真皮内脂肪组织调控皮肤生理病理过程与机制的研究进展

李沛霖 崔 磊,2*

(1.首都医科大学附属北京世纪坛医院整形外科,北京 100038；2.首都医科大学附属北京世纪坛医院中心实验室,北京 100038)

皮肤的损伤后修复、各类疾病干预和延缓衰老，一直以来都是整形美容外科重要的研究和治疗领域。皮肤真皮层起源于中胚层，富含成纤维细胞(dermal fibroblasts,dFBs)。dFBs通过分泌胶原蛋白等基质成分，参与形成真皮组织。在小鼠皮肤的真皮网状层正下方存在着一层特殊的脂肪组织，肉膜层将其与皮下脂肪组织清晰地分隔开来，但人类皮肤中缺少肉膜层[1]。在过去，这两层脂肪组织被统称为皮下脂肪组织(subcutaneous white adipose tissue,sWAT)。最近研究[2]显示，这层脂肪组织中的脂肪细胞和dFBs具有共同的前体细胞，在细胞更新频率、分化谱系等方面与其他部位的脂肪组织明显不同。Driskell 等[3]提出，将小鼠真皮网状层以下与肉膜之间的组织命名为真皮内脂肪组织(dermal white adipose tissue,dWAT)，其中的脂肪细胞称为真皮内脂肪细胞(dermal adipocytes)。

随着人们对脂肪组织的发育、发生及功能研究的不断深入，发现这层与皮肤密切相关的dWAT参与调控了皮肤组织的多项生理病理过程，例如毛发生长[4-5]、创面愈合[6]、皮肤感染和衰老[7]等。这些研究不但丰富了人们对脂肪组织参与调控机体功能的认识，而且拓展了对皮肤组织的发育、损伤修复以及衰老过程等的了解，并有助于发现新的干预治疗靶点，为皮肤损伤修复、延缓皮肤衰老等整形美容外科重大临床问题的治疗，提供了新的方向。

1 脂肪组织分类简述

哺乳动物脂肪组织根据其发育、组织结构与功能等，可分为白色脂肪组织(white adipose tissue,WAT)与棕色脂肪组织(brown adipose tissue,BAT)[8]。白色脂肪组织是哺乳动物(包括成年人类)的主要脂肪组织。大多脂肪细胞只含有单个脂滴，线粒体明显少于棕色脂肪细胞。白色脂肪组织又可分为内脏脂肪组织(visceral WAT,vWAT)和sWAT。vWAT主要分布于大网膜、肠系膜、内脏器官等周围。sWAT位于皮肤真皮的深层。一般认为，sWAT主要负责能量的储存，维持机体能量代谢的平衡。此外，sWAT通过其隔热作用，参与维持机体体温的平衡。在小鼠，BAT主要分布于肩胛间区，其成脂分化能力随着年龄增长逐渐减弱，活性逐渐降低。人类的BAT主要存在于婴儿时期，随着年龄的增长而逐渐萎缩。在长期暴露于极端寒冷环境中的成年人，其肩胛间区也可出现BAT。棕色脂肪细胞内含有多房脂滴和大量线粒体，主要功能是消耗储存的能量，参与机体体温调节，并维持葡萄糖和脂质代谢平衡。

dWAT是近年来对皮肤脂肪组织深入研究后提出的新的概念。研究[2]显示，真皮内脂肪细胞在前体细胞、细胞分化谱系、更新频率等方面完全独立于皮下脂肪组织。小鼠dWAT位于真皮网状层以下，肉膜将dWAT与sWAT分开，界限明显。人类皮肤中由于缺少肉膜结构，dWAT与深部的sWAT紧密结合，界限模糊。

2 dWAT调控毛囊生长

在毛发的生长过程中，毛囊(hair follicle,HF)结构发生周期性变化，分为3个阶段：生长期(anagen)、退行期(catagen)、休止期(telogen)。当毛囊内基质细胞停止增殖、毛囊下2/3细胞迅速凋亡时，毛囊开始进入退行期。其后毛囊上1/3仍然保持完整，真皮乳头被牵拉至毛囊隆起区底部，维持于静止状态称为毛囊的休止期。此后，毛囊干细胞与真皮乳头内间充质细胞相互作用，增殖形成毛芽，毛囊进入生长期，开始一个新的毛囊周期[9]。

早在20世纪30年代，Butcher[10]观察到在毛囊激活生长的过程中，dWAT厚度也随之增加一倍。20世纪50年代，Chase 等[11]发现，在毛囊的退行期和休止期，伴随着毛囊形态变得小而圆，dWAT体积显著减少，达到最菲薄的阶段。通过定量检测发现，真皮层厚度在毛囊生长期增加了50%，dWAT厚度增加了100%～200%。这两个过程的同步性显示，HF和dWAT之间存在着远距离的相互作用[12]。

虽然dWAT调控毛囊生长的现象在随后的研究[13]中得到进一步证实。但是，dWAT是由多细胞组成的复杂组织，其中何种细胞调控了毛囊的生长，一直未得到明确回答。Festa等[14]发现在毛发生长起始阶段中存在明显的脂肪前体细胞激活，且与毛发并行增殖，并伴随毛囊生长循环发生周期性消长。作者通过比较Ebf1基因缺失小鼠、AZIP小鼠皮肤毛囊生长情况，以探究脂肪前体细胞对毛发周期的影响。Ebf1是脂肪细胞发育必需的转录因子[15]，Ebf1基因缺失小鼠，出生后真皮中成熟脂肪细胞数量减少，并缺乏脂肪前体细胞。AZIP小鼠表达的A-ZIP/F分子，可以抑制脂肪分化转录因子C/EBP和AP-1的活性，从而抑制成熟白色脂肪组织形成，但脂肪前体细胞数量不受影响。作者发现缺乏脂肪前体细胞的Ebf1基因缺失小鼠毛囊停滞在休止期或衰退期，毛囊干细胞激活受限，无法顺利进入生长期，但AZIP小鼠毛囊可以顺利进入生长期。由此可见，脂肪前体细胞对毛囊干细胞的激活是必不可少的。

血小板衍生生长因子-α(platelet derived growth factor-α，PDGF-α)在脂肪前体细胞中的含量极高。研究[16]显示，在生长期，PDGF受体在真皮毛乳头和毛基质下部高表达，其激活依赖于脂肪前体细胞。PDGF-α基因缺失小鼠表现为毛囊干细胞延迟激活、不能进入生长期，其表型与缺乏脂肪前体细胞的Ebf1基因缺失小鼠一致。综上，真皮内脂肪前体细胞通过释放PDGF，动态影响毛囊干细胞的活性，进而参与调控毛囊周期和毛发生长。

此外，Plikus等[17]发现，BMP2和BMP4作为毛发生长的抑制因子，在dWAT中周期性表达，参与调控毛发生长。Zhang 等[18]也证实在毛囊退行期早期，真皮内脂肪细胞会特定地产生信号，从而抑制毛发再生过程中干细胞的激活过程。

3 dWAT调控皮肤伤口愈合

皮肤创伤愈合包括炎症期、伤口收缩、肉芽组织增生和瘢痕形成四个基本过程，这一过程需要免疫细胞、上皮细胞和dFBs等多种细胞参与。真皮脂肪细胞也在伤口愈合过程中发挥重要作用[6]。研究[19]显示，在损伤后的第5天，成熟脂肪细胞开始出现于皮肤创面边缘，此后逐渐向伤口中心移动。与未受伤的皮肤相比，受伤5 d和7 d后的伤口内脂肪细胞前体的增殖情况和含量百分比都显著增加。AZIP小鼠和用过氧化物酶体增殖剂激活受体γ(peroxisome proliferators-activated receptor-γ,PPAR-γ)抑制剂治疗的小鼠中的伤口均缺乏成熟的脂肪细胞，两者与对照组相比伤口愈合情况不佳。2020年，Shook等[20]揭示受损区域的真皮内脂肪细胞可以迅速上调脂肪三酰甘油脂肪酶(adipose triglyceride lipase,ATGL)依赖性甘油三酸酯的脂解作用，释放饱和和单不饱和脂肪酸到创面。释放的游离脂肪酸可以募集并激活促炎型Ly6chig单核巨噬细胞，进而加速伤口区域的血运重建，促进皮肤伤口愈合[21]。此外，当成熟的真皮内脂肪细胞完全耗尽了脂质储备后，便会去分化为Pdgfrα+Pdgfrβ+的dFBs，迁移至受伤部位，产生细胞外基质促进伤口愈合。

通过脂肪移植，可以促进创面愈合，治疗瘢痕疙瘩和肥厚性疤痕，其作用在临床应用中已得到证实[22]。慢性伤口的治疗耗时且经济负担重，其中静脉溃疡占发病率的70%。Konstantinow等[23]针对17例下肢静脉多发性溃疡患者进行脂肪移植治疗，所有患者在治疗后71～174 d内均表现出溃疡完全上皮化。Bruno等[24]将93例慢性烧伤瘢痕患者分为两组进行研究。其中一组进行瘢痕下脂肪填充，另一组作为对照组注射0.9%(质量分数)的氯化钠注射液。发现脂肪填充术后6个月，真皮乳头血管化改善，胶原组织改善。脂肪填充创面基底层细胞Ki-67表达增加，表明其增殖增加。采用改良的温哥华瘢痕量表的临床评价表明，瘢痕性状得到显著改善。可见，脂肪移植能够促进多种慢性难愈合伤口愈合，减少瘢痕形成。

4 dWAT调控皮肤固有免疫

Zhang等[25]的研究显示，小鼠皮肤在受到金黄色葡萄球菌(Staphylococcusaureus,S.aureus)感染之后，局部真皮层内的前脂肪细胞发生快速增殖，与未感染S.aureus的小鼠皮肤相比，成熟脂肪细胞数量增加了将近3倍之多，细胞体积也逐渐增大，dWAT发生迅速扩张，这一过程被定义为反应性脂肪生成。在该过程中，作者观察到真皮内前脂肪细胞的分化过程增强，在感染部位的脂肪层中，抗菌肽(cathelicidin antimicrobial peptide，Camp)mRNA和蛋白质的表达显著增加。Camp是一类具有广谱抗细菌、真菌、病毒、寄生虫和肿瘤细胞等活性作用的多肽，在皮肤感染中能抑制细菌增殖、抵抗皮肤感染。Zfp423nur12小鼠或者经过PPAR-γ抑制剂处理过的小鼠，因为皮肤内前脂肪细胞的定向过程和转录分化过程受阻，前脂肪细胞活化降低，脂肪生成受阻。Zhang等[25]发现这两种小鼠皮肤感染部位对S.aureus的易感性明显增加，表现为菌落大小增加了6倍之多，随后还会表现出全身性菌血症。这些结果表明，dWAT是皮肤固有免疫的重要组成部分。细菌感染皮肤后，感染部位dWAT局部扩张并分泌Camp，在皮肤固有免疫中发挥重要作用。

Zhang等[26]证实当皮肤局部发生S.aureus感染后，真皮层中的dFBs开始向脂肪细胞分化,同时在反应性脂肪形成的过程中，真皮内未成熟的脂肪细胞分泌Camp，发挥抵抗感染的作用。出生后的小鼠，随着年龄的增加，具有成脂能力和抗菌功能的dFBs储备逐渐下降，同时，转化生长因子-β(transforming growth factor-β,TGF-β)年龄依赖性激活后，通过TGFBR-SMAD2/3通路，削弱了dFBs的成脂能力。这些因素共同导致随着年龄增加，dWAT含量减少，在感染刺激后，反应性脂肪生成和Camp的产生也随之下降，皮肤固有免疫削弱。

5 dWAT与皮肤衰老

从机械学角度来看，皮肤表现为层状复合结构，包括表面菲薄的角质层、柔软的表皮层和真皮层以及最深层的sWAT。当皮肤彼此相连的两层结构之间机械性能不匹配时，例如：层与层之间的黏合强度和厚度比、弯曲和拉伸刚度，老化的一层在张力作用下会失去结构稳定性，最简单的表现形式便是起皱[27]。皮肤老化过程中，dWAT的细胞数量和胶原网络丧失，造成dWAT厚度不断下降，弯曲能力下降。Geyfman等[28]的研究证实，小鼠皮肤僵硬程度与dWAT厚度成反比。dWAT结构随着老化而改变，与真皮层发生机械相互作用，皮肤的抗皱稳定性最多可降低4倍，参与皮肤衰老。

光老化是皮肤外源性老化的重要原因。据统计[29]，高达90%的可见性皮肤老化是由紫外线辐射引发的。其主要表现为皱纹、皮肤松弛、粗糙、皮肤变色等。报道[30]显示，小鼠在慢性中波紫外线(ultraviolet-B,UV-B)照射后，dWAT体积有所下降，同时伴随着胶原纤维组织沉淀。最新研究[1,30]证实，紫外线辐射可以诱导“脂肪细胞-肌成纤维细胞转变(adipocyte-myofibroblast transition,AMT)”，局部的成纤维细胞向纤维化方向分化，取代脂肪组织。所有的这些生物学过程都参与改变衰老皮肤的机械性能。可见，dWAT在皮肤光老化中也发挥着重要作用。

此外，紫外线辐射导致的光老化与皮肤表面的脂质(α-生育酚)含量密切相关。α-生育酚主要由皮脂腺分泌，能消除由紫外线、空气污染等外界因素造成的过多的氧自由基，起到延缓光老化、预防晒伤和抑制日晒红斑生成等作用。紫外线照射导致其在皮肤表面的含量显著降低，进而引起对随后的紫外线吸收更强，形成恶性循环。机体内大约90%的维生素E储存在脂肪细胞的脂滴中，其中2/3以α-生育酚的形式存在。α-生育酚可以通过刺激前脂肪细胞表达PPAR-γ，促进成脂分化。反复的紫外线辐射会导致dWAT持续减少，这可能是由于α-生育酚不断消耗，而迫使脂肪细胞中脂质外流所致。

6 结束语

dWAT在皮肤病理生理中发挥着广泛且重要的调控作用。通过对脂肪组织的干预，促进皮肤创面愈合、减少瘢痕增生，已经在临床治疗中显示初步效果。脂肪干细胞是存在于皮下脂肪组织中的成体间质干细胞，具有来源广泛、扩增能力强、诱导分化稳定等优势，在治疗组织损伤及多种疾病的研究中，显示了较肯定的治疗效果。本课题组在国际上较早开展了脂肪干细胞的研究与临床应用，通过基于脂肪干细胞的组织工程技术，成功再造骨[31]、软骨[32]、血管[33]等组织。应用脂肪干细胞构建组织工程骨，在临床上开创性地开展了股骨头坏死、骨不连的修复与颅面骨[34]的再造，取得了多项突破性进展。本课题组应用脂肪干细胞的组织工程技术，成功进行了皮下脂肪的再造，再造脂肪组织具有良好的小叶结构[35]，为进一步进行皮肤衰老、创面愈合等的干预奠定了基础。