第十五节 皮肤老化
皮肤老化（skin aging）包括内在老化（intrinsic aging，或称自然老化）和光老化。新近有学者提出热老化的概念。皮肤光老化表现为中老年人日光暴露部位皮肤出现的外观和组织学变化，UV一方面可以促使维生素D的合成，促进调节人体昼夜节律的内分泌激素的分泌，但更重要的是过度日光暴露可诱导人类皮肤成纤维细胞产生多种基质金属蛋白酶，能特异性降解几乎所有的细胞外基质成分，使皮肤胶原修复能力下降。DNA是UV的主要靶点，UV可使DNA形成嘧啶二聚体，加速端粒的缩短，而端粒控制着与老化有关基因的表达和细胞的增殖。真皮成纤维细胞在长期紫外线的作用下出现线粒体DNA（mtDNA）的突变及累积，该机制也被证实与皮肤的老化有关。因此，UV能加速细胞的老化，同时在病因学上与皮肤癌有密切关系。
一、皮肤老化的形态学改变
临床特点：皮肤老化在外观上表现为：皮肤粗糙、松弛、下垂，出现皱纹、不规则色斑和毛细血管扩张，并可能出现各种良性和恶性肿瘤。上述变化的严重程度取决于个体对日光的耐受性和对日光损伤的修复能力，光老化在曾接受过度日光照射的浅肤色人群中更为显著，在人体面部、颈部及上肢的伸侧部位最明显。这些变化的分布与人们的着装样式、发型和日光暴露的方式都有关系，不但如此，还与皮肤结构（如黑素细胞和皮脂腺的解剖分布）等因素有关。
二、组织学及生物学改变
1.表皮
表皮老化的慢性损伤表现为明显的厚度变化，在不同部位可出现严重的萎缩或增生，角质形成细胞和黑素细胞都可出现一定程度的核异型。角质形成细胞缺乏分化成熟的有序性，黑素细胞不规则地分布在基底膜上方，并且数量也明显减少；朗格汉斯细胞数量有明显减少，白种人光暴露部位皮肤朗格汉斯细胞数量仅为遮盖部位的50%左右。
2.真皮细胞外基质
皮肤老化最明显的变化表现在真皮细胞外基质上，细胞外基质包括除了水以外的所有细胞间物质，其中最主要的成分是胶原、弹力纤维、氨基聚糖、蛋白聚糖等，主要由真皮内成纤维细胞合成。内在因素如细胞因子和炎细胞、外界因素如紫外线等都能对细胞外基质产生影响。胶原纤维是人体含量最丰富的蛋白，皮肤中的主要成分是Ⅰ型胶原和Ⅳ型胶原。Ⅰ型胶原大约占皮肤胶原成分的80%，是人体组织中最主要的结构蛋白。Ⅳ型胶原又称为胎儿胶原，这是因为它在胎儿组织中含量丰富，约占胎儿皮肤胶原总量的一半，而在成人中Ⅰ型和Ⅳ型胶原的比例为6∶1。尽管弹力纤维只占皮肤干重的1%～2%，但对皮肤的弹性和顺应性起重要作用。氨基聚糖在皮肤中分布广泛，可以结合大量水分，透明质酸是皮肤中含量最多的氨基聚糖。蛋白聚糖由氨基聚糖与核心蛋白共价连接形成，氨基聚糖和蛋白聚糖的作用包括促进细胞在组织中的运动、维持基底膜完整性、调节细胞间相互作用以及调节胶原纤维和弹性纤维的合成。在衰老的皮肤中，胶原原纤维增厚、机化，呈现为一种排列无序的状态。胶原原纤维的半衰期约为17年。随着时间的推移，胶原原纤维碎片在真皮中的堆积对皮肤机构及功能也产生长久而持续的影响。每单位面积皮肤的总胶原含量的减少速度约为每年1%。尽管Ⅰ型胶原是皮肤中含量最丰富、最重要的胶原类型，真皮中的其他类型的胶原也受到皮肤衰老不同程度的影响。
3.血管
皮肤老化部位皮肤小静脉由于血管壁明显增厚而出现血管屈曲、扩张，真皮中血管减少，血管袢变短。另外，由于血管周围支撑结缔组织的减少和血管内皮细胞的损伤而出现表浅小血管扩张。
4.附属器
可出现脱发，毛发色素减少，部分终毛转变为毳毛，甲板异常，汗腺、皮脂腺等缩小或减少。结节性弹性纤维病变可出现囊肿和黑头，组织学上表现为毛囊扩张、萎缩的皮脂腺存在于弹性纤维变性的真皮中，这些表现与毛囊失去结缔组织支持有关。
三、皮肤老化对皮肤生理功能的影响
1.皮肤萎缩、代谢减慢
皮肤萎缩是随年龄自然老化的主要表现之一，也是与光老化在组织学改变方面的重要区别。表现为皮肤变薄，表皮、真皮的细胞数目，细胞外基质以及皮肤附件都不同程度地减少。表皮角质形成细胞层次减少，转换率降低；损伤后的再上皮化过程延迟，创伤愈合较慢。真皮成纤维细胞数目减少、寿命缩短，合成胶原纤维的能力下降，使得皮肤机械保护功能降低。因此，在同样的外力作用下老年人皮肤更容易发生损害并且不易愈合。同时，由于代谢活动的障碍，皮肤的感觉知觉和温度调节功能都有不同程度的缺陷。皮脂腺和汗腺分泌减少，造成皮肤干燥容易发生皲裂。
2.皮肤水合能力降低
皮肤健康润泽富有弹性的外观依靠多种因素的维持，其中良好的水合能力是关键因素之一。水在角质层的含量约为10%～15%，是角质层重要的塑形物质。随着年龄的增长，皮肤水的含量逐渐下降，其结果是造成外观粗糙无光泽，弹性差并且发生皱纹。维持皮肤水合能力的主要因素是天然保湿因子（natural moisture factor，NMF），实验证明老年人皮肤NMF水平仅为青年人的75%，因而难以保持皮肤的正常含水量。另外，老年人皮肤表面水脂乳化物含量减少是引发皮肤干燥、粗糙的另一重要原因。
近年有人较系统地研究了透明质酸（HA）和皮肤老化的关系，发现皮肤中HA的含量占机体总储量的50%以上。HA结合水的特性使其成为皮肤水合作用的重要标志，皮肤老化和HA含量减少成平行关系。
3.免疫功能低下
皮肤是重要的免疫器官。表皮角质形成细胞（KC）、朗格汉斯细胞（LC）、真皮成纤维细胞以及移行至皮肤的T细胞、中性粒细胞等以复杂的方式构成皮肤免疫网络系统。伴随着皮肤老化的进程，免疫细胞数目减少并且发生功能障碍。
老龄皮肤表皮中LC数目减少20%～50%，同时其抗原加工呈递作用和刺激同种异体T细胞增生的能力均明显下降。组织巨噬细胞也发生类似的改变，使皮肤免疫系统的防御作用和监视作用障碍，可能是老年人容易发生皮肤各种感染和肿瘤的主要原因。角质形成细胞的免疫学作用已日益受到重视。与青年人相比，老年皮肤角质形成细胞产生白介素-1等细胞因子和表达免疫活性标志的反应迟钝，免疫活性明显下降，从而导致整个调节网络的功能不全。这不仅是皮肤老化的主要表现，同时也是引起进一步的功能缺陷进而继续老化的重要环节。
4.其他改变
皮肤老化过程中黑素细胞数目和毛母质细胞总数逐年减少，导致色素分布不均，发生老年特发性白斑以及毛发数量和颜色的异常如脱发、白发等。
皮肤老化引起的代谢障碍比较突出的是维生素D合成减少。据报告皮肤经日光照射后血清维生素D浓度升高的比例在老年人仅为青年人的40%。这是老年人维生素D缺乏和骨质疏松的主要原因之一，因此对老年人应强调食物中补充足量的维生素D。
四、皮肤老化的细胞和分子水平研究
体外细胞培养实验证明，年龄因素对包括角质形成细胞、成纤维细胞、黑素细胞等在内的皮肤细胞的生物学特性有着重要影响。随着年龄的增长，其表皮角质形成细胞增生潜能明显下降，表现为对增生刺激的反应迟钝，集落形成变小而少；自分泌和旁分泌细胞因子的功能减退，具代表性的是白介素-1β产生减少。同时还发现成年人的角质形成细胞对干扰素生长抑制作用的反应远较新生儿的角质形成细胞敏感。因此目前普遍认为与年龄相关的角质形成细胞生长功能低下有两个方面的发生机制：对有丝分裂原的反应性下降和对生长抑制因子的反应性增高。另外，自由基与皮肤老化的关系也备受关注，皮肤被覆人体表面，暴露于紫外线，导致皮肤角质层过氧化氢酶系和超氧化歧化酶系的平衡失调，清除自由基的能力下降与皮肤老化将进一步相互负面影响。
皮肤成纤维细胞在老化过程中其增生潜能和产生胶原的能力都明显减退，这可能与成纤维细胞的基因调控异常、细胞凋亡增加、抗氧化损伤能力下降、基质金属蛋白酶（MMP）表达增加等有关。代谢活性低下反映在其细胞膜表面针对特异性生长因子的高亲和力受体丧失；细胞内信号转导功能缺陷等。成纤维细胞合成胶原减少，而MMP合成增加，后者可以促进各种胶原以及其他蛋白质的降解。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，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。UV诱导MMPs上调后使其特异性降解几乎所有的细胞外基质。不同类型的MMP降解不同的真皮细胞外基质蛋白。UV照射可通过多条细胞信号通路诱导MMPs基因表达和活性上调。其中最重要的就是丝裂原活化蛋白激酶（mitogen-activatedprotein kinase，MAPK）和核因子-κB（nuclear factor-κB，NF-κB）信号通路。因此，长期、过度UV照射会导致MMPs产生过量，继而降解胶原蛋白等细胞外基质成分，引起皮肤松弛、皱纹形成等皮肤光老化改变。
老年医学研究证明，机体组织细胞的老化受基因控制，皮肤老化也不例外。对老化进程有调控作用的基因有三类：①原癌基因：包括c-myc、c-fos等，是影响细胞分裂的主要基因，可被分裂原刺激而表达。c-fos还可因紫外线照射、细胞分化信号等诱导表达；②表皮生长因子受体（EGFR）基因：当EGFR被EGF结合或发生信号转导反应时该基因表达；③生长停止和DNA损害基因（growth arrest and DNA-damage-inducible gene 153，GADD153），在生长停止或发生细胞内DNA损伤时表达，同时还对生长因子缺乏信号的诱导发生反应。
在体外实验中应用生长因子刺激，观察其前后过程中各种基因表达水平的改变，发现了一些有意义的规律。新生儿皮肤角质形成细胞c-fos mRNA表达水平在刺激前为弱阳性，刺激之后迅速而且明显上升；成人非暴露部位的角质形成细胞，刺激因子对c-fos有类似的诱导反应，但表达水平较新生儿低；而成年人暴露部位的角质形成细胞，在刺激之前就已有高水平的c-fos表达，对生长因子的刺激无明显反应。这说明c-fos在细胞对生长刺激的应答过程中起重要的调控作用，随着老化的发生其反应能力逐渐下降。同时也提示c-fos表达差异是皮肤自然老化和光老化在基因水平上的主要区别。
c-myc基因在各年龄段的角质形成细胞中都较容易检测到，新生儿和年轻人的表达水平高于40岁以上的人群。生长刺激因子可使EGFR mRNA水平在本已较高的基础上进一步升高，在新生儿角质形成细胞尤为显著，随着年龄的增加这种升高幅度逐渐减低。GADD153基因在刺激作用前表达明显，刺激作用之后24小时之内显著下调，在新生儿更为突出。刺激后14小时成人角质形成细胞又达最大表达，而在新生儿角质形成细胞要到24小时才开始回升，48小时后达到最高峰。这一现象说明各种因素引起的细胞生长迟缓状态在生长刺激因子作用下由GADD153基因的活化而被解除，细胞转而进入活跃增生状态。这一状态持续时间的长短与角质形成细胞供体的年龄相关，较年轻者持续时间较长。而老化则使其持续时间缩短。在分子水平上，随着老化的发生，数种基因协同作用使皮肤细胞编码有丝分裂蛋白的基因稳定期血mRNA合成水平下降，引起细胞对外部刺激的反应性减低，从而导致了一系列皮肤老化的细胞和分子生物学表现。
（杨建强 郑敏）