衰老相關色素性皮膚病機制研究進展

胡雙海 雷鐵池

武漢大學人民醫院皮膚科，湖北武漢 430060

皮膚衰老是內源性因素與外源性因素共同導致。內源性衰老一般指自然衰老，其不僅影響皮膚本身，還影響身體其他組織和器官，主要受到時間，遺傳背景的調控[1]。皮膚暴露在外界環境中可導致外源性衰老，目前認為紫外線輻射是造成皮膚衰老最重要的因素[2]。黑素細胞的主要功能是產生黑色素，黑色素以黑素小體的方式轉移到鄰近的角質形成細胞構成表皮黑素單元及毛囊黑素單元，保護角質形成細胞免受紫外線照射的損傷[3]。皮膚衰老與黑素細胞生物學功能密切相關，衰老的角質形成細胞、成纖維細胞、黑素細胞相互串擾，在色素性皮膚病中發揮著重要的作用。

1 衰老與衰老的概述

衰老是指隨著時間的推移機體發生功能性和器質性衰退的漸進過程，衰老也被定義為一種伴隨死亡率增加的漸進性功能衰退狀態。細胞損傷隨時間依賴性積累，出現DNA 損傷、突變及蛋白質錯誤折疊，損害細胞器和細胞功能，隨后細胞發生功能障礙，穩態失衡，從而限制細胞再生能力[4]。衰老在整個生命周期中都可發生，包括胚胎發生期。衰老的標志包括基因組不穩定、端粒損耗、表觀遺傳學改變、蛋白質穩態失衡、營養感應失調、線粒體功能障礙、細胞衰老、干細胞耗竭、細胞間通訊異常[5]。衰老的機制非常復雜，詳細探究衰老的潛在機制，開發干預衰老的新方法將會是未來生命科學和醫學的研究熱點。

2 皮膚衰老

2.1 皮膚衰老臨床表現

衰老過程影響機體每一個器官和組織，尤其是上皮細胞更新快的組織和器官，皮膚是上皮細胞組織不斷再生的典型器官，持續的有絲分裂信號可導致復制性衰老，皮膚表皮細胞中衰老細胞的數量隨著年齡的增長而增加，過多的衰老細胞累積可能會導致組織再生障礙[6]。人類皮膚衰老可以出現色素沉著、色素減退、毛發變白、表皮變薄、彈性下降、皺紋增加、皮膚屏障功能下降、皮膚附屬器萎縮等特征，其中內源性衰老主要表現為黑素細胞減少、黑色素合成減少、表皮變薄、真-表皮交界處變平、真皮變??；外源性衰老主要表現為皮膚色素沉著、深在皺紋增加、皮膚松弛[7-8]。

2.2 皮膚衰老相關機制

細胞DNA 損傷、細胞周期阻滯蛋白上調、衰老相關分泌表型等機制都與皮膚衰老相關。DNA 完整性對維持皮膚細胞穩態十分重要，內源性和外源性基因毒導致細胞DNA 損傷的積累是導致機體衰老的主要原因[9]。DNA 損傷，尤其是雙鏈斷裂，會激活DNA 損傷反應（DNA damage response，DDR）通路來啟動修復，如果損傷被成功修復，DDR 信號被終止，細胞恢復到最初的預損傷狀態；然而當損傷無法修復，DDR 信號持續存在，則會觸發細胞衰老或細胞死亡[10]。長波紫外線處理皮膚成纖維細胞，細胞周期蛋白依賴性激酶抑制劑2A（p16）、細胞周期蛋白依賴性激酶抑制劑1A（p21）、腫瘤相關蛋白p53（p53）明顯上調[11]。角質形成細胞周期阻滯后，出現表皮更新變緩，厚度變薄，經皮水分丟失增加，屏障功能受損等衰老表現；成纖維細胞周期阻滯后，真皮的膠原、彈性纖維等細胞外基質的含量減少[12]。衰老相關分泌表型（aenescencessociated secretory phenotype，SASP）是由衰老細胞產生的促炎性細胞因子、趨化因子、生長因子和蛋白酶等分泌性蛋白的統稱，如基質金屬蛋白酶（matrix metalloproteinase，MMP）、白細胞介素（interleukin，IL）-1、IL-6、腫瘤壞死因子-α 等，衰老細胞通過激活p16INK4A、p21-活性氧簇依賴的p38 絲裂原活化蛋白激酶及核因子κB 信號通路等上調衰老相關分泌型蛋白的分泌[10]。SASP 以自分泌和旁分泌等方式誘導鄰近細胞的進一步衰老，SASP 是細胞衰化的標志，也是導致皮膚衰老的重要機制，靶向清除衰老細胞是一種很有前景的皮膚年輕化策略。

3 衰老相關色素減退

3.1 特發性滴狀色素減少癥（idiopathic guttate hypomelanosis，IGH）

IGH 是一種與年齡相關的色素減退性皮膚病，也稱老年性白斑，在年齡≥40 歲的人中，80%以上的人都患有這種疾病，隨著年齡的增長，IGH 發病率會增加。IGH 是后天形成的圓形或橢圓形色素減退斑，形狀不規則，邊界清晰，多發生在曝光部位，通常是手臂和小腿，一般不會自行消退[13]。黑素細胞每十年減少10%～20%，IGH 色素減退分為2 個階段，黑素細胞黑色素生成活性喪失和無活性黑素細胞的清除，非曝光部位的IGH 顯示出皮膚衰老的特征，包括角化過度的角質層和表皮萎縮，表皮嵴變平，黑色素瘤相關抗原和黑色素瘤相關T 細胞抗原1 免疫組化染色發現黑素細胞數量及表皮黑色素含量減少，同時通過透射電鏡觀察發現黑素細胞樹突減少、內質網擴張、線粒體腫脹、黑素小體減少。IGH 發病機制仍有爭議，可能與衰老、紫外線照射、創傷、遺傳因素、自身免疫和黑色素生成抑制相關[14-15]。與健康者比較，IGH 患者病變皮膚中細胞周期相關蛋白p16、p21 的表達明顯上調，IGH 患者黑素細胞具有較短的樹突[16]。隨著年齡的增加，黑素細胞數量減少，黑色素合成能力下降，基底層細胞抵御光誘導損傷能力下降，可能導致罹患皮膚腫瘤的風險增加。

3.2 白癜風

白癜風主要是由氧化應激損傷和自身免疫異常導致黑素細胞缺失的色素減退性皮膚病，與正常皮膚比較，白癜風皮損周圍有更多的p16INK4A陽性黑素細胞，此外白癜風皮損中p16INK4A陽性成纖維細胞的數量也顯著增加[17]，揭示了黑素細胞、成纖維細胞的衰老可能在白癜風的發病機制中發揮作用。真皮成纖維細胞分泌許多調節皮膚色素沉著的細胞因子，表皮和真皮細胞同步失衡可能在白癜風的發病機制中起著至關重要的作用，白癜風皮損成纖維細胞中核較大，空泡較多，β-半乳糖苷酶陽性成纖維細胞的數量更高，衰老標志物p16、p21 明顯上調，衰老的真皮成纖維細胞會減少細胞因子的分泌，可能加重白癜風進展[18]。肌成纖維細胞和早衰表型的成纖維細胞可分泌衰老相關細胞因子，如IL-6 可能會導致黑素細胞損傷[19]。Dickkopf 相關蛋白1（Dickkopf-related protein 1，DKK1）在白癜風患者皮損處的高表達，DKK1 主要由真皮成纖維細胞分泌，可促進體外培養的黑素細胞增殖，抑制黑色素合成，誘導黑素細胞衰老。外源性DKK1 可處理黑素細胞，導致衰老標志物的表達顯著上調，提示真皮中分泌的DKK1 可誘導黑素細胞衰老，其可能在白癜風的發病中起著關鍵的作用[20]。黑素細胞是唯一在非曝光皮膚衰老過程中表達p16INK4A的表皮細胞，衰老的黑素細胞也可表達其他的衰老標志物，如減少的高速泳動族蛋白1 和功能失調的端粒[21]。黑素細胞衰老與自噬密切相關，敲除小鼠自噬相關基因7小鼠表皮出現色素減退及毛發減少表型，自噬缺陷的黑素細胞可提前成熟進入生長停滯狀態，同時導致活性氧損傷、泛素化蛋白和自噬接頭蛋白的積累[22]。綜上所述，黑素細胞衰老可能與色素減退性皮膚病的發病機制相關。

4 衰老相關色素沉著

4.1 旁分泌因子促進色素沉著

外界環境因素可加速皮膚衰老的過程，包括太陽照射、空氣污染、煙草煙霧等，皮膚長期暴露在暴露物中會導致皮膚中活性氧的積累，促進衰老相關的色素沉著的進展[23]。紫外線照射皮膚后，角質形成細胞通過p53 調節前阿片皮質醇原、α 促黑素、內皮素1、干細胞因子等旁分泌因子的表達，與黑皮質素受體1 結合導致小眼畸形轉錄因子激活及黑色素生成增加[24]。隨著衰老的過程，機體會產生衰老相關的慢性炎癥，例如IL-1α、IL-6、IL-8 和腫瘤壞死因子-α 等，炎癥因子與皮膚色素沉著密切相關，衰老相關的炎癥因子可直接或者間接地調節黑素細胞黑素合成[25]，旁分泌因子與黑素細胞衰老相關機制值得進一步探究。

4.2 日光性黑子

不均勻的色素沉著是光衰老的典型標志[26]，老年人曝光部位皮膚產生的直徑3 mm～3 cm 不等，可融合成片的色素沉著斑，稱為日光性黑子，是一種常見的衰老相關的色素沉著。日光性黑子和光衰老皮膚中血紅素氧合酶1 和核轉錄因子紅系2 相關因子2 表達降低，局部外用核轉錄因子紅系2 相關因子2 激動劑可通過IL-6、IL-6 受體α 信號改善人類衰老皮膚相關的色素沉著和紫外線誘導小鼠耳部皮膚色素沉著[27]。日光性黑子中內皮素1、干細胞因子和腫瘤壞死因子-α 的表達明顯上調，導致黑素細胞持續合成黑色素[26]。日光性黑子真皮中觀察到p16INK4A陽性細胞數量明顯高于皮損周圍的正常皮膚，衰老細胞位于真-表皮交界處附近，其主要特征是衰老成纖維細胞的積累，基質細胞衍生因子-1 的表達減少導致了皮膚色素沉著[28]。多次小劑量紫外線照射可誘導黑素細胞β-半乳糖苷酶陽性率增加，并調控衰老標志物的表達，包括p21、p53 和層粘連蛋白B1，紫外線照射損害蛋白酶體并增加黑素細胞的自噬活性、細胞面積及細胞內黑色素含量[29]。防曬抗衰可能是預防治療日光性黑子的一種策略。

4.3 黃褐斑

黃褐斑是一種常見的皮膚色素沉著型皮膚病，好發于面部，嚴重影響患者的生活質量。黃褐斑的組織病理學特征與光衰老皮膚有相似之處，例如日光彈力變性、基底膜改變、血管增加和肥大細胞數量增加[30]。衰老的成纖維細胞是促黑素生成因子的重要來源，有研究使用細胞衰老標志物p16INK4A評估了38 例黃褐斑患者的病變皮膚和周圍正常皮膚，結果顯示：與周圍正常皮膚比較，皮損區域p16INK4A陽性衰老細胞較多，患者經射頻治療后好轉，提示可能與衰老細胞減少及前膠原-1 的表達增加有關，衰老的成纖維細胞可能是黃褐斑潛在治療靶點[31]。黃褐斑皮損中生長分化因子15（growth differentiation factor 15，GDF15）陽性成纖維細胞明顯增加，紫外線誘導的成纖維細胞GDF15表達水平上調，通過β-連鎖蛋白/小眼畸形轉錄因子/酪氨酸酶信號通路刺激黑素細胞中的黑色素生成[32]，因此衰老成纖維細胞衍生的GDF15 可能是治療黃褐斑的靶蛋白。此外，衰老誘導黑素細胞黑素合成增加可減少紫外線誘導的基底層細胞DNA 損傷，提示黃褐斑的產生可能是一種重要的皮膚防御機制。

5 總結

皮膚色素紊亂是皮膚衰老的外在表現之一，可表現為色素減退，也可表現為色素沉著，嚴重影響患者的日常生活及工作，給患者造成巨大的心理壓力。目前關于皮膚衰老的研究主要集中在成纖維細胞及角質形成細胞，對于黑素細胞自身衰老的研究相對較少，皮膚衰老過程中黑素細胞衰老相關機制也值得進一步探究。皮膚中衰老的細胞可直接或間接地導致色素性皮膚病，提升人們防曬抗衰意識是預防色素性皮膚病發生的關鍵。