马文涓 姜敏 项蕾红

皮肤衰老与微小RNA

马文涓 姜敏 项蕾红

皮肤衰老是机体衰老的表现之一，由于表皮和真皮内细胞结构、功能以及细胞外基质组分的变化所致。微小RNA是一组内源性非编码小分子RNA，研究表明，微小RNA与表皮、真皮的衰老以及紫外线诱导的皮肤衰老相关。在真皮中，微小RNA可以靶向作用于细胞外基质组分和细胞黏附分子，或调控细胞周期、端粒酶活性、细胞内信号通路及氧化应激等影响成纤维细胞的衰老。在表皮中，微小RNA可通过染色质重塑和p63途径参与角质形成细胞的衰老，或靶向作用于转化生长因子β依赖或非依赖的途径影响朗格汉斯细胞的衰老。而在紫外线诱导的皮肤衰老中，微小RNA在组蛋白甲基化、细胞周期调控因子以及转录激活因子等层面参与皮肤衰老过程。此外，有一些微小RNA如微小RNA125b参与皮肤衰老的机制可能与表皮干细胞相关。

皮肤衰老；微RNAs；真皮；角蛋白细胞；紫外线；郎格尔汉斯细胞

衰老是复杂的细胞凋亡过程，伴随着机体正常生理结构完整性的丧失及功能的下降，增加了患病和死亡风险。López⁃Otín等［1］介绍了衰老过程中可能的共同标记，包括基因组完整性的改变、聚集的DNA损伤导致DNA修复减少、染色体端粒缩短、通过表观遗传改变和选择性剪接引起基因表达的变化、蛋白质稳态的丢失（蛋白质泛素化、折叠、转运异常）、线粒体功能紊乱、营养感应失调、细胞衰老、干细胞耗竭、细胞内信号通路的改变等，这一复杂的调控网络系统几乎涉及到每一个细胞及生物学功能途径。

微小RNA（miRNA，miR）是一组内源性非编码短链小分子RNA，包含18～25个核苷酸序列，与RNA诱导的沉默复合体相关，通过与靶mRNA 3′UTR的结合，降解靶mRNA或抑制靶mRNA的表达，在转录后水平调控基因表达。miRNA的成熟需要在细胞核内通过RNA聚合酶的作用转录生成前体miRNA，再由Drosha酶切割形成长70个核苷酸大小的具有茎环结构的前体miRNA，随后前体miRNA在输出蛋白5的作用下输送到细胞质，再由Dicer剪切成双链miRNA。其中成熟的miRNA装载到RNA诱导的沉默复合体中并与靶mRNA结合参与基因的表达调控，在胚胎发育、细胞增殖分化、衰老等过程中发挥作用［2⁃3］。

1 与真皮衰老相关的miRNA

皮肤的衰老伴随着真皮成纤维细胞的改变以及细胞外基质组分的异常重塑。近年来发现，miRNA可通过靶向作用于细胞外基质组分和细胞黏附分子或调控细胞周期、端粒酶活性、DNA甲基化、氧化应激等参与皮肤衰老。

1.1 靶向作用于细胞外基质组分：Röck等［4］在衰老的成纤维细胞中发现，miR⁃23a⁃3p的表达明显增加，并证实透明质酸合成酶2是其靶点，小干扰RNA介导的透明质酸合成酶下调，可以减少真皮水合和黏着弹性。Kwok等［5］研究表明，miR⁃25可直接抑制Ⅰ型胶原蛋白的表达，用人参皂苷Rb1处理成纤维细胞可通过下调miR⁃25的水平减少这种抑制作用。同样，miR⁃181a在衰老的皮肤成纤维细胞中表达增加，其过表达足以诱导早期传代成纤维细胞的衰老，其靶点为COL16A1的3’UTR［6］。Kim等［7］发现，过表达miR⁃526b能使基质金属蛋白酶（MMP）1的mRNA表达下调，且MMP1 3’UTR的377⁃383区域是miR⁃526b的关键靶点。此外，与新生儿相比，成人真皮成纤维细胞中miR⁃526b的表达下降，MMP1 mRNA的表达则升高。这些均提示miRNA可能通过改变细胞外基质组分参与皮肤衰老。

1.2 作用于细胞黏附分子：miR⁃152在衰老的成纤维细胞中表达增加，通过抑制整合素A5的表达，减少细胞黏附来诱导成纤维细胞的衰老［6］。

1.3 作用于细胞周期蛋白：Hackl等［8］通过对基因芯片的分析，发现miR⁃17在衰老的细胞中表达下调。陈燕等［9］发现，过表达miR⁃17可通过上调细胞周期蛋白D1，下调p21蛋白抑制原代成纤维细胞的衰老。

1.4 与细胞内信号通路相关：Wang等［10］发现，在自然衰老的成纤维细胞中，miR⁃138表达增高，用非对称二甲基精氨酸处理体外培养的成纤维细胞，可引起成纤维细胞衰老且miR⁃138的表达亦逐渐升高；当同时用miR⁃138抑制剂和非对称二甲基精氨酸处理成纤维细胞后，其衰老相关β半乳糖苷酶染色率以及细胞外基质金属蛋白酶1和p16的表达下降。进一步的实验提示非对称二甲基精氨酸可能是通过活化丝裂素活化蛋白激酶信号通路调控miR⁃138的表达来促进皮肤成纤维细胞的衰老。

1.5 影响端粒活性：Bonifacio和 Jarstfer［11］通过分析年轻和衰老的包皮成纤维细胞，以及早期和晚期阶段可稳定表达人端粒反转录酶亚基的成纤维细胞，发现在年轻包皮成纤维细胞中，过表达miR⁃143可以诱导生长阻滞，但在稳定表达人反转录酶亚基的成纤维细胞中，miR⁃143则不能诱导生长阻滞，且部分miRNA随着时间的增加在稳定表达反转录酶亚基的成纤维细胞中显著上调，如miR⁃146a和miR⁃155。其中miR⁃146a的上调可能是由于激活Wnt蛋白和炎症信号所致，miR⁃155可能与激活蛋白1的增加相关。表明miRNA可受端粒反转录酶基因的表达影响。除此之外，Dreesen等［12］研究发现，miR⁃23a在衰老的人成纤维细胞中表达增加，核纤层蛋白（LMNB1）是miR⁃23a的靶点，其表达与年龄呈负相关，过表达miR⁃23a，可阻断LMNB1的翻译。但LMNB1的降低仅作为衰老标记出现，并不能直接导致成纤维细胞的衰老，相反的，LMNB1过表达可诱导细胞衰老，这种衰老可通过抑制p53或表达人反转录酶亚基来挽救，表明LMNB1的过表达可导致端粒特异性DNA损伤。这些均提示miRNA可能通过影响端粒酶的活性参与皮肤衰老。

1.6 与氧化应激相关联：Waaijer等［13］通过检测92例人真皮成纤维细胞株分析应激条件和非应激条件下miR⁃663的水平，结果发现，在应激条件下，miR⁃663的表达水平随年龄逐渐升高，且在老年组中的升高比率最大，而非应激条件下，miR⁃663与年龄差异无统计学意义，提示miR⁃663与衰老及氧化应激相关联。

2 与角质形成细胞衰老相关的miRNA

角质形成细胞是表皮的主要细胞，占表皮的80%以上，其衰老可表现为表皮更新速度下降、细胞增殖能力减退、角蛋白分泌减少，从而引起皮肤中表皮的萎缩变薄、水合能力下降、细胞间黏附力减弱等。miRNA在衰老的角质形成细胞中同样出现差异性表达，其参与衰老的机制尚未完全阐明，但大多认为与染色质重塑和p63相关。

2.1 与组蛋白修饰及p63相关：有学者在衰老的角质形成细胞中，发现miR⁃138、181a、⁃181b、130b表达上调。在增殖细胞中，过表达miR⁃138、⁃181a和181b，可诱导衰老，并证实sirt1是其靶点，而ΔNp63的表达则被miR⁃130b抑制。ΔNp63α通过直接结合到位于靠近角质形成细胞miRNA基因座的p63反应元件抑制miR⁃138、181a、181b和130b的表达，通过小干扰RNA沉默Sirt1或p63可以诱导角质形成细胞的衰老［14］。也有学者通过检测胎儿皮肤组织样本发现，在第14周的组织中，几乎检测不到miR⁃203，其表达量从第17周开始明显增加，并且证实miR⁃203可能的靶点为p63和SOCS⁃3［15］。Chen等［16］的研究显示，Galectin⁃7可以正向或负向作用于miR⁃203，并通过JNK1⁃miR⁃203⁃p63途径调控角质形成细胞的增殖和分化。由此推测，miR⁃203可能与角质形成细胞的衰老相关。Lena等［17］研究表明，SATB1和CDK6 3’UTRs是miR⁃191的两个直接靶点，过表达miR⁃191或通过小干扰RNA沉默SATB1和CDK6后，可以触发角质形成细胞的衰老，使细胞周期阻滞在G1期，且沉默SATB1可反向作用于p63，预示着miR⁃191至少通过两种方式，抑制增殖和通过染色质重塑改变基因表达。

2.2 与DNA损伤及p53相关：Shin等［18］通过分析年轻组和衰老组角质形成细胞中miRNA的水平，发现126个衰老相关的miRNA，其中117个表达上调（93%）、9个表达下调（7%）。而miR⁃137和miR⁃668在衰老机体以及传代衰老的角质形成细胞中表达明显上调，且在5 Gy电离辐射诱导的早衰角质形成细胞中，其表达仍显著上调。过表达miR⁃137和miR⁃668可以明显增加β半乳糖苷酶活性以及衰老标记物，如p16INK4A和p53。他们还检测到在人头颈部鳞状细胞癌细胞中miR⁃137和miR⁃668表达下调，发现这两种miR⁃RNA参与抑制肿瘤细胞的生长，可能与DNA损伤及p53相关。

3 与UV诱导的皮肤衰老相关的miRNA及其他

近年来有学者发现，miRNA可通过调控成纤维细胞对UV反应，参与衰老的发生。

3.1 与组蛋白的甲基化相关：miR⁃15a、miR⁃20a、miR⁃20b、miR⁃93和miR⁃101与UVB诱导的皮肤衰老相关，miR⁃101的靶基因为EZH2，但下调miR⁃101并不能阻断UVB诱导的衰老，提示可能存在UVB诱导衰老过程中，其余途径参与调控miR⁃101的表达上调［19］。

3.2 与细胞周期调控因子相关：Zhou等［20］研究发现，miR⁃34c⁃5p在UVB诱导的早衰成纤维细胞中表达显著增加，E2F3是其下游靶点，通过调控p53⁃p21通路影响细胞周期参与皮肤衰老。

3.3 与转录激活因子相关：Song等［21］研究发现，在UVA所致的光老化中，miR⁃155的表达下降，且证实其靶点为c⁃Jun基因。UVA可在mRNA和蛋白水平使c⁃Jun表达上调，但miR⁃155仅在转录后水平下调c⁃Jun蛋白的表达。此外，c⁃Jun是转录激活因子激活蛋白1的组成部分，激活蛋白1可使MMP⁃1、MMP⁃3和MMP⁃9表达增加，Ⅰ型和Ⅲ型胶原的表达受抑。由此推测，miR⁃155是UVA所致光老化中保护性miRNA，是一个潜在的治疗光老化的靶点。

4 与朗格汉斯细胞衰老相关的miRNA及其他

朗格汉斯细胞作为重要的免疫细胞在皮肤免疫及免疫衰老中发挥作用。在动物实验中发现，衰老可导致朗格汉斯细胞的数量减少，成熟度下降，吞噬抗原能力增高，但抗原提呈功能缺陷。miRNA在朗格汉斯细胞的发育和功能中也发挥重要作用。

Xu等［22］在C57BL/6J小鼠中，发现朗格汉斯细胞在衰老小鼠中成熟率下降，但Langerin的表达以及吞噬右旋糖酐的能力高于幼鼠组。与之有关联的miR⁃709、miR⁃449、miR⁃9随朗格汉斯细胞的衰老而表达上调，miR⁃200c、miR⁃10a却表达下调。这些miRNA通过靶向作用于转化生长因子β依赖或非依赖的途径，影响朗格汉斯细胞的衰老。除此之外，Toyokuni等［23］通过原位杂交技术检测年老和年轻个体曝光与非曝光部位的皮肤组织中miR⁃125b阳性的表皮干细胞，发现miR⁃125b阳性的表皮干细胞在表皮基底层被检测到，其密度与年龄呈负相关，而与光暴露无明显相关性。提示miR⁃125b有望成为表皮细胞潜在的标记物，而且可能参与皮肤衰老，其机制很可能与表皮干细胞相关。

5 展望

通过研究miRNA及其相互作用的分子将会为皮肤衰老、衰老相关疾病的理解和治疗提供新的视角：①在调控衰老过程中涉及到miRNA与其他内源性RNA，包括假基因和长非编码RNA等的相互作用，更好的理解这些分子间的相互作用有助于未来对衰老机制的研究［24］；②miRNA可在循环血中和络合蛋白如Argonaute蛋白或在微泡中存在，使miRNA有望成为未来健康皮肤老化的生物标记物［25］；③miRNA在皮肤衰老过程中出现差异表达，这些结果或许和因遗传缺陷导致的早衰，如着色性干皮病、儿童早老症相关，为理解和治疗衰老相关的疾病提供了新思路［15］；④通过对miRNA表达谱的分析和详细的基因研究将会为机体衰老和衰老相关疾病发生机制的分子网络提供新内容。

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Skin aging and microRNAs

Ma Wenjuan,Jiang Min,Xiang Leihong.Department of Dermatology,Huashan Hospital,Fudan University,Shanghai 200040,China

Xiang Leihong,Email:flora_xiang@vip.163.com

Skin aging,a manifestation of body senescence,is caused by changes of cellular structures and functions,as well as extracellular matrix（ECM）components in the epidermis and dermis.MicroRNAs（miRNAs）,a kind of small non⁃coding endogenous RNA molecule,have been demonstrated to be related to senescence of the epidermis and dermis as well as ultraviolet（UV）⁃induced skin aging.In the dermis,miRNAs can affect the senescence of fibroblasts by targeting ECM components and cellular adhesion molecules,or by regulating cell cycle,telomerase activity,intracellular signaling pathways,oxidative stress,and so on.In the epidermis,miRNAs play a role in the senescence of keratinocytes through chromatin remodeling and the P63 pathway,and affect the senescence of Langerhans cells by targeting the transforming growth factor⁃β⁃dependent/independent pathway.In UV⁃induced skin aging,miRNAs participate in the process of skin aging via histone methylation,cell cycle regulators,transcriptional activitors,and so on.In addition,some miRNAs such as miR⁃125b participate in skin aging likely through epidermal stem cells.

Skin aging;MicroRNAs;Dermis;Keratinocytes;Ultraviolet rays;Langerhans cells

10.3760/cma.j.issn.1673⁃4173.2016.06.013

200040上海，复旦大学附属华山医院皮肤科

项蕾红，Email：flora_xiang@vip.163.com

本文主要缩写：miRNA/miR：微小RNA，MMP：基质金属蛋白酶，DNMT：DNA甲基转移酶，LMNB1：核纤层蛋白

2015⁃12⁃22）