“優(yōu)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(jìn)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(fā)育、衰老。
在最新一期的《Nature》上，來(lái)自東京醫科齒科大學(xué)的科學(xué)家們發(fā)表了一項最新研究成果，他們發(fā)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(guān)鍵在于一種膠原蛋白。
皮膚中的干細胞
哺乳動(dòng)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(huì )持續更新，新細胞來(lái)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(huì )通過(guò)一種特定分化的多蛋白結構——半橋粒（hemidesmosomes）附著(zhù)在基膜上。
通常，表皮干細胞會(huì )不斷復制、分化，產(chǎn)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(zhù)年齡的增長(cháng)，干細胞會(huì )慢慢耗竭，再生能力衰退，皮膚也會(huì )隨著(zhù)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(chēng)為COL17A1蛋白。研究表明，COL17A1膠原蛋白的下降是皮膚衰老的標志。
膠原蛋白的流失，皮膚的衰老
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(lèi)皮膚相同的結構特征，也會(huì )逐漸衰老。
他們發(fā)現，小鼠尾巴皮膚中半橋粒的數量會(huì )隨著(zhù)年齡的增長(cháng)而減少，而且，這種減少與COL17A1蛋白低水平有關(guān)。COL17A1是小鼠體內半橋粒的最不穩定成分，最終會(huì )阻止半橋粒結構的形成。
在人類(lèi)皮膚中，這一蛋白同樣重要，當面對紫外線(xiàn)暴露后，COL17A1蛋白會(huì )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，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(zhù)年齡增長(cháng)，輻射以及某些遺傳因素等條件會(huì )導致COL17A1膠原蛋白水平降低，之前的良性競爭就會(huì )消失——因為COL17A1蛋白表達水平高的干細胞會(huì )越來(lái)越少，競爭不過(guò)衰老細胞。這會(huì )促進(jìn)COL17A1蛋白表達水平低的干細胞復制、更新。這是一個(gè)惡性循環(huán)，最終導致干細胞耗盡，皮膚會(huì )隨之衰老。
當研究人員通過(guò)基因修飾恢復COL17A1表達后，表皮干細胞的競爭會(huì )隨之恢復，從而部分緩解了皮膚衰老。
細胞競爭在皮膚保持年輕、衰老中的變化（圖片來(lái)源：Nature）
總而言之，以上研究表明，COL17A1膠原蛋白通過(guò)促進(jìn)干細胞“競爭”，從而維持皮膚組織的完整和健康。這類(lèi)似于“適者生存”，有效“驅逐”較弱的細胞，同時(shí)鼓勵復制較強的細胞。
但是，衰老的過(guò)程會(huì )讓COL17A1水平降低、耗盡。這會(huì )促使較弱的細胞生存下來(lái)、復制，從而讓皮膚狀態(tài)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(dòng)皮膚抗衰老的關(guān)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(shí)它們可以誘導COL17A1的表達，而且能夠促進(jìn)小鼠皮膚的傷口愈合。這一意味著(zhù)，這兩類(lèi)化合物有望在促進(jìn)皮膚再生、對抗衰老上發(fā)揮潛能。
當然，這些結果基于動(dòng)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(fā)”領(lǐng)域的一大重要進(jìn)展。未來(lái)，我們期待更多的臨床工作。
參考資料：
1）Elimination of unfit cells in young and ageing skin
2）Stem cell competition orchestrates skin homeostasis and ageing
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