，从而间接加速皮肤的衰老进程。

2 皮肤炎症性抗衰的策略探讨

大量研究证实，减少炎症可直接降低相关疾病的发生风险。皮肤作为体表器官，在外源性理化因素作用下更易于衰老。炎症是理解皮肤衰老的关键通路，本节将简述靶向炎症的抗衰治疗策略，从抗炎途径为皮肤抗衰提供新思路。

2.1 干细胞

近年来有学者不断尝试将干细胞应用于皮肤美容领域，包括骨髓间充质干细胞（bone marrow-derived mesenchymal stem cells，BM-MSCs）、脂肪间充质干细胞（adipose-derived stem cells，ADSCs）和人脐带间质干细胞（human umbilical cord mesenchymal stem cells，hUCMSCs）。各种炎症和皮肤衰老相关疾病的组织病理学关键特征包括MMP-1过表达和胶原合成减少[42]。大量基础和临床研究证实，BM-MSCs具有抗炎和免疫调节功能，对创面修复具有良好作用[43]，在创面炎症微环境中激活免疫调节功能，分泌相应生物活性分子，改善组织炎症反应并促进创面愈合[44]。BM-MSCs还可显著降低紫外线诱导的MMP-1表达，并增加胶原蛋白的合成[45]。ADSCs可有效调节早期UVB反应信号通路，包括NF-κB炎症通路、丝裂原活化蛋白激酶（MAPKs）和活化蛋白1（activated protein-1，AP-1），减少炎性因子IL-6和MMP-1的分泌[46]，并通过上调Ⅰ型、Ⅲ型胶原蛋白和弹性蛋白的表达，下调MMP-1和MMP-9的表达，从而预防皮肤的内源性和外源性衰老[47-49]。hUCMSCs可以降低MMP-1与MMP-3的表达，减少皮肤胶原基质降解，延缓衰老[50]。

2.2 外泌体

外泌体是细胞外囊泡的主要亚型之一，直径为50～100 nm，具有在同种甚至异种细胞间通讯的能力，通过携带蛋白质、脂质、核酸（RNA、DNA）和酶等生物活性分子在细胞间传递信号，并具有与原始干细胞相似的生物学功能，且更加稳定，免疫原性更低[51]。miRNA通过调控参与免疫系统和组织细胞中的基因表达，对炎症反应进行调节，miRNA的异常表达可能与免疫系统功能障碍和慢性炎症相关[52]。外泌体中含有可以抑制NF-κB活性和减少炎性因子分泌的miR-146a/b，还有可调节免疫反应的miR-155[53-55]。与炎症和衰老相关的miRNAs有miR-146、miR-155和miR-21等[10,56]，它们在DDR、细胞衰老和炎症性衰老之间的交互中发挥重要作用[28]。外泌体已逐渐应用于医疗美容领域，从再生维度使用外泌体进行皮肤抗衰更是受到极大关注[57]。从机制研究上发现外泌体具有调节炎症的作用，但如何通过该通路实现皮肤抗衰仍需更多的基础和临床研究。

2.3 抗氧化剂

机体衰老过程中内源性抗氧化成分合成逐渐下降，而氧化应激产物逐渐蓄积，可通过外源性补充抗氧化剂进行干预[58]。抗氧化剂通过阻断生成或中和ROS，从而抑制氧化应激反应，从而减少炎症反应发生；同时也可调节皮肤微生态，保护皮肤免受炎症损伤，维持皮肤稳态，延缓皮肤衰老进程。抑制炎性症因子分泌是治疗皮肤炎症性疾病的有效策略，许多植物提取物具有良好的抗氧化抗炎功效。研究证实，白藜芦醇可通过抑制NF-kB活性减少大量SASP 相关细胞因子的分泌，发挥抗衰老的药理特性[59]，与人体皮肤细胞具有特异性结合位点，通过调节炎性因子，如IL-6、IL-8和TNF-α，阻断角质形成细胞凋亡和线粒体功能异常[60]，且可以抑制UVB诱导的MMP-1增加及细胞凋亡诱导的皮肤老化[61]，有可能延缓皮肤组织衰老的过程；槲皮素显著抑制由痤疮丙酸杆菌刺激的人永生化角质形成细胞（human immortalized keratinocytes，HaCaT）和人单核白血病细胞（human myeloid leukemia mononuclear cells-1，THP-1）产生的炎性因子（IL-1β、IL-8、IL-6和TNF-α），同时抑制这些炎性因子的mRNA表达[62]；在体外人体皮肤模型中，槲皮素对紫外线诱导的NF-κB活性有明显的抑制作用[63]。

2.4 其他

二甲双胍（metformin）是一种广泛用于Ⅱ型糖尿病的双胍类药物[64]，也可以抑制哺乳动物雷帕霉素靶蛋白（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信号通路与免疫衰老炎症有关，在衰老过程中，功能失调的线粒体引起氧化应激，从而扰乱细胞氧化还原平衡，AMPK通过促进沉默信息调节因子1（silent information regulator 1，SIRT1）、叉头框蛋白 O3（forkhead box protein O3，FOXO3）、过氧化物酶体增殖物激活受体γ辅激活因 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也是免疫细胞中NF-κB的有效调节因子[65]。二甲双胍已被研究证实作为AMPK激活剂具有抗炎活性，但在应对皮肤衰老方面仍缺乏研究，抗衰潜力有待挖掘。

雌激素水平下降会引起皮肤衰老[66]。雌激素在非生殖器官中最大的靶器官是皮肤，通过雌激素受体（estrogen receptor，ER）调控靶组织体外。研究显示，采用ER-β激动剂选择性激活ER-β，将抑制皮肤成纤维细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，通过减少炎症反应损伤延缓皮肤衰老[67]。

3 小结

随着人类的预期寿命逐渐延长，对于皮肤抗衰的需求也在持续增长，科学家不断探寻衰老的成因并努力拓展抗衰新靶点。皮肤炎症与衰老是一个复杂的病理交互过程，受ROS、IL-1、IL-6、IL-8、TNF-α和MMPs等效应分子影响，导致衰老的多种机制之间存在交互作用，其中氧化应激、DNA损伤和微炎症理论对衰老的作用明确。随着机体逐渐衰老，调控炎症反应的能力下降，衰老细胞在皮肤组织中蓄积，降低了皮肤对抗炎症和修复损伤的能力。由衰老细胞引起的促炎性皮肤微环境抑制适应性免疫应答，导致皮肤免疫功能下降，同时促进细胞外基质的损伤，皮肤结构以及外观出现老化改变。炎症反应与细胞衰老相互作用产生的反馈循环加速了炎症性衰老。

与皮肤衰老相关的炎症研究相对较少，应逐渐意识到炎症在皮肤衰老中的重要作用。本文综述皮肤衰老过程与炎症反应之间的关系，简述从抗炎角度切入的皮肤抗衰策略，为皮肤年轻化方法的研发提供新的视角。目前看来抑制炎症是一个有效靶点，但最终需要更系统的方法进一步研究与论证衰老皮肤中的炎症环境，从而发现切实可行的皮肤炎症性衰老治疗策略。