間充質干細胞及其分泌液抗皮膚光老化作用的研究進展

汪潤，于艷秋

（1.中國醫(yī)科大學第二臨床學院2013級臨床醫(yī)學七年制，遼寧 沈陽 110122；2.中國醫(yī)科大學基礎醫(yī)學院）

間充質干細胞及其分泌液抗皮膚光老化作用的研究進展

汪潤1，于艷秋2*

（1.中國醫(yī)科大學第二臨床學院2013級臨床醫(yī)學七年制，遼寧 沈陽 110122；2.中國醫(yī)科大學基礎醫(yī)學院）

皮膚是人體最大的器官，在健康和美容等方面具有重要作用。隨著時間的推移，皮膚會出現色素沉著、產生皺紋、彈性降低等衰老現象，其中，光老化主要由外源性理化因素造成，與多種皮膚病和皮膚惡性腫瘤有密切的關系。間充質干細胞（mesenchymal stem cell，MSC）是一種具有自我復制能力和多向分化潛能的干細胞，能夠分泌多種細胞因子和生長因子，在抗皮膚光老化中發(fā)揮一定的作用。本文主要從基因調控和蛋白表達調控兩個方面對MSC及其分泌液的抗皮膚光老化的作用機制進行綜述。

光老化；間充質干細胞；基因調控；蛋白表達調控

皮膚作為人體防御系統(tǒng)的第一道防線，是人體最大的器官，與人體健康息息相關［1］。隨著時間的推移和理化因素的積累，皮膚開始出現一系列的變化，包括皺紋出現、色素沉著、彈性降低等，這稱作皮膚老化，是一種自然的衰老現象，一般分為自然衰老（也稱作內源性衰老）和光老化（也稱作外源性衰老）。自然衰老主要由組織內部減少皮膚肥大細胞和成纖維細胞數量，降低膠原蛋白合成等導致［2］。光老化主要是外源性理化因素造成，包括紫外線、紅外線、化學煙霧、粉塵及霧霾等，其中慢性紫外線照射為主要因素［2-3］。皮膚光老化比自然衰老癥狀更嚴重，主要表現為褶皺和色素沉著等老化現象［4］。已有臨床研究表明，皮膚光老化與多種皮膚病和皮膚惡性腫瘤有密切的關系，紫外線輻射可造成皮膚光損傷甚至皮膚癌，常見皮膚癌包括基底細胞癌、鱗狀細胞癌、惡性黑色素瘤、光毒反應、光敏反應以及光線性角化等［5］。因此，預防和延緩皮膚光老化已成為科學研究的熱點之一。間充質干細胞（mesenchymal stem cell，MSC）是一種具有自我復制能力和多向分化潛能的成體干細胞，能夠分泌多種細胞因子和生長因子，在抗皮膚光老化中發(fā)揮一定的作用。

1 M SC及其分泌液的抗皮膚光老化作用

MSC主要存在于結締組織和器官間質中，有研究表明，由于MSC的多向分化潛能，免疫作用及旁分泌效應，其在慢性皮膚損傷修復方面發(fā)揮一定的作用，可通過降低炎癥、促進血管生成并減少疤痕來加速皮膚傷口愈合［6］。研究表明脂肪來源MSC在心臟、直腸等多種器官的損傷修復中是安全可行的［7-9］。近年來，通過對脂肪來源MSC和骨髓來源MSC的研究，發(fā)現MSC對皮膚光老化也有一定的治療及預防作用［10-12］。曾繼平等［13］通過體外構建光老化成纖維細胞模型，再利用脂肪來源MSC分泌液進行治療，發(fā)現分泌液可促進成纖維細胞分泌細胞基質，減少基質金屬蛋白酶（MMP）的分泌，對細胞周期有部分逆轉作用，且分泌液中的生長因子在治療中發(fā)揮關鍵作用，因此認為脂肪來源MSC的旁分泌功能可部分延緩光老化進程。在皮膚抗皺方面，Jeong等［14］通過對比研究發(fā)現，體外培養(yǎng)的脂肪來源MSC和成纖維細胞在減少皺紋方面機制不盡相同，但都有著重要作用。前者主要通過降低MMP和增加膠原蛋白的含量來發(fā)揮抗皺紋的作用，而后者雖然比前者更多地增加了膠原蛋白的含量，但同時也增加了MMP的含量。Kwon等［15］通過構建光老化動物實驗模型并應用骨髓來源MSC進行干預，發(fā)現其可通過降低MMP以及增加前膠原的含量來修復受損皮膚組織，進而達到其預防、治療皮膚光老化的作用。

2 M SC及其分泌液的抗皮膚光老化作用機制

以下主要從基因調控和蛋白表達調控方面，對MSC及其分泌液的抗皮膚光老化的作用機制進行闡述。

2.1 基因調控 基因調控在衰老過程中起著根本作用。Spiering等［16］發(fā)現在細胞合成DNA合成抑制因子時，細胞的復制速度降低，進而延緩細胞衰老。在氧化應激條件下，皮膚細胞染色體DNA和線粒體DNA發(fā)生損傷，抑制因子合成增加，從而影響DNA復制和表達，導致細胞壽命縮短，表現為老化［17］。此外，真皮成纖維細胞MMP基因表達水平的異常將引起真皮結構的破壞，其中，MMP-1和MMP-3是降解真皮細胞外基質的主要酶類，負責調控真皮細胞外基質合成和分解代謝的平衡。而紫外線的照射可使MMP-1和MMP-3高表達，這是皮膚光老化的重要原因［18］。史春艷等［18］通過動物實驗發(fā)現，皮內多點注射骨髓來源MSC可以顯著降低MMP-1和MMP-3 mRNA的表達，從而減少其對Ⅰ、Ⅲ型膠原的降解，達到抗光老化的作用。皮膚光老化可引起DNA損傷，若DNA損傷不能修復，則會誘導細胞凋亡。有研究將骨髓來源MSC多點注射于皮膚光老化模型大鼠背部，發(fā)現與細胞凋亡關系密切的凋亡加速基因Bax mRNA顯著低于模型組，而凋亡抑制基因Bcl-2 mRNA則顯著高于模型組，表明MSC可以通過與鄰近細胞融合，整合鄰近細胞基因，表達該細胞的部分特征從而替代或補充損傷的皮膚細胞，進而發(fā)揮抗皮膚光老化作用［19-22］。但目前尚無相關文獻表明MSC分泌液或其具體組分可通過基因調控發(fā)揮抗皮膚光老化作用，仍需進行深入研究。

2.2 蛋白表達調控 皮膚的結構蛋白主要包括膠原纖維、網狀纖維和彈力纖維三大類。膠原纖維的主要成分為膠原蛋白，其中分布于皮膚的主要為Ⅰ型、Ⅲ型膠原蛋白［23］。紫外線照射可直接或通過產生的活性氧（ROS）介導的氧化損傷間接地使真皮結構膠原蛋白和彈力纖維的結構發(fā)生變化［24］。趙翠楊等［25］將骨髓來源MSC 多點皮內注射于豚鼠皮膚光老化模型，發(fā)現與模型組出現的真皮厚度急劇減少，膠原纖維異常增生且排列紊亂等皮膚老化特征相比，MSC治療組皮膚結構完整，未見異常增生，其Ⅰ型膠原蛋白的表達接近于正常組，因此認為MSC可以通過血液循環(huán)到達光老化的組織部位進行生理更新及損傷修復，使受紫外線照射的皮膚細胞的I型膠原蛋白恢復到正常水平。Dhong等［26］研究發(fā)現脂肪來源MSC的直接作用和旁分泌作用都可以使Ⅰ型膠原蛋白總量增加。MSC也可以通過上調Ⅰ型與Ⅲ型膠原蛋白mRNA的表達，下調MMP-1 mRNA的表達促進細胞外基質的合成，進而促進老化組織的修復，達到抗損傷抗皺的效果［15，27］。Kim等［28］通過動物實驗證明，皮下注射脂肪來源MSC后，觀察到Ⅰ型膠原前體蛋白增多，從而增加膠原密度。脂肪來源MSC還可通過分泌包括TGF-β1在內的多個細胞因子趨化并增加成纖維細胞合成膠原蛋白的能力，并抑制MMP合成［29］。因此，通過皮內注射脂肪MSC分泌液不僅可以減輕皮膚皺紋，也可對老化的真皮膠原降解起到抑制作用［30］。

MMP是與膠原合成與降解比例有密切關系的一類鋅離子依賴的蛋白酶家族，目前已發(fā)現26種。與光老化相關的酶主要有MMP-1、MMP-3、MMP-9、MMP-12。Hachiya等［31］的小鼠實驗證實MMP-1、MMP-9及MMP-12在紫外線照射后表達量顯著增加。如上所述，MSC分泌液可以抑制MMP-1和MMP-3的表達，從而達到抗皮膚光老化的作用［18，27］。王晶晶等［32］發(fā)現皮膚光老化的發(fā)生伴隨著基質金屬蛋白酶抑制劑（TIMP）與MMP的動態(tài)平衡失衡，且TIMP可被多種細胞因子誘導產生，但目前尚未有研究表明MSC分泌液中的哪些因子可以誘導TIMP的產生。超氧化物歧化酶（SOD）的活性是體現機體對抗光老化能力的重要指標。紫外線照射可大量增加皮膚內氧自由基，使組織抗氧化防御體系能力減弱，加速皮膚老化，而SOD是目前發(fā)現唯一的一類以自由基為底物的酶，在機體自由基產生與清除的動態(tài)平衡中發(fā)揮重要作用［33］。姚堯［33］將脂肪來源MSC注射于SD大鼠慢性照射損傷模型的背部皮膚，治療后皮膚組織內SOD酶活性逐步升高，并顯著高于模型組，最終接近空白對照組，結果證實了脂肪來源MSC治療后可顯著提高SOD活性，從而提升皮膚組織的抗氧自由基能力，達到抗皮膚光老化的作用。

對于亞洲人來說，皮膚光老化主要是黑色素的沉積［34］。因此，關于黑色素酶的研究對于亞洲人的抗光老化有重要意義。MSC分泌液可以通過下調黑色素瘤細胞中的酪氨酸酶及酪氨酸酶相關蛋白-1（TRP-1）的表達，抑制黑色素的合成，達到抗光老化和皮膚美白的作用；分泌液中的生長因子TGF-β1在其中起到了關鍵作用，用抗TGF-β1抗體處理后，可以使下調的酪氨酸酶和TRP-1蛋白表達恢復至正常水平［35］。

除以上影響因素外，MSC分泌液中的再生細胞因子及生長因子還可以活化、聚集巨噬細胞，增加巨噬細胞的吞噬能力，從而提高老化組織的修復能力［36］。

3 小結與展望

有關MSC及其分泌液抗皮膚光老化的作用和相關機制還在進一步的研究當中，尤其是其分泌液對基因的直接修飾等作用的文獻報道較少，以及分泌液中與抗光老化相關的一些具體成分及其作用機制仍不明確。同時，抗皮膚光老化作用研究還主要在體外模型及動物實驗階段，仍缺乏有效證據證明其在臨床疾病治療及美容方面也有同樣的效果，并且分泌液注射后的安全性問題也需要更深入的研究。因此，確定MSC分泌液中的抗皮膚光老化的具體成分，其通過何種機制發(fā)揮抗皮膚光老化的作用，以及安全性問題仍是未來研究的重點。

［1］ Rinnerthaler M，Streubel MK，Bischof J，et al.Skin aging，gene expression and calcium［J］.Exp Gerontol，2015，68：59-65.

［2］ Tobin DJ.Introduction to skin aging［J］.J Tissue Viability，2016，26（1）：37-46.

［3］葉希韻.紫外線致皮膚光老化研究進展［J］.生物學教學，2015，40（11）：2-4.

［4］石磊，涂慶峰，王宏偉.皮膚衰老與抗衰老研究［J］.老年醫(yī)學與保健，2013，19（3）：192-194.

［5］林順生，程波.紫外線誘導皮膚腫瘤的信號轉導通路研究進展［J］.中國美容醫(yī)學，2009，10（11）：176-177.

［6］ Otero-Vi?as M，Falanga V.Mesenchymal stem cells in chronic wounds：the spectrum from basic to advanced therapyv［J］.Adv Wound Care （New Rochelle），2016，5（4）：149-163.

［7］ Gir P，Oni G，Brown SA，et al.Human adipose stem cells：current clinical applications［J］.Plast Reconstr Surg，2012，129（6）：1277-1290.

［8］de la Portilla F，Alba F，García-Olmo D，et al.Expanded allogeneic adipose-derived stem cells （eASCs） for the treatment of complex perianal fistula in Crohn's disease：results from a multicenter phase I/IIa clinical trial［J］.Int J Coloreactal Dis，2013，28（3）：313-323.

［9］ Panfilov IA， de Jong R， Takashima S， et al.Clinical study using adipose-derived mesenchymal-like stem cells in acute myocardial infarction and heart failure［J］.Methods Mol Biol，2013，1036：207-212.

［10］ Liu Q，Luo Z，He S，et al.Conditioned serum-free medium from umbilical cord mesenchymal stem cells has anti-photoaging properties［J］.Biotechnol Lett，2013，35（10）：1707-1714.

［11］ Kim WS， Park BS， Park SH， et al.Antiwrinkle effect of adipose-derived stem cell：activation of dermal fibroblast by secretory factors［J］.J Dermatol Sci，2009，53（2）：96-102.

［12］ Kim WS， Park BS， Park SH， et al.Evidence supporting antioxidant action of adipose-derived stem cells：protection of human dermal fibroblasts from oxidative stress［J］.J Dermatol Sci，2008，49（2）：133-142.

［13］曾繼平.脂肪來源干細胞對光老化成纖維細胞的治療作用［J］.上海：復旦大學，2014.

［14］ Jeong JH，Fan Y，You GY，et al.Improvement of photoaged skin wrinkles with cultured human fibroblasts and adiposederived stem cells： a comparative study［J］.J Plast Reconstr Aesthet Surg，2015，68（3）：372-381.

［15］ Kwon TR，Oh CT，Choi EJ，et al.Conditioned medium from human bone marrow-derived mesenchymal stem cells promotes skin moisturization and effacementofwrinklesin UVB-irradiated SKH-1 hairless mice［J］.Photodermatol Photoimmunol Photomed，2016，32（3）：120-128.

［16］ Spiering AL，Smith JR，Pereira-Smith OM.A potent DNA synthesis inhibitor expressed by the immortal cell line SUSM-1［J］.Exp Cell Res，1988，179（1）：159-167.

［17］宣敏，程彪.皮膚衰老的分子機制［J］.中國老年學雜志，2015，35（15）：4375-4380.

［18］史春艷，李福秋.MSCs對紫外線誘導皮膚光老化過程中MMP-1和MMP-3 mRNA表達的影響［J］.中國老年學雜志，2013，33（24）：6208-6210.

［19］史春艷，王兵，張萍，等.MSCs對紫外線誘導皮膚光老化大鼠模型凋亡的影響［J］.中國老年學雜志，2011，31（22）：4413-4414.

［20］ Forster K，Paul I，Solenkova N，et al.NECA at reperfusion limits infarction and inhibits formation of the mitochondrial permeability transition pore by activating P70S6 kinase［J］.Basic Res Cardiol，2006，101（4）：319-326.

［21］ Nishihara M，Miura T，Miki T，et al.Erythropoietin affordsadditional cardioprotection to preconditioned hearts by enhanced phosphorylation of glycogen synthase kinase-3 beta［J］.Am J Physiol Heart Circ Physiol，2006，291（2）：H748-H755.

［22］ Kostyak JC，Hunter JC，Korzick DH.Acute PKC delta inhibition limits ischemia-reperfusion injury in the aged rat heart：role of GSK-3beta［J］.Cardiovasc Res，2006，70 （2）：325-334.

［23］ Oxlund H， Andreassen TT.The roles of hyaluronic acid，collagen and elastin in the mechanical properties of connective tissues［J］.J Anat，1980，131（Pt4）：611-620.

［24］Kammeyer A，Luiten RM.Oxidation events and skin aging［J］.Ageing Res Rev，2015，21：16-29.

［25］趙翠楊，田亞平，陳世義.MSCs對豚鼠光老化皮膚組織中Ⅰ型膠原表達的影響［J］.中國老年學雜志，2011，31（4）：654-655.

［26］ Dhong ES，Hwang NH，Kim DW，et al.Morphologic changes in phtotdamaged organotypic human skin culture after treatment of autologous adipose-derived stromal cells［J］.J Craniofac Surg，2012，23（3）：805-811.

［27］陳亮，劉天一，畢波.脂肪來源干細胞在光老化皮膚中的作用［J］.中華整形外科雜志，2014，30（4）：317-320.

［28］ Kim JH， Jung M， Kim HS， et al.Adipose-derived stem

cells as a new therapeutic modality for aging skin［J］.Exp Dermatol，2011，20（5）：383-387.

［29］王申，周炳榮，駱丹.脂肪干細胞在皮膚光老化中的作用［J］.國際皮膚性病學雜志，2014，40（1）：14-16.

［30］駱丹，許陽.皮膚光老化的診治進展［J］.皮膚病與性病，2012，34（1）：20-24.

［31］ Hachiya A，Sriwiriyanont P，Fujimura T，et al.Mechanistic effects of long-term ultraviolet B irradiation induce epidermal and dermal changes in human skin xenografts［J］.Am J Pathol，2009，174（2）：401-413.

［32］王晶晶，車雅敏.基質金屬蛋白酶與基質金屬蛋白酶抑制劑在光老化中作用的研究進展［J］.國際皮膚性病學雜志，2012，38（3）：163-66.

［33］姚堯.脂肪源性干細胞對皮膚慢性紫外線照射損傷的治療研究［J］.大連：大連醫(yī)科大學，2014.

［34］ Chung JH.Photoaging in Asians［J］.Photodermatol Photoimmunol Photomed，2003，19（3）：109-121.

［35］Kim WS，Park BS，Sung JH.Protective role of adipose-derived stem cells and their soluble factors in photoaging［J］.Arch Dermatol Res，2009，301（5）：329-336.

［36］Lee S，Szilagyi E，Chen L，et al.Activated mesenchymal stem cells increase wound tensile strength in aged mouse model via macrophages［J］.J Surg Res，2013，181（1）：20-24.

Protective Role of Mesenchymal Stem Cells and Their Soluble Factors in Photoaging

WANG Run1，YU Yanqiu2*
（1.The Second Clinical College of China Medical University，Shenyang 110122，China；2.Basic Medical College of China Medical University）

Skin is the largest organ of human body and plays an important role in health and cosmetology.As individuals age，the skin undergoes changes，such as irregular pigmentation， generation of wrinkles and loss of elasticity.Skin photoaging is mainly caused by exogenous physical and chemical factors， which is associated with a variety of skin diseases and cancerous diseases.Mesenchymal stem cells（MSCs） display self-replication and multi-lineage developmental plasticity and secrete various growth factors，which play an important role in anti-photoaging.This review summerizes the anti-photoaging mechanisms of MSCs and their soluble factors from regulation of gene and protein expression.

photoaging；mesenchymal stem cell；gene regulation；protein expression regulation

R751

A

1008-2344（2017）04-0356-03

10.16753/j.cnki.1008-2344.2017.04.019

于艷秋（1962—），女（滿），教授，研究方向：干細胞抗皮膚衰老.E-mail：yqyu@cmu.edu.cn

2017-05-24

（毛亞萍編輯）