老化皮肤成纤维细胞的分析研究进展
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老化皮肤成纤维细胞的研究进展
丛敬1，2，指导：吴景东1
<1 辽宁中医药大学，沈阳110032；2沈阳医学院，沈阳110034）
【摘要】延缓皮肤老化，永葆青春是人类从未放弃的梦想。成纤维细胞作为真皮中主要细胞成分，已广泛应用于皮肤老化模型的建立和研究中。较系统的介绍了成纤维细胞的组织学结构与功能，其在细胞和分子水平影响皮肤老化的机制，对深入研究皮肤老化的机制、预防和治疗源自文库有重要意义。
研究表明，长波紫外线照射后产生的白介素-1，6和肿瘤坏死因子可以诱导成纤维细胞产生MMP-1，在光老化方面起着重要作用[17-18]。紫外线照射还可以通过活化转录因子活化蛋白AP-1，调节MMP-1，3基因的表达，从而调控MMPs的表达，降解胶原[19]。研究人员进一步证实，自然老化皮肤的胶原降低是由于成纤维细胞合成胶原减少，分泌的MMP-1，2增加，而光老化皮肤的胶原减少主要是成纤维细胞分泌MMP增加，而胶原合成下降不明显[20]。MMP活性增强，降解胶原纤维、弹性纤维和基质增多，导致皮肤松弛，出现较深皱纹。
2.3抗氧化损伤能力下降
目前，衰老自由基学说已获得广泛认可，抗衰老的机制和药物研究也多从此方面入手[8]。有研究显示，成纤维细胞从“年轻”向老化发展的进程中，伴随着DNA和蛋白质的氧化损伤，可能反映细胞氧化还原状态的改变，细胞内活性氧水平呈逐渐增高的趋势[9]。增强氧化应激的实验中[10]，可以观察到氧化应激能导致大鼠真皮成纤维细胞生物学行为的异常，细胞活力下降，凋亡增加。在自由基攻击下，成纤维细胞内的羟化酶失去羟化功能，不能将脯氨酸羟化为羟脯氨酸，影响胶原纤维合成。脂质过氧化产物MDA可以促进胶原纤维的交联，降低组织通透性，影响新陈代谢，使皮肤硬度增加。
抗氧化剂如过氧化氢酶的减少或清除自由基的功能障碍也可影响皮肤老化。研究发现[11-12]，老年人成纤维细胞中过氧化氢酶含量明显低于小孩；紫外线照射后，过氧化氢酶含量也明显降低。而在体外培养的人皮肤瘢痕组织的成纤维细胞的培养物中加入过氧化氢酶，可以观察到成纤维细胞形态正常，没有出现细胞膜破坏，细胞溶解等表现[13]。提示过氧化氢酶能有效的保护成纤维细胞免受自由基生成系统产生的羟基对细胞的伤害。
真皮组织结构的维持除了与MMPs活性有关之外，还与其组织抑制剂TIMP关系密切。近年来相关研究表明[21]，MMPs分泌增加，或者TIMP分泌减少均使胶原分子细胞内降解增加。例如[22]，局部应用脱氢表雄酮可以诱导成纤维细胞表达转化生长因子-β和结缔组织生长因子，抑制MMP-1合成，促进TIMP-1分泌，使胶原合成增加。但是皮肤老化是二者协同作用的结果，还是个别作用的结果，有待进一步的考证。
2.2细胞凋亡增加
凋亡，是清除损伤、衰老和突变细胞的有效途径,是维持机体动态平衡的必要的生理现象。但是过度凋亡会使细胞数量相对减少，在生长和消亡之间失去平衡，引起和加速皮肤老化。老化皮肤中的成纤维细胞对生长因子或外源性分裂原的反应性丧失，细胞增殖减少，凋亡增加。UVA照射可以损伤细胞核和mtDNA，可以诱导一系列基因表达，如血红素氧化酶基因、细胞间粘附分子、基质金属蛋白酶，也可以通过活性氧的介导发挥生物学效应，诱导成纤维细胞发生凋亡[7]。
2.4基质金属蛋白酶<MMP）表达增加
MMP是一个由MMP基因编码的锌依赖性的酶家族，能够特异性地降解结缔组织中的蛋白质。如①MMP-1：又称胶原酶，可降解Ⅰ、Ⅲ、Ⅶ、Ⅹ型胶原；②MMP-2：又称明胶酶，可降解Ⅳ、Ⅴ型胶原、变性胶原和弹性蛋白；③MMP-3：又称基质溶解素-1或蛋白多醣酶，能降解Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅹ型胶原、蛋白多糖、纤粘连蛋白和变性胶原等[14-16]。
人类线粒体DNA<mtDNA）突变在人体衰老中的作用已被广泛证实。在体外培养的正常老年人真皮成纤维细胞中可见大量的点突变在复制控制区累积[5]。mtDNA突变及累积被认为是人类皮肤老化尤其是皮肤光老化的重要因素。
Spiering等[6]还在皮肤成纤维细胞培养物中发现了DNA合成抑制因子，它抑制细胞DNA合成，使细胞复制速度减慢，错误率增加，导致基因突变，细胞衰老、死亡。另一方面，控制DNA合成的抑制物增多，则转录生成的RNA含量就会下降，蛋白的翻译、合成减少，最终胶原减少、皮肤老化。可见，mtDNA突变增加，细胞对突变修复能力的下降，合成抑制物的表达是影响皮肤老化的重要因素。
1成纤维细胞的组织学结构与功能
光镜下观察[1]，成纤维细胞胞体较大，常呈多突起的扁平星状。细胞核较大，扁卵圆形，着色浅，核仁明显。细胞质较丰富，呈弱嗜碱性。胞质内有较多的核糖核酸，碱性磷酸酶的活性很强。电镜下，细胞表面有一些微绒毛和粗短的突起，胞质内富于粗面内质网、游离核糖体和发达的高尔基复合体。
成纤维细胞的超微结构表明，细胞合成蛋白质功能旺盛。成纤维细胞既合成和分泌胶原蛋白，弹性蛋白，生成胶原纤维、网状纤维和弹性纤维，也合成和分泌糖胺多糖和糖蛋白等基质成分[1]。在婴儿和青年人皮肤中，Ⅰ型胶原蛋白的含量约占70％，Ⅲ型胶原蛋白占30％。在衰老过程中，成纤维细胞合成Ⅲ型胶原蛋白增加，Ⅰ型胶原蛋白减少。成纤维细胞受损，还可以产生大量异常弹性蛋白，导致皮肤弹性下降，皱纹增多，且难以平复。
2成纤维细胞致皮肤老化的作用机理
皮肤老化包括自然老化和外源性老化两种形式，其发生、发展的机制十分复杂。成纤维细胞在致皮肤老化的过程中发挥着十分重要的作用。
2.1基因调控异常
紫外线照射可导致成纤维细胞急性DNA光损伤和突变，形成环丁烷嘧啶二聚体和6- 4嘧啶-嘧啶酮光产物，光老化的成纤维细胞对其修复能力下降，表达参与细胞核外切修复的蛋白及其mRNA水平亦下降[2-3]。而光老化成纤维细胞DNA修复能力的下降是由于修复合成相关因子表达下降导致核苷酸切除修复后期功能障碍造成的[4]。
【关键词】成纤维细胞；皮肤老化；机制；中药研究
成纤维细胞是皮肤真皮中最主要的细胞成分，在合成分泌纤维和细胞外基质中扮演着重要的角色，在组织创伤修复中发挥着重要的作用。随着年龄的增长，皮肤老化突显，可以表现为皮肤干燥粗糙，皱纹增多、加深，皮肤松弛，弹性下降等。这些临床表现都与成纤维细胞数量减少，合成功能下降或异常有关。因此，在皮肤老化的研究中，人们越来越关注成纤维细胞的结构和功能的改变及其对皮肤老化产生的影响。
丛敬1，2，指导：吴景东1
<1 辽宁中医药大学，沈阳110032；2沈阳医学院，沈阳110034）
【摘要】延缓皮肤老化，永葆青春是人类从未放弃的梦想。成纤维细胞作为真皮中主要细胞成分，已广泛应用于皮肤老化模型的建立和研究中。较系统的介绍了成纤维细胞的组织学结构与功能，其在细胞和分子水平影响皮肤老化的机制，对深入研究皮肤老化的机制、预防和治疗源自文库有重要意义。
研究表明，长波紫外线照射后产生的白介素-1，6和肿瘤坏死因子可以诱导成纤维细胞产生MMP-1，在光老化方面起着重要作用[17-18]。紫外线照射还可以通过活化转录因子活化蛋白AP-1，调节MMP-1，3基因的表达，从而调控MMPs的表达，降解胶原[19]。研究人员进一步证实，自然老化皮肤的胶原降低是由于成纤维细胞合成胶原减少，分泌的MMP-1，2增加，而光老化皮肤的胶原减少主要是成纤维细胞分泌MMP增加，而胶原合成下降不明显[20]。MMP活性增强，降解胶原纤维、弹性纤维和基质增多，导致皮肤松弛，出现较深皱纹。
2.3抗氧化损伤能力下降
目前，衰老自由基学说已获得广泛认可，抗衰老的机制和药物研究也多从此方面入手[8]。有研究显示，成纤维细胞从“年轻”向老化发展的进程中，伴随着DNA和蛋白质的氧化损伤，可能反映细胞氧化还原状态的改变，细胞内活性氧水平呈逐渐增高的趋势[9]。增强氧化应激的实验中[10]，可以观察到氧化应激能导致大鼠真皮成纤维细胞生物学行为的异常，细胞活力下降，凋亡增加。在自由基攻击下，成纤维细胞内的羟化酶失去羟化功能，不能将脯氨酸羟化为羟脯氨酸，影响胶原纤维合成。脂质过氧化产物MDA可以促进胶原纤维的交联，降低组织通透性，影响新陈代谢，使皮肤硬度增加。
抗氧化剂如过氧化氢酶的减少或清除自由基的功能障碍也可影响皮肤老化。研究发现[11-12]，老年人成纤维细胞中过氧化氢酶含量明显低于小孩；紫外线照射后，过氧化氢酶含量也明显降低。而在体外培养的人皮肤瘢痕组织的成纤维细胞的培养物中加入过氧化氢酶，可以观察到成纤维细胞形态正常，没有出现细胞膜破坏，细胞溶解等表现[13]。提示过氧化氢酶能有效的保护成纤维细胞免受自由基生成系统产生的羟基对细胞的伤害。
真皮组织结构的维持除了与MMPs活性有关之外，还与其组织抑制剂TIMP关系密切。近年来相关研究表明[21]，MMPs分泌增加，或者TIMP分泌减少均使胶原分子细胞内降解增加。例如[22]，局部应用脱氢表雄酮可以诱导成纤维细胞表达转化生长因子-β和结缔组织生长因子，抑制MMP-1合成，促进TIMP-1分泌，使胶原合成增加。但是皮肤老化是二者协同作用的结果，还是个别作用的结果，有待进一步的考证。
2.2细胞凋亡增加
凋亡，是清除损伤、衰老和突变细胞的有效途径,是维持机体动态平衡的必要的生理现象。但是过度凋亡会使细胞数量相对减少，在生长和消亡之间失去平衡，引起和加速皮肤老化。老化皮肤中的成纤维细胞对生长因子或外源性分裂原的反应性丧失，细胞增殖减少，凋亡增加。UVA照射可以损伤细胞核和mtDNA，可以诱导一系列基因表达，如血红素氧化酶基因、细胞间粘附分子、基质金属蛋白酶，也可以通过活性氧的介导发挥生物学效应，诱导成纤维细胞发生凋亡[7]。
2.4基质金属蛋白酶<MMP）表达增加
MMP是一个由MMP基因编码的锌依赖性的酶家族，能够特异性地降解结缔组织中的蛋白质。如①MMP-1：又称胶原酶，可降解Ⅰ、Ⅲ、Ⅶ、Ⅹ型胶原；②MMP-2：又称明胶酶，可降解Ⅳ、Ⅴ型胶原、变性胶原和弹性蛋白；③MMP-3：又称基质溶解素-1或蛋白多醣酶，能降解Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅹ型胶原、蛋白多糖、纤粘连蛋白和变性胶原等[14-16]。
人类线粒体DNA<mtDNA）突变在人体衰老中的作用已被广泛证实。在体外培养的正常老年人真皮成纤维细胞中可见大量的点突变在复制控制区累积[5]。mtDNA突变及累积被认为是人类皮肤老化尤其是皮肤光老化的重要因素。
Spiering等[6]还在皮肤成纤维细胞培养物中发现了DNA合成抑制因子，它抑制细胞DNA合成，使细胞复制速度减慢，错误率增加，导致基因突变，细胞衰老、死亡。另一方面，控制DNA合成的抑制物增多，则转录生成的RNA含量就会下降，蛋白的翻译、合成减少，最终胶原减少、皮肤老化。可见，mtDNA突变增加，细胞对突变修复能力的下降，合成抑制物的表达是影响皮肤老化的重要因素。
1成纤维细胞的组织学结构与功能
光镜下观察[1]，成纤维细胞胞体较大，常呈多突起的扁平星状。细胞核较大，扁卵圆形，着色浅，核仁明显。细胞质较丰富，呈弱嗜碱性。胞质内有较多的核糖核酸，碱性磷酸酶的活性很强。电镜下，细胞表面有一些微绒毛和粗短的突起，胞质内富于粗面内质网、游离核糖体和发达的高尔基复合体。
成纤维细胞的超微结构表明，细胞合成蛋白质功能旺盛。成纤维细胞既合成和分泌胶原蛋白，弹性蛋白，生成胶原纤维、网状纤维和弹性纤维，也合成和分泌糖胺多糖和糖蛋白等基质成分[1]。在婴儿和青年人皮肤中，Ⅰ型胶原蛋白的含量约占70％，Ⅲ型胶原蛋白占30％。在衰老过程中，成纤维细胞合成Ⅲ型胶原蛋白增加，Ⅰ型胶原蛋白减少。成纤维细胞受损，还可以产生大量异常弹性蛋白，导致皮肤弹性下降，皱纹增多，且难以平复。
2成纤维细胞致皮肤老化的作用机理
皮肤老化包括自然老化和外源性老化两种形式，其发生、发展的机制十分复杂。成纤维细胞在致皮肤老化的过程中发挥着十分重要的作用。
2.1基因调控异常
紫外线照射可导致成纤维细胞急性DNA光损伤和突变，形成环丁烷嘧啶二聚体和6- 4嘧啶-嘧啶酮光产物，光老化的成纤维细胞对其修复能力下降，表达参与细胞核外切修复的蛋白及其mRNA水平亦下降[2-3]。而光老化成纤维细胞DNA修复能力的下降是由于修复合成相关因子表达下降导致核苷酸切除修复后期功能障碍造成的[4]。
【关键词】成纤维细胞；皮肤老化；机制；中药研究
成纤维细胞是皮肤真皮中最主要的细胞成分，在合成分泌纤维和细胞外基质中扮演着重要的角色，在组织创伤修复中发挥着重要的作用。随着年龄的增长，皮肤老化突显，可以表现为皮肤干燥粗糙，皱纹增多、加深，皮肤松弛，弹性下降等。这些临床表现都与成纤维细胞数量减少，合成功能下降或异常有关。因此，在皮肤老化的研究中，人们越来越关注成纤维细胞的结构和功能的改变及其对皮肤老化产生的影响。