賈傳龍， 陳 亮， 楊清建， 劉天一

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綜 述

脂肪來源干細(xì)胞對(duì)光老化皮膚細(xì)胞外基質(zhì)的影響

賈傳龍， 陳 亮， 楊清建， 劉天一

光老化； 脂肪來源干細(xì)胞； 細(xì)胞外基質(zhì)

細(xì)胞外基質(zhì)(extracellular matrix, ECM)作為人體組織的主要成分之一，在維持細(xì)胞形態(tài)結(jié)構(gòu)和功能完整性方面發(fā)揮著重要作用[1]。它是分布于細(xì)胞外的蛋白質(zhì)和多糖等大分子構(gòu)成的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，包括纖維網(wǎng)架(膠原蛋白和彈性蛋白)、黏著成分(非膠原糖蛋白)、凝膠樣基質(zhì)(氨基葡聚糖和蛋白多糖)3大類。作為組織的非細(xì)胞成分，ECM參與細(xì)胞的增殖、遷移和分化等生物學(xué)過程。

人體的衰老分為內(nèi)源性衰老和外源性衰老，前者是自然的程序性過程，受基因的調(diào)控以及家族遺傳的影響；后者主要受外界環(huán)境因素和生活方式的影響，其中太陽中的紫外線輻射是其主要影響因素，我們把后者稱之為光老化[2]。在光老化的過程中皮膚的ECM成分發(fā)生顯著的變化，如纖維網(wǎng)架成分中膠原蛋白的降解，異常彈性纖維的沉積，黏著成分中纖維連接蛋白(fibronectin, FN)以及凝膠樣基質(zhì)中的透明質(zhì)酸(hyaluronan, HA)的改變。這些ECM成分的改變會(huì)影響細(xì)胞的正常功能，在外觀上表現(xiàn)為皮膚粗糙、增厚、粗大皺紋及色素斑塊沉著[3]。脂肪來源干細(xì)胞(adipose-derived stem cells, ADSCs)是一種間充質(zhì)干細(xì)胞(mesenchymal stem cells, MSC )。近年來的研究發(fā)現(xiàn)，ADSCs既具有增殖及多向分化潛能，又能分泌多種細(xì)胞因子，如人堿性成纖維細(xì)胞生長因子(basic fibroblast growth factor, bFGF)、角質(zhì)細(xì)胞生長因子(keratinocyte growth factor, KGF)、肝細(xì)胞生長因子(hepatocyte growth factor, HGF)、胰島素樣生長因子(insulin-like growth factor, IGF)、血管內(nèi)皮生長因子(vascular endothelial growth factor, VEGF)、血小板衍生生長因子(platelet-derived growth factor, PDGF)和轉(zhuǎn)化生長因子β1(transforming growth factorβ1, TGFβ1)等。這些因子會(huì)對(duì)ECM及周圍微環(huán)境產(chǎn)生影響[4-6]。ADSCs及其分泌的因子對(duì)于內(nèi)源性老化和外源性老化方面都具有一定的作用。在內(nèi)源性老化方面，ADSCs能夠通過自分泌和旁分泌的作用活化皮膚成纖維細(xì)胞，促進(jìn)膠原蛋白、彈性蛋白等ECM蛋白的表達(dá)，進(jìn)而改善內(nèi)源性老化的皮膚外觀，延緩內(nèi)源性老化進(jìn)程。然而由于內(nèi)源性老化原因的復(fù)雜性和很多因素的不可控性，使用ADSCs來治療和改善外源性老化，即光老化的研究，越來越引起人們的關(guān)注；ADSCs在光老化皮膚的治療方面，在近年來顯示出了非常廣闊的應(yīng)用前景[6-8]。現(xiàn)筆者主要就ADSCs對(duì)光老化皮膚ECM中膠原蛋白、彈性蛋白，以及對(duì)光老化進(jìn)程中起到重要作用的ECM中的主要成分HA、FN的影響作一綜述。

1 ADSCs對(duì)光老化皮膚ECM中膠原蛋白的影響

膠原蛋白是真皮ECM中的主要成分，是真皮ECM中的主要結(jié)構(gòu)蛋白。膠原蛋白不僅提供了皮膚的張力，而且在細(xì)胞的遷移、分化等過程中，都發(fā)揮著重要作用[9]。光老化的皮膚中會(huì)產(chǎn)生一種活性氧類(reactive oxygen species, ROS)，ROS的產(chǎn)生會(huì)激活多種細(xì)胞表面受體，受體的激活會(huì)引起信號(hào)級(jí)聯(lián)反應(yīng)，進(jìn)而激活絲裂原活化蛋白(mitogen-activated protein, MAP)激酶、p38和c-Jun氨基末端激酶(JNK)，激酶的活化會(huì)引起由蛋白c-Jun 和c-Fos構(gòu)成的核轉(zhuǎn)錄復(fù)合體AP-1的轉(zhuǎn)錄。AP-1可以引起一種鋅依賴的蛋白酶-基質(zhì)金屬蛋白酶(matrix metalloproteinases, MMPs)的增加，其主要底物為ECM中的蛋白質(zhì)，如膠原蛋白、彈性蛋白等。除此之外，AP-1還可以減少前膠原基因的表達(dá)和TGF-β1受體的數(shù)量[10]。TGF-β受體的減少，會(huì)抑制TGF-β/SMAD通路，而后者可以增加多種ECM膠原蛋白成分的表達(dá)[11-12]。最終導(dǎo)致真皮ECM中的膠原蛋白合成減少，降解增加。

Kim等[13]研究發(fā)現(xiàn)，ADSCs可以通過直接接觸和旁分泌的作用，活化真皮成纖維細(xì)胞，從而增加膠原蛋白的分泌。另有研究通過紫外線照射，獲得光老化裸鼠皺紋模型。將ADSC-CM注入裸鼠皺紋皮膚內(nèi)，一段時(shí)間后發(fā)現(xiàn)膠原蛋白纖維束與對(duì)照組相比明顯增加[14]。研究發(fā)現(xiàn)，ADSCs以旁分泌的作用激活真皮成纖維細(xì)胞，促進(jìn)膠原蛋白的產(chǎn)生，從而增加ECM的成分，其機(jī)制可能是通過分泌TGF-β1從而激活TGF-β/SMAD通路，增加膠原基因的表達(dá)來實(shí)現(xiàn)的[15]。該研究通過用ADSCs的條件培養(yǎng)液ADSC-CM(Conditioned medium of ADSC)與TGF-β1因子，分別培養(yǎng)人皮膚成纖維細(xì)胞，結(jié)果與正常組比較，發(fā)現(xiàn)ADSC-CM組與TGF-β1組Ⅰ型膠原蛋白和Ⅲ型膠原蛋白的mRNA的表達(dá)水平，均比正常對(duì)照組明顯增高。Ⅰ型和Ⅲ型膠原蛋白的蛋白含量同樣也是增高的。此外，ADSCs通過旁分泌作用產(chǎn)生的細(xì)胞因子，可作用于真皮成纖維細(xì)胞抑制MMPs的表達(dá)，提高M(jìn)MPs抑制劑的活性，從而減少ECM中膠原蛋白的降解。ADSCs通過增加膠原蛋白合成，減少膠原蛋白降解兩方面增加光老化皮膚ECM中膠原蛋白的含量，改善ECM的微環(huán)境。

2 ADSCs對(duì)光老化皮膚ECM中彈性纖維的影響

彈性蛋白是ECM中另一種結(jié)構(gòu)蛋白，與膠原蛋白作用相似，它能夠?yàn)槠つw提供拉力和張力[16-17]。成熟的彈性纖維由彈性蛋白(elastin)和微原纖維(microfibril)構(gòu)成，前者由彈性蛋白原經(jīng)一系列催化作用交聯(lián)而成，后者的主要成分為原纖維蛋白(fibrillin)。而微原纖維通過為彈性蛋白原沉積提供支架作用，進(jìn)而調(diào)節(jié)和組織彈性纖維的形成[18-19]。而在皮膚的光老化過程中，由于紫外線的刺激，使得成纖維細(xì)胞分泌彈性蛋白酶，降解原纖維蛋白，從而破壞了微原纖維的網(wǎng)架支撐作用，使彈性蛋白的前體彈性蛋白原的成分增加，而微原纖維的成分減少，最終導(dǎo)致彈性纖維的降解和異常彈性纖維的沉積[20]，在癥狀上表現(xiàn)為皺紋的形成。

Odile等[21]用ADSCs處理老化的皮膚模型一段時(shí)間后，通過影像學(xué)分析發(fā)現(xiàn)，原纖蛋白-1的含量與對(duì)照組相比明顯增高，而原纖蛋白-1是原纖維蛋白的主要蛋白成分，表明ADSCs可通過增加原纖維蛋白的含量促進(jìn)膠原纖維的合成，從而減少異常彈性纖維的沉積。Jeong等[22]研究發(fā)現(xiàn)，用紫外線照射裸鼠背部皮膚可以形成明顯的皺紋，通過注射ADSCs可以明顯改善裸鼠背部皮膚的皺紋。正常裸鼠經(jīng)紫外線照射6周后，ECM中彈性蛋白原的成分與正常對(duì)照組相比明顯增多，而微原纖維的成分明顯下降。在注射ADSCs的4周后這種現(xiàn)象明顯改善。彈性蛋白原的成分顯著降低，相應(yīng)的微原纖維的成分顯著升高；此外，裸鼠背部的皺紋亦明顯減少。ADSCs可以抑制彈性纖維的降解，促進(jìn)彈性纖維合成，但其是通過何種通路發(fā)揮作用的機(jī)制尚不十分明確。

3 ADSCs對(duì)皮膚ECM中HA的影響

HA是ECM中一種大分子的氨基葡聚糖，在成纖維細(xì)胞膜的內(nèi)表面經(jīng)過3種同工酶HAS-1、HAS-2、HAS-3合成，并排出到ECM中，具有強(qiáng)大的保水作用[23]。HA可以通過HA受體介導(dǎo)的信號(hào)傳導(dǎo)通路影響膠原蛋白的合成以及ECM的重塑。此外，HA還具有促進(jìn)皮膚成纖維細(xì)胞分化、創(chuàng)傷愈合以及抗炎作用[24]。紫外線的照射會(huì)導(dǎo)致皮膚ECM中的HA合成減少，在真皮成纖維細(xì)胞中HA合成的減少是由于紫外線照射導(dǎo)致真皮ECM中膠原蛋白降解形成一些膠原蛋白的碎片，這些碎片會(huì)激活相應(yīng)的αvβ3整合素信號(hào)，抑制Rho激酶信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路和細(xì)胞外信號(hào)調(diào)節(jié)激酶的核移位，最終導(dǎo)致HAS-2合成減少[25]。

Malekmohammadi等[26]將ADSC-CM與人真皮成纖維細(xì)胞共培養(yǎng)一段時(shí)間后，檢測(cè)3種HAS基因的表達(dá)情況，結(jié)果顯示，HAS1、HAS2的表達(dá)水平上調(diào)，總的HA量也是增加的，表明ADSCs在調(diào)節(jié)ECM成分中起著重要的作用。Jung等[15]研究發(fā)現(xiàn)，ADSCs促進(jìn)HAS增加的作用可能來自于ADSCs分泌的細(xì)胞因子TGF-β1。研究將ADSC-CM及ADSCs分泌的細(xì)胞因子TGF-β1與真皮成纖維細(xì)胞共培養(yǎng)的方式，通過測(cè)定HAS的表達(dá)來探究ADSC-CM及TGF-β1對(duì)于ECM中HA的影響。結(jié)果顯示，ADSC-CM及TGF-β1組HAS-1及HAS-2的mRNA表達(dá)與正常對(duì)照組相比都有明顯的提高，而HAS-3并沒有明顯的改變。此外，該研究還進(jìn)行了TGF-β1阻斷實(shí)驗(yàn)，結(jié)果顯示，在阻斷了TGF-β1后，HAS-1及HAS-2的mRNA表達(dá)均明顯降低。ADSCs可以增加ECM中HA的含量，這種作用與TGF-β1的作用有很大關(guān)聯(lián)，然而TGF-β1是如何調(diào)節(jié)HAS-1、HAS-2的mRNA表達(dá)的詳細(xì)機(jī)制尚需要進(jìn)一步研究。ADSCs可以通過自分泌和旁分泌作用影響ECM中HA的表達(dá)，HA含量的增加對(duì)于光老化皮膚ECM功能的改善，修復(fù)光老化的皮膚外觀具有重要的作用。

4 ADSCs對(duì)皮膚ECM中FN的影響

FN 作為ECM中的高分子糖蛋白，其主要功能是介導(dǎo)細(xì)胞黏著，通過細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑調(diào)節(jié)細(xì)胞的形狀和細(xì)胞骨架的組織，促進(jìn)細(xì)胞遷移分化[27]。FN被組裝成小的纖維狀結(jié)構(gòu)類似于膠原蛋白纖維，可與相應(yīng)的細(xì)胞表面受體-整合素結(jié)合。其中，整合素α5β1受體可與FN的RGD三肽序列相結(jié)合，這在介導(dǎo)ECM組裝和細(xì)胞與ECM中蛋白質(zhì)黏附過程中起著至關(guān)重要的作用[28-29]。

ADSCs可以通過分泌的細(xì)胞因子來調(diào)節(jié)FN的生成，從而來影響ECM中的FN成分。研究發(fā)現(xiàn)[13]，將ADSC-CM與真皮成纖維細(xì)胞共培養(yǎng)，對(duì)后者FN的mRNA表達(dá)進(jìn)行檢測(cè)，實(shí)驗(yàn)組與對(duì)照組相比，F(xiàn)N的mRNA水平明顯增高，在蛋白水平的檢測(cè)上，F(xiàn)N的成分也是增加的。Park等[30]在分離ADSCs并培養(yǎng)一段時(shí)間后，檢測(cè)其細(xì)胞因子和蛋白質(zhì)的濃度發(fā)現(xiàn)FN的濃度非常高。Song等[31]的研究表明，ADSCs自身也會(huì)分泌FN成分參與ECM的構(gòu)建。在皮膚的光老化進(jìn)程中，ECM中的FN含量是降低的。ADSCs可以通過兩個(gè)方面來增加ECM中FN的水平。一方面是通過自身分泌FN，另一方面是通過活化真皮成纖維細(xì)胞進(jìn)而增加ECM中FN的含量，這在改善和修復(fù)光老化皮膚的ECM的微環(huán)境方面，具有重要的意義。

5 總結(jié)

ECM作為皮膚細(xì)胞生存之微環(huán)境，不僅對(duì)組織細(xì)胞起支持保護(hù)和營養(yǎng)作用，還與細(xì)胞的增殖、分化、代謝、識(shí)別、黏著及遷移等基本生命活動(dòng)密切相關(guān)。ECM的任何改變都有可能影響此微環(huán)境。如在皮膚光老化過程中被降解的膠原蛋白會(huì)產(chǎn)生膠原蛋白的碎片，使細(xì)胞失去正常的形態(tài)，影響其功能及細(xì)胞內(nèi)相關(guān)信號(hào)的傳遞。而彈性纖維的破壞則會(huì)導(dǎo)致異常彈性纖維的沉積，而這些異常彈性纖維的沉積對(duì)皮膚微環(huán)境造成破壞。HA及FN的減少會(huì)影響微環(huán)境中細(xì)胞之間的識(shí)別、黏附及細(xì)胞與ECM之間交聯(lián)和相關(guān)信號(hào)的傳遞，進(jìn)而使細(xì)胞的形態(tài)功能在一定程度上發(fā)生改變。這些改變會(huì)進(jìn)一步加劇ECM成分的變化，從而形成惡性循環(huán)。ADSCs及其分泌的多種細(xì)胞因子在光老化皮膚中的諸多應(yīng)用，很大程度上都是ADSCs及其細(xì)胞因子通過一定的調(diào)節(jié)途徑，改善了光老化皮膚的ECM，促進(jìn)了細(xì)胞正常形態(tài)和功能的恢復(fù)。然而，ADSCs對(duì)于光老化皮膚ECM的影響的研究，還有很多機(jī)制與通路并不明確，這將會(huì)成為未來的研究方向。

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國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(81272125,81301642)；國家高技術(shù)研究發(fā)展規(guī)劃(863)項(xiàng)目(SS2014AA020705)；上海市衛(wèi)生系統(tǒng)優(yōu)秀學(xué)科帶頭人資助項(xiàng)目(XBR2011033) 作者單位：200040 上海，復(fù)旦大學(xué)附屬華東醫(yī)院 整形外科 第一作者：賈傳龍(1989-)，男，山東棗莊人，碩士研究生. 通信作者：劉天一，200040，復(fù)旦大學(xué)附屬華東醫(yī)院 整形外科，電子信箱：tianyiliucn@126.com

10.3969/j.issn.1673-7040.2015.12.015

2015-07-12)