文|聚美麗 詩 詩
在不同的化妝品功效類目中，抗衰老無疑是技術含量最高的一類。目前在市場中，消費者認知度較高的抗衰老產(chǎn)品基本都圍繞玻色因、多肽和維A醇三類明星成分為主，它們具備了出色的抗衰功效和完整的實驗數(shù)據(jù)，占據(jù)了非常大的市場份額。
對于化妝品企業(yè)來說，想要給予消費者有效的抗衰老解決方案，在研究成分和配方技術之外，對皮膚衰老機理這個問題根源的研究也是極為重要的。只有弄明白衰老的“真相”，才能找到抗衰老的有效通路。
衰老是人體的一種自然規(guī)律，人們對衰老的研究并不止步于皮膚衰老，還包括病理性衰老，以及外界環(huán)境、情緒、生活作息等因素對身體機能老化造成的影響等。事實上，探索衰老的空間很大，在對衰老機理的不斷剖析過程中，科學家們從不同的維度出發(fā)，提出了各種不同的衰老理論學說。其中比較具有代表性的有：自由基衰老學說、非酶糖基化衰老學說、基因調(diào)控學說、線粒體學說等。
此外，與衰老機理相關的理論學說還有很多，雖然來自不同的研究層面，但不同的衰老機理并不是完全對立的，它們能夠進行互相補充和驗證。
正是因為機理研究的路線錯綜復雜，關于皮膚衰老的真正原因，至今仍然是一個未解之謎，需要人們持續(xù)研究探索。不過，現(xiàn)有的研究結果在相關產(chǎn)品開發(fā)中具有重要的指導意義，結合不同的抗衰理論學說，能夠為產(chǎn)品研發(fā)提供更多思路。
皮膚結構和皮膚衰老過程
在談及皮膚衰老過程之前，我們先了解皮膚的大致結構。皮膚作為身體和環(huán)境之間的保護屏障。它分為三個主要區(qū)域：表皮、真皮和皮下組織。
表皮是皮膚的最外層，主要由角質(zhì)形成細胞和黑素細胞組成。角質(zhì)形成細胞能夠合成角蛋白（即表皮的主要蛋白質(zhì)結構），并充當激活細胞過程中化學介質(zhì)的細胞因子。因此，表皮決定了活性物質(zhì)通過皮膚的遷移深度。
而真皮層主要決定皮膚的緊實程度，擁有最廣泛的細胞類型，如神經(jīng)、血管和淋巴液，周圍環(huán)繞著由成纖維細胞、膠原蛋白、網(wǎng)狀纖維和彈性纖維形成的結締組織[1]。
此外，表皮和真皮之間還存在一層基底膜，這是一種由生長因子和細胞外基質(zhì)蛋白（ECM蛋白）富集的結構，主要由表皮細胞和真皮細胞合成和分泌 。值得注意的是，基底膜中的ECM蛋白也提供信號，能夠維持表皮細胞處于促增殖狀態(tài)。
△皮膚結構
衰老是一個復雜且連續(xù)的生物過程，其特征是細胞和分子發(fā)生變化、身體保持體內(nèi)平衡的能力逐漸降低、細胞凋亡和衰老的增加。隨著時間流逝，這個過程表現(xiàn)得更加明顯。
皮膚老化的兩個主要過程是內(nèi)源性老化和外源性老化。內(nèi)源性老化受個人的遺傳控制，隨著時間推移逐步顯現(xiàn)，這是無法避免的規(guī)律；而外源性老化，主要由環(huán)境因素引起，比如紫外線輻射、吸煙、風吹、日曬及接觸有害化學物質(zhì)等。
在細胞水平上，皮膚老化也帶來了一些功能性的變化，包括角質(zhì)形成細胞增殖能力下降，角質(zhì)層形成減少，保護性屏障再生能力下降，脂質(zhì)合成減少等[2]。
自由基氧化
在現(xiàn)有的十幾種衰老機理學說中，自由基學說是具有最大影響力的學說之一。
1956年，美國學者Denham Harman首次提出自由基衰老學說，該學說認為外源和內(nèi)源產(chǎn)生的自由基，是造成身體的功能下降，導致衰老的主要原因。而維持體內(nèi)足量的自由基清除劑水平應該可以有效預防衰老、甚至延長壽命。
1969年，美國杜克大學的研究者們發(fā)現(xiàn)了體內(nèi)第一個抗氧化物酶——超氧岐化酶（SOD），并證明SOD作用是體內(nèi)催化超氧陰離子發(fā)生歧化反應產(chǎn)生過氧化氫，這個發(fā)現(xiàn)具有非常重大的生物學意義，使人們認識到自由基是機體的的正常成分。
作為細胞代謝的主要參與者，自由基是人體必不可少的一種物質(zhì)。人體細胞中的線粒體需要通過氧氣進行代謝，這個過程中會產(chǎn)生性質(zhì)十分活潑的自由基。但當自由基過多時，會導致線粒體產(chǎn)生ATP的水平下降、線粒體跨膜電位下降、代謝產(chǎn)物水平及鈣離子紊亂，從而產(chǎn)生一系列連鎖反應，比如，加速衰老、色素沉著等。
△氧自由基導致線粒體損傷
然而，在后人的研究中，并沒有足夠有力的實驗能夠作為支撐抗氧化延緩機體衰老的證據(jù)，自由基學說也被認為存在眾多缺陷。于是，1990年，美國衰老研究權威Sohal教授首先提出了氧化應激的概念。
氧化應激被定義為氧化和抗氧化之間的平衡失調(diào)。活性氧（ROS）是體內(nèi)或自然環(huán)境中由氧組成的活性物質(zhì)的總稱，包括自由基和非自由基（比如過氧化氫、單線態(tài)氧分子）。過量的活性氧會導致正常細胞功能所需的生理濃度過高，從而影響細胞代謝[3]。Sohal等人認為，這是造成衰老的根本原因。
細胞的生命活動中不可避免會生成活性氧，其主要有三大來源：巨噬細胞中的NADPH氧化酶、線粒體呼吸鏈和線粒體多不飽和膜的脂質(zhì)過氧化。
2016年，發(fā)布在《分子科學》上的一篇綜述中還提到，活性氧參與皮膚基質(zhì)形成和降解的信號通路，氧化應激通過降低蛋白酶體活性、損傷DNA及其修復系統(tǒng)、損害端粒等方式影響皮膚衰老。此外，也有研究證明，多環(huán)芳烴等污染物、紫外線輻射、吸煙等外在因素，能夠加速體內(nèi)活性氧的生成[4]。
因此，從不同的通道出發(fā)，清除體內(nèi)多余的活性氧和自由基，已經(jīng)成為目前最常見的抗衰美容方式之一。
皮膚光老化
從皮膚的自然老化歷程來看，成年人真皮膠原含量以每年1%的速率遞減，膠原的減少主要是基質(zhì)金屬蛋白酶( MMP)表達增加及膠原合成減少所致。隨著年齡增長，MMP-1、2、9、12水平升高，而前膠原mRNA表達明顯下降，從而導致真皮膠原含量的下降。
與自然老化不同的是，“皮膚光老化”描述了受到外在因素影響，即日光照射下，皮膚的骨架成分膠原蛋白和彈力纖維被紫外線破壞，從而導致皮膚質(zhì)地發(fā)生變化、黑色素增加等。皮膚光老化不僅會影響美觀，而且與臨床上許多皮膚病密切相關，比如，光化性角化病、光化性彈力纖維病、日光性雀斑樣痣、鱗狀細胞癌等[5]。
因此，了解光老化的病因及發(fā)病機制，有效地對光老化進行預防和治療已成為目前人們迫切關注的問題。
事實上，關于皮膚光老化的機制理論有很多，其中占據(jù)主流的是紫外線致氧自由基(ROS)生成的理論。該理論認為紫外線作用于人體皮膚后，活性氧的生成增多，從而激活絲裂原活化蛋白激酶（MAPK）介導的信號轉導途徑，進而增強其下游因子激活蛋白-1（AP-1）的表達。
2010年，發(fā)表在SCI期刊《光皮膚學，光免疫學與光醫(yī)學》上的一篇綜述中提到，較長波長的紫外光(UVA)穿透較深，可與表皮角質(zhì)形成細胞和真皮成纖維細胞相互作用，主要通過產(chǎn)生ROS間接發(fā)揮作用，隨后可產(chǎn)生多種效應，如脂質(zhì)過氧化、轉錄因子活化和 DNA 鏈斷裂；而較短波長的紫外光(UVB)則主要影響表皮細胞，即角質(zhì)形成細胞，其也能夠產(chǎn)生ROS，但最主要的作用機制是誘導DNA損傷，與DNA直接作用[6]。
△截圖自相關文獻
此外，大量證據(jù)表明，MMP的誘導在光老化的發(fā)病機制中起主要作用。MMP是一組含鋅蛋白酶家族，紫外照射可誘導角質(zhì)形成細胞和成纖維細胞分泌MMPs，繼而降解膠原蛋白等真皮細胞外基質(zhì)成分。相較來說，短波長的UVB能夠更快激活MMPs以及誘導DNA損傷。
非酶糖基化
“抗糖化”是最近幾年化妝品、食品保健等領域的熱門概念，也是抗衰老的重要策略。糖化的全稱是“非酶糖基化反應”(NEG)，相關的衰老機理研究正成為一個重要方向。
1912年，法國人Louis Camille Maillard最先提出非酶糖基化反應，也稱為美拉德反應。非酶糖基化反應首見于食品化學工業(yè)領域，是游離還原糖與蛋白質(zhì)、DNA和脂質(zhì)的游離氨基發(fā)生的非酶促反應，從而產(chǎn)生高級糖基化終產(chǎn)物(AGEs)，使蛋白質(zhì)產(chǎn)生褐色、熒光和交聯(lián)。
人體內(nèi)也會發(fā)生糖化反應，多余的糖類和蛋白質(zhì)或脂質(zhì)作用產(chǎn)生AGEs，此物質(zhì)的積累會影響細胞穩(wěn)態(tài)和蛋白質(zhì)結構，與多種皮膚狀況有關，包括皮膚的暗沉和衰老。而且，AGEs的形成是不可逆的。
糖基化是隨時間自發(fā)形成的內(nèi)源性衰老機制之一。1992年，Yu等人把自由基氧化和非酶糖基化結合起來，提出了非酶糖基化衰老學說[7]。該學說指出：糖基化造成蛋白質(zhì)的交聯(lián)損傷是衰老的主要原因。
糖基化還會導致各種蛋白發(fā)生交聯(lián)變性，抗氧化酶和DNA修復酶等功能的損傷；會造成能量供應的減少、代謝功能的降低、平衡失調(diào)等老化過程。糖基化終產(chǎn)物AGEs則能夠誘導細胞外基質(zhì) (ECM) 和細胞損傷，從而導致衰老和與年齡相關的疾病，其存在三種主要機制。
細胞外基質(zhì)（如膠原蛋白和彈性纖維）內(nèi)AGEs的積聚，以及AGEs和細胞外基質(zhì)之間的交聯(lián)導致結締組織彈性降低。
細胞內(nèi)蛋白質(zhì)的糖基化修飾導致原始細胞功能的喪失。
AGEs 與其晚期糖基化終產(chǎn)物受體 (RAGE) 相互作用，導致激活炎癥信號通路、活性氧生成和細胞凋亡[8]。
事實上，形成AGEs的通道主要有三種，包括糖化途徑、多元醇途徑和糖氧化途徑，目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了約10種AGEs會對皮膚的不同結構有不同程度的影響，它們均能夠集中的攻擊膠原蛋白。此外，AGEs與RAGE之間的相互作用還會導致機體抗氧化防御減弱、抗氧化能力下降以及炎癥的發(fā)生[9]。
△截圖自相關文獻
端粒和復制性衰老
現(xiàn)代科學研究表明，端粒和端粒酶與染色體保護、腫瘤發(fā)生、細胞衰老等現(xiàn)象密切相關，因而成為科學家當前的研究熱點，衰老的端粒學說也在相關機理研究中占據(jù)重要地位。
端粒是染色體末端由重復DNA序列和相關蛋白組成的特殊結構，具有穩(wěn)定染色體結構和完整性的功能；端粒酶是核蛋白逆轉錄酶，以自身RNA為模板，合成端粒DNA，將端粒DNA加至真核細胞染色體末端，為細胞持續(xù)分裂提供遺傳基礎。
1973年，前蘇聯(lián)科學家Olovnikov提出了端粒學說。該學說認為，在細胞分裂的過程中，端粒會不斷變短，直到端粒達到一個臨界長度，染色體會失去正常復制的功能，細胞也失去活性而死亡。因此，端粒會隨著細胞個體的衰老而變短，端粒損耗的速度稱為衡量“生物衰老”的一個指標。
由于端?？s短，造成DNA損傷，細胞會出現(xiàn)增殖變緩、生長停滯、分化障礙等情況，這種現(xiàn)象稱為“復制性衰老”。若細胞中端粒酶活化，端粒長度便可得以維持或延長，從而避免復制老化，阻止內(nèi)源性衰老進程。
2021年，發(fā)表在《Cell》雜志上的一篇文章中提到，端粒幾乎與衰老的所有特征都存在內(nèi)在的相互聯(lián)系。比如，端粒功能障礙會損害線粒體功能和氧化防御能力，增加ROS水平，構成端粒-p53-PGC1α/β -線粒體的信號傳導閉環(huán)。此外，端粒功能異常也會影響到組織干細胞耗竭、基因組不穩(wěn)定、蛋白穩(wěn)態(tài)失衡，甚至會誘導組織炎癥反應[10]。
△端粒功能障礙導致線粒體缺陷（截圖自相關文獻）
2020年，《歐洲分子生物學組織》雜志上發(fā)布了一項研究：研究人員從天生端粒過短的先天性角化不良癥（dyskeratosis congenita）患者體內(nèi)收集了大量細胞樣本，并進行分析。結果顯示，端粒過短會影響到細胞中NAD+（煙酰胺腺嘌呤二核苷酸，俗稱抗衰老輔酶Ⅰ）的代謝，導致NAD+不足，進而引發(fā)細胞衰老[11]。
此外，在光老化皮膚中，同樣存在DNA損傷和端?？s短的現(xiàn)象，其中可能以端粒損傷為起始反應，再結合UV所致的重要調(diào)節(jié)基因的共同損傷而加速皮膚的老化。研究表明，紫外線能夠加速端?？s短，同時，光產(chǎn)物環(huán)丁烷嘧啶二聚體及和光誘導的活性氧簇分別作用于胸腺嘧啶和鳥嘌呤殘基，從而造成端粒袢結構裂解和DNA雙鏈斷裂，從而加速老化進程[12]。
雖然端粒從細胞層面解釋了內(nèi)源性衰老的原因，但其只是細胞衰老機理的一個重要組成部分，與細胞、DNA相關的機制研究還有很多方向可以探索。
炎癥衰老和免疫系統(tǒng)
“炎癥性衰老”是一種與增齡相關的慢性低度炎癥的衰老，也是近幾年的新興研究領域。其特點是血液循環(huán)中的促炎細胞因子含量增加以及細胞老化的持續(xù)變化，這些變化會導致許多增齡相關疾病，其中包括老年癡呆、關節(jié)炎、2型糖尿病、與年齡相關的神經(jīng)退化、皮膚老化等。
紐約大學郎格尼醫(yī)學中心首席研究員Schneider博士曾說道：“近幾十年來，科學界已知炎癥、衰老的加速以及癌癥是交織在一起的，但它們之間的相互關系基本上是一個謎?！?/p>
2014年，《自然通訊》上的一篇研究論文描述了炎癥觸發(fā)細胞衰老，釋放包括活性氧簇在內(nèi)的，與衰老過程相關的一些非常強有力的分子的機制，證明了系統(tǒng)性慢性炎癥可通過活性氧介導的端粒功能障礙和細胞衰老而加速衰老[13]。
△截圖自相關文獻
與此同時，細胞衰老同樣會反作用于慢性炎癥，從而進一步加劇衰老過程。衰老的成纖維細胞、角質(zhì)形成細胞會隨著衰老過程在皮膚內(nèi)積聚，并分泌出“衰老相關分泌表型（SASP）”，其中包括促炎細胞因子（如TNF-α、IFN-β、IFN-γ 等）等[14]，促炎細胞因子通過產(chǎn)生 ROS 和激活 ATM/ P53/P21（ WAF1 / CIP1 ）信號通路誘導上皮細胞衰老。
此外，炎癥機制可能會加重紫外線的影響，放大對分子和細胞的直接破壞性影響，并影響到免疫系統(tǒng)。
隨著年齡增長而出現(xiàn)的免疫功能退化，包括適應性免疫的退化，稱為免疫衰老，其特征是因為T細胞激活的中央記憶型T細胞比例降低、效應細胞功能受損、T細胞受體庫受限以及抗體多樣性的減少，免疫系統(tǒng)做出有效反應的能力降低。
如果免疫系統(tǒng)功能低下或紊亂，則極易導致疾病的發(fā)生，包括各種病原微生物的入侵、腫瘤細胞的擴增以及自身免疫病的產(chǎn)生，同時也會導致衰老進程的明顯加速。
DNA損傷
2021年4月，德國科隆大學衰老與疾病基因組穩(wěn)定性研究所Bj rn Schumacher團隊在《自然》雜志上發(fā)表題為《DNA損傷在衰老過程中的核心作用（The central role of DNA damage in the ageing process）》的綜述文章，其詳細介紹了DNA損傷與衰老表型的機制聯(lián)系，并論述了DNA損傷在衰老過程中發(fā)揮的核心作用[15]。
△截圖自相關文獻
核基因組和線粒體基因組會不斷受到外源性因素（如紫外線、X射線、食物、水和空氣中的化合物）、內(nèi)源性因素（如活性氧簇、醛類和晚期糖基化終末產(chǎn)物以及自發(fā)反應）的破壞。隨時間發(fā)生的DNA損傷累對分子的影響主要以下有兩種：
遺傳畸變，如突變和染色體不穩(wěn)定性；
DNA損傷導致RNA和DNA聚合酶停滯，從而引發(fā)DNA損傷信號并干擾主要DNA功能。DNA損傷的細胞和組織后果決定了細胞命運，如細胞死亡和衰老、干細胞衰竭，導致細胞和器官功能喪失、癌癥、萎縮和炎癥。
文中還提到，核DNA修復造成的NAD+損失、DNA損傷誘導的線粒體自噬缺陷和mtDNA聚合酶表達改變等因素，會導致線粒體功能發(fā)生障礙。此外，DNA損傷在分子水平上的影響還包括，基因組不穩(wěn)定、端粒功能障礙、表觀遺傳學改變、蛋白應激和線粒體功能受損。
△截圖自相關文獻
關于機理研究，我們都是在前人的推測基礎上，通過實驗不斷推翻、發(fā)展和補充，從而盡可能地接近衰老的真相。盡管對于皮膚衰老的機理研究有很多，但現(xiàn)實是，目前我們?nèi)匀晃茨艿弥ダ系恼嬲颉?/p>
不過，從研究較為熱門的幾種衰老機理中，我們能看到，不同的理論學說之間是存在著關聯(lián)與互通的。對這些衰老機理進行足夠了解和跟進，在抗衰老化妝品開發(fā)過程中是必不可少的一步。
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14. https://mp.weixin.qq.com/s/0fzL2f-gIglQZX47cVkurA
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