來源生物探索

“優勝劣汰,適者生存”——這是達爾文對于自然選擇提出的一條普遍規律。
除了進化之外,這一“強者生存、弱者淘汰”的法則同樣適用于器官和組織的發育、衰老。
在最新一期的《Nature》上,來自東京醫科齒科大學的科學家們發表了一項最新研究成果,他們發現,皮膚得以保持年輕、完整,歸因于“良性競爭”。而且,促成這一競爭的關鍵在于一種膠原蛋白。

皮膚中的干細胞
哺乳動物的皮膚分成表皮(epidermis)和真皮(dermis)兩層,中間由一種輕薄的胞外蛋白——基膜(basement membrane)負責連接。其中,表皮細胞會持續更新,新細胞來源于表皮干細胞以及其他表皮更深處的祖細胞。這些干細胞會通過一種特定分化的多蛋白結構——半橋粒(hemidesmosomes)附著在基膜上。
通常,表皮干細胞會不斷復制、分化,產生新細胞取代受損的老細胞。這一更新有利于維持皮膚的年輕。但是隨著年齡的增長,干細胞會慢慢耗竭,再生能力衰退,皮膚也會隨著衰老。
值得注意的是,XVII型膠原蛋白是半橋粒的主要成分之一,由COL17A1基因編碼,因此也被稱為COL17A1蛋白。研究表明,COL17A1膠原蛋白的下降是皮膚衰老的標志。
在這項新研究中,Emi K. Nishimura教授和團隊選取小鼠尾巴作為研究樣本,因為這一部位的皮膚具有許多與人類皮膚相同的結構特征,也會逐漸衰老。
他們發現,小鼠尾巴皮膚中半橋粒的數量會隨著年齡的增長而減少,而且,這種減少與COL17A1蛋白低水平有關。COL17A1是小鼠體內半橋粒的最不穩定成分,最終會阻止半橋粒結構的形成。
在人類皮膚中,這一蛋白同樣重要,當面對紫外線暴露后,COL17A1蛋白會迅速降解。這也印證了“為啥防曬抗衰老很重要”的理論。
進一步研究發現,在年輕小鼠中,相比于表達高水平COL17A1蛋白的干細胞,COL17A1蛋白表達水平低的干細胞更加容易被“淘汰”——從基膜上脫落。這一“競爭”有利于維持皮膚的年輕和完整。
但是,隨著年齡增長,輻射以及某些遺傳因素等條件會導致COL17A1膠原蛋白水平降低,之前的良性競爭就會消失——因為COL17A1蛋白表達水平高的干細胞會越來越少,競爭不過衰老細胞。這會促進COL17A1蛋白表達水平低的干細胞復制、更新。這是一個惡性循環,最終導致干細胞耗盡,皮膚會隨之衰老。
當研究人員通過基因修飾恢復COL17A1表達后,表皮干細胞的競爭會隨之恢復,從而部分緩解了皮膚衰老。

總而言之,以上研究表明,COL17A1膠原蛋白通過促進干細胞“競爭”,從而維持皮膚組織的完整和健康。這類似于“適者生存”,有效“驅逐”較弱的細胞,同時鼓勵復制較強的細胞。
但是,衰老的過程會讓COL17A1水平降低、耗盡。這會促使較弱的細胞生存下來、復制,從而讓皮膚狀態更差,更容易受損且愈合較慢。
如何對抗皮膚衰老?
在確定COL17A1的重要性之后,研究團隊試圖尋找“刺激它”的方法,也就是尋找啟動皮膚抗衰老的關鍵化合物。
最終,他們找到了兩種化合物——Y27632和夾竹桃麻素(apocynin),證實它們可以誘導COL17A1的表達,而且能夠促進小鼠皮膚的傷口愈合。這一意味著,這兩類化合物有望在促進皮膚再生、對抗衰老上發揮潛能。
當然,這些結果基于動物試驗,都是“原理論證”,并不是膠原蛋白的“軟宣傳”。Nature評論認為,這項成果是“皮膚再生和抗衰老藥物研發”領域的一大重要進展。未來,我們期待更多的臨床工作。