膠原蛋白流失，皮膚衰老揭示與“干細(xì)胞競爭”有關(guān)

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作者：符蘇來源：生物探索

2019-04-08

在最新一期的《Nature》上，來自東京醫(yī)科齒科大學(xué)的科學(xué)家們發(fā)表了一項(xiàng)最新研究成果，他們發(fā)現(xiàn)，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(guān)鍵在于一種膠原蛋白。

“優(yōu)勝劣汰，適者生存”——這是達(dá)爾文對于自然選擇提出的一條普遍規(guī)律。

除了進(jìn)化之外，這一“強(qiáng)者生存、弱者淘汰”的法則同樣適用于器官和組織的發(fā)育、衰老。

皮膚中的干細(xì)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(fù)責(zé)連接。其中，表皮細(xì)胞會持續(xù)更新，新細(xì)胞來源于表皮干細(xì)胞以及其他表皮更深處的祖細(xì)胞。這些干細(xì)胞會通過一種特定分化的多蛋白結(jié)構(gòu)——半橋粒（hemidesmosomes）附著在基膜上。

通常，表皮干細(xì)胞會不斷復(fù)制、分化，產(chǎn)生新細(xì)胞取代受損的老細(xì)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(xì)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(biāo)志。

膠原蛋白的流失，皮膚的衰老

在這項(xiàng)新研究中，Emi K. Nishimura教授和團(tuán)隊(duì)選取小鼠尾巴作為研究樣本，因?yàn)檫@一部位的皮膚具有許多與人類皮膚相同的結(jié)構(gòu)特征，也會逐漸衰老。

他們發(fā)現(xiàn)，小鼠尾巴皮膚中半橋粒的數(shù)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(guān)。COL17A1是小鼠體內(nèi)半橋粒的最不穩(wěn)定成分，最終會阻止半橋粒結(jié)構(gòu)的形成。

在人類皮膚中，這一蛋白同樣重要，當(dāng)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(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，在年輕小鼠中，相比于表達(dá)高水平COL17A1蛋白的干細(xì)胞，COL17A1蛋白表達(dá)水平低的干細(xì)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(dǎo)致COL17A1膠原蛋白水平降低，之前的良性競爭就會消失——因?yàn)镃OL17A1蛋白表達(dá)水平高的干細(xì)胞會越來越少，競爭不過衰老細(xì)胞。這會促進(jìn)COL17A1蛋白表達(dá)水平低的干細(xì)胞復(fù)制、更新。這是一個惡性循環(huán)，最終導(dǎo)致干細(xì)胞耗盡，皮膚會隨之衰老。

當(dāng)研究人員通過基因修飾恢復(fù)COL17A1表達(dá)后，表皮干細(xì)胞的競爭會隨之恢復(fù)，從而部分緩解了皮膚衰老。