成纤维细胞衰老研究进展

成纤维细胞衰老的研究进展

王文浩胡火珍

四川大学生命科学院

摘要：皮肤是人体最大的器官，是机体最外观的表现，而随着人们生活水平的提高，人们对于皮肤抗衰老的意识较前增强，因此皮肤抗衰老的研究已经成为时代的热点。皮肤是由三部分组成：表皮层，真皮层以及角质层组成，而表皮层和真皮层是由结缔组织细胞—成纤维细胞构成。所以成纤维细胞的衰老会使表皮和真皮的功能紊乱从而导致了色斑以及皱纹的产生。目前的研究已经表明，成纤维细胞的老化，其特征在于作为损失的稳定性和生理完整性和增加细胞损伤死亡并且细胞的老化至少在某些方面是被调控的。一般来说，我们将细胞损伤导致细胞增殖能力下降作为细胞衰老的依据。对于成纤维细胞的衰老，其不仅受到了遗传学调控如一些衰老相关特定基因的调控，也受表观遗传学调控。在这篇综述中，我们总结了之前对于成纤维细胞衰老的研究和可能的衰老机制以及对抗衰老的展望。

关键词：成纤维细胞；衰老；皮肤老化

Research progress of fibroblasts’ aging mechanisms Abstract: Skin consist of three parts:epidermis dermal and hypodermic.And the dermal and hypodermic is composed of syndesm cells—fibroblasts .Fibroblasts’ senescence will cause dysfunction of dermal and hypodermic which may contribute to wrinkles and chloasma’s appearance on the surface of skins.Current study has suggested that fibroblasts’ aging is characterized as loss of stability and physiological integrity and increase cell damage to

death.Over recent years,aging research showed that aging is a controlled progress—at least in some aspects. Generally,we consider cellular senescence as disabled proliferation due to cellular damage.As for fibroblast,we emphasis not just on intracellular such as genomic

instability,epigenetic alteration,and also on its function such as collagen secretion. In this review we conclude several candidate mechanism of fibroblasts’ aging and prospect of some classic or evolutionary way to anti-aging.

key words : Fibroblasts,anti-aging,senescence,skin’s aging

引言

从古代开始，长寿一直是人们不断追求的一个目标。人类衰老的异质性和寿命周期[1]的差异说明衰老过程是基因和环境因素共同作用的结果。细胞衰老是细胞周期重要的一个阶段。生物学家将衰老定义为年龄相关的或年龄渐进的内在生理功能下降,导致与年龄相关的死亡率的增加和年龄相关生殖再生率的下降.细胞衰老则是年龄相关的细胞固有功能的丧失,如细胞分裂复制、细胞内和细胞间的运输及通讯功能丧失,最后导致衰老的细胞死亡或被其他细胞清除。在细胞的生长过程中，积累的有害物质增多比如活性氧浓度导致细胞受损，从而激活相应的细胞信号通路，使细胞周期停滞或者诱导细胞凋亡。所以在衰老的过程中，一些蛋白或者特异性的基因表达可以作为检测细胞衰老的指标。

细胞衰老的研究始于第一次在秀丽隐杆线虫分离得到一个长寿的株系[2]。大量的研究表明了许多因素可导致衰老，如紫外线光老化[3]、活性氧簇和DNA损伤[4]、炎症因子[5]诱导均可导致衰老。最近的研究表明，成纤维细胞的老化有几个显著的特点，我们找出和分类了衰老的细胞和分子特征。我们考虑六个可能的通常被认为是与衰老相关的或是导致衰老的特殊标记。

基因组不稳定性（Genomic Instability）

基因组不稳定性常见类型有两种，即核苷酸水平的不稳定性与染色体水平的不稳定性[6]。核苷酸水平的不稳定性主要包括DNA 修复基因功能障碍与微卫星不稳定性 ( MSI)[7] 。DNA 修复基因功能障碍主要是与错配修复[8]、核苷酸切除修复(NER)[9]、碱基切除修复(BER)[10] 和双链断裂修复(DSB)[10]相关的基因障碍。微卫星是由1～5个核苷酸组成的具有高度多态性的简单串联重复序列，MSI 是这些简单重复序列的异常改变，多由 DNA 错配修复基因(hMSH2，hMLH1，hPMS2，hMSH6)失去正常修复能力引起[8]。染色体不稳定 [9](CIN) 是指细胞在有丝分裂过程中发生的染色体数目或

结构的异常，可能是获得额外的整个或部分染色体，也可能是丢失整个或部分染色体。 DNA损伤

在细胞生长的过程中，细胞基因组不可避免的会受到来自各种内源性或者外源性的DNA损伤[10]因素的作用，比如内源性：DNA复制出错、自发水解反应以及活性氧簇ROS[11]和外源性：生物、物理、化学试剂的影响。细胞衰老假说之一认为DNA损伤修复与监测相关功能发生退化导致DNA损伤积累从而加速了细胞的衰老[12]。基因组是携带有控制细胞生长、分化、发育等重要生命信息的生物高分子。维持基因组结构、功能的相对稳定是物种得以生存、延续的前提与保障。DNA是一重要的分子，它编码有关细胞结构和功能的重要信息。其作用的不可替代性也使得它是衰老变化的重要靶标[13]。近年来大量的证据表明DNA 损伤是细胞复制性衰老和细胞过早老化的一个共同介质[14]。衰老的 DNA损伤理论[15]认为，随增龄而发生的机体功能下降的主要原因是 DNA 损伤累积和由此而造成的细胞结构、功能变化和组织动态平衡的破坏。因此有一个共识就是渐进的和不可逆的 DNA 损伤累积造成机体功能损害，增加发病率，从而影响衰老的过程。

端粒DNA损伤

端粒[16]位于真核细胞染色体末端，对于染色体的完整性和稳定性都非常重要。端粒缩短是引起基因组不稳定的重要原因，是衰老的生物标记。染色体天然末端就如两顶帽子一样盖在线形 DNA 的末端，虽然不含功能基因，但具有维持染色体稳定性和基因组完整性的功能。染色体不完整的细胞容易激活旁路导致细胞周期停滞或死亡。研究人员发现，正常情况下，端粒在端粒结合蛋白的连接下而成“端环”这一帽状结构而不能被DNA损伤反应和修复酶所识别。而由于成纤维细胞缺乏端粒酶活性，导致了其每经过一个分裂周期，其端粒就缩短50～200bp[17]，一旦端粒缩短到一定临界值[18]，端粒的保护结构就会瓦解，从而染色体就不能维持稳定的结构，细胞因此失去了分裂增殖的能力而进入衰老的过程。端粒严重缩短属于DNA损伤，损伤的DNA激活ATM／ATR介导的DNA损伤反应（DDR，DNA damage response）。2007年Meier[19]等进一步研究表明。短的端粒亚基缺少大部分端粒重复序列，它导致了DNA损伤聚积的形成和终末细胞周期停止从而引起复制性细胞衰老（senescence）[20]。 线粒体DNA（mitochondrial DNA,mtDNA）损伤

mtDNA 是细胞核外遗传物质，为双链闭合环状结构，由16 569 bp 组成线粒体 DNA 是裸露的，缺乏组蛋白和DNA 结合蛋白的保护，易受氧自由基损伤，且损伤后因缺乏修复系统而不易被修复[21]。因此，mtDNA突变率高，是核内 DNA的10～100倍[22]。由于mtDNA 受到损伤，导致了呼吸链相关蛋白的合成遭受障碍，从而形成缺陷的呼吸链，使得机体细胞ATP合成水平降低，供给能量不足从而出现一系列衰老表现，尤其是心、脑等以ATP 为主要能源的代谢旺盛器官表现尤甚。呼吸链功能下降，进一步引起自由基堆积，加重 mtDNA 损伤。随增龄等因素，mtDNA 突变累积，形成恶性循环，从而加速细胞衰老[23]。

TNF-alpha炎症因子的诱导

肿瘤坏死因子（tumor necrosis factor）是carswell[24] 1975年发现的。他们发现这种物质对多种体外培养的肿瘤细胞有杀伤作用，然而对于正常细胞没有杀伤作用。因此被称为肿瘤坏死因子。TNF家族由 TNF-alpha和TNF-beta组成。前者主要是由巨噬细胞产生，后者是由T细胞产生的淋巴毒素（LT）。有研究显示炎症因子TNF-alpha在调解其他生理过程方面起着重要的作用，例如DNA损伤诱导、细胞增殖、凋亡和衰老。许多临床病例表明，慢性炎症的发生与组织器官的衰老存在密切的联系，炎症因子在衰老过程中起着重要的作用。许多慢性炎症病人体内的TNF-alpha高于正常人的

水平，而患有慢性炎症病人体内TNF-alpha等炎症因子长期维持在较高水平使得其组织器官更易发生衰老，例如慢性肝炎患者长期发展可以造成肝硬化，支气管炎患者容易发生肺纤维化等，而肝纤维化、肺纤维化都是组织器官衰老的表现。2001年，周建军等人[25]研究发现，TNF-alpha不仅可以炎症刺激内皮细胞死亡还可以诱导内皮细胞发生衰老。近几年随着研究的展开，motoko sasaki发现TNF-alpha 可以通过ros诱导DNA损伤从而激活ATM通路来引发上皮细胞的衰老。在孙兆亮[26]的研究中发现，TNF-alpha可以诱导人成纤维细胞衰老，但是需要一定的时间依赖性。

活性氧簇（ROS,Reactive Oxygen Species）

活性氧簇（ROS）是指化学性质活跃的含氧原子或原子团，包括超氧阴离子自由基、过氧化