李沛霖 崔 磊,2*

(1.首都醫(yī)科大學(xué)附屬北京世紀(jì)壇醫(yī)院整形外科,北京 100038；2.首都醫(yī)科大學(xué)附屬北京世紀(jì)壇醫(yī)院中心實(shí)驗(yàn)室,北京 100038)

皮膚的損傷后修復(fù)、各類疾病干預(yù)和延緩衰老，一直以來(lái)都是整形美容外科重要的研究和治療領(lǐng)域。皮膚真皮層起源于中胚層，富含成纖維細(xì)胞(dermal fibroblasts,dFBs)。dFBs通過(guò)分泌膠原蛋白等基質(zhì)成分，參與形成真皮組織。在小鼠皮膚的真皮網(wǎng)狀層正下方存在著一層特殊的脂肪組織，肉膜層將其與皮下脂肪組織清晰地分隔開(kāi)來(lái)，但人類皮膚中缺少肉膜層[1]。在過(guò)去，這兩層脂肪組織被統(tǒng)稱為皮下脂肪組織(subcutaneous white adipose tissue,sWAT)。最近研究[2]顯示，這層脂肪組織中的脂肪細(xì)胞和dFBs具有共同的前體細(xì)胞，在細(xì)胞更新頻率、分化譜系等方面與其他部位的脂肪組織明顯不同。Driskell 等[3]提出，將小鼠真皮網(wǎng)狀層以下與肉膜之間的組織命名為真皮內(nèi)脂肪組織(dermal white adipose tissue,dWAT)，其中的脂肪細(xì)胞稱為真皮內(nèi)脂肪細(xì)胞(dermal adipocytes)。

隨著人們對(duì)脂肪組織的發(fā)育、發(fā)生及功能研究的不斷深入，發(fā)現(xiàn)這層與皮膚密切相關(guān)的dWAT參與調(diào)控了皮膚組織的多項(xiàng)生理病理過(guò)程，例如毛發(fā)生長(zhǎng)[4-5]、創(chuàng)面愈合[6]、皮膚感染和衰老[7]等。這些研究不但豐富了人們對(duì)脂肪組織參與調(diào)控機(jī)體功能的認(rèn)識(shí)，而且拓展了對(duì)皮膚組織的發(fā)育、損傷修復(fù)以及衰老過(guò)程等的了解，并有助于發(fā)現(xiàn)新的干預(yù)治療靶點(diǎn)，為皮膚損傷修復(fù)、延緩皮膚衰老等整形美容外科重大臨床問(wèn)題的治療，提供了新的方向。

1 脂肪組織分類簡(jiǎn)述

哺乳動(dòng)物脂肪組織根據(jù)其發(fā)育、組織結(jié)構(gòu)與功能等，可分為白色脂肪組織(white adipose tissue,WAT)與棕色脂肪組織(brown adipose tissue,BAT)[8]。白色脂肪組織是哺乳動(dòng)物(包括成年人類)的主要脂肪組織。大多脂肪細(xì)胞只含有單個(gè)脂滴，線粒體明顯少于棕色脂肪細(xì)胞。白色脂肪組織又可分為內(nèi)臟脂肪組織(visceral WAT,vWAT)和sWAT。vWAT主要分布于大網(wǎng)膜、腸系膜、內(nèi)臟器官等周圍。sWAT位于皮膚真皮的深層。一般認(rèn)為，sWAT主要負(fù)責(zé)能量的儲(chǔ)存，維持機(jī)體能量代謝的平衡。此外，sWAT通過(guò)其隔熱作用，參與維持機(jī)體體溫的平衡。在小鼠，BAT主要分布于肩胛間區(qū)，其成脂分化能力隨著年齡增長(zhǎng)逐漸減弱，活性逐漸降低。人類的BAT主要存在于嬰兒時(shí)期，隨著年齡的增長(zhǎng)而逐漸萎縮。在長(zhǎng)期暴露于極端寒冷環(huán)境中的成年人，其肩胛間區(qū)也可出現(xiàn)BAT。棕色脂肪細(xì)胞內(nèi)含有多房脂滴和大量線粒體，主要功能是消耗儲(chǔ)存的能量，參與機(jī)體體溫調(diào)節(jié)，并維持葡萄糖和脂質(zhì)代謝平衡。

dWAT是近年來(lái)對(duì)皮膚脂肪組織深入研究后提出的新的概念。研究[2]顯示，真皮內(nèi)脂肪細(xì)胞在前體細(xì)胞、細(xì)胞分化譜系、更新頻率等方面完全獨(dú)立于皮下脂肪組織。小鼠dWAT位于真皮網(wǎng)狀層以下，肉膜將dWAT與sWAT分開(kāi)，界限明顯。人類皮膚中由于缺少肉膜結(jié)構(gòu)，dWAT與深部的sWAT緊密結(jié)合，界限模糊。

2 dWAT調(diào)控毛囊生長(zhǎng)

在毛發(fā)的生長(zhǎng)過(guò)程中，毛囊(hair follicle,HF)結(jié)構(gòu)發(fā)生周期性變化，分為3個(gè)階段：生長(zhǎng)期(anagen)、退行期(catagen)、休止期(telogen)。當(dāng)毛囊內(nèi)基質(zhì)細(xì)胞停止增殖、毛囊下2/3細(xì)胞迅速凋亡時(shí)，毛囊開(kāi)始進(jìn)入退行期。其后毛囊上1/3仍然保持完整，真皮乳頭被牽拉至毛囊隆起區(qū)底部，維持于靜止?fàn)顟B(tài)稱為毛囊的休止期。此后，毛囊干細(xì)胞與真皮乳頭內(nèi)間充質(zhì)細(xì)胞相互作用，增殖形成毛芽，毛囊進(jìn)入生長(zhǎng)期，開(kāi)始一個(gè)新的毛囊周期[9]。

早在20世紀(jì)30年代，Butcher[10]觀察到在毛囊激活生長(zhǎng)的過(guò)程中，dWAT厚度也隨之增加一倍。20世紀(jì)50年代，Chase 等[11]發(fā)現(xiàn)，在毛囊的退行期和休止期，伴隨著毛囊形態(tài)變得小而圓，dWAT體積顯著減少，達(dá)到最菲薄的階段。通過(guò)定量檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，真皮層厚度在毛囊生長(zhǎng)期增加了50%，dWAT厚度增加了100%～200%。這兩個(gè)過(guò)程的同步性顯示，HF和dWAT之間存在著遠(yuǎn)距離的相互作用[12]。

雖然dWAT調(diào)控毛囊生長(zhǎng)的現(xiàn)象在隨后的研究[13]中得到進(jìn)一步證實(shí)。但是，dWAT是由多細(xì)胞組成的復(fù)雜組織，其中何種細(xì)胞調(diào)控了毛囊的生長(zhǎng)，一直未得到明確回答。Festa等[14]發(fā)現(xiàn)在毛發(fā)生長(zhǎng)起始階段中存在明顯的脂肪前體細(xì)胞激活，且與毛發(fā)并行增殖，并伴隨毛囊生長(zhǎng)循環(huán)發(fā)生周期性消長(zhǎng)。作者通過(guò)比較Ebf1基因缺失小鼠、AZIP小鼠皮膚毛囊生長(zhǎng)情況，以探究脂肪前體細(xì)胞對(duì)毛發(fā)周期的影響。Ebf1是脂肪細(xì)胞發(fā)育必需的轉(zhuǎn)錄因子[15]，Ebf1基因缺失小鼠，出生后真皮中成熟脂肪細(xì)胞數(shù)量減少，并缺乏脂肪前體細(xì)胞。AZIP小鼠表達(dá)的A-ZIP/F分子，可以抑制脂肪分化轉(zhuǎn)錄因子C/EBP和AP-1的活性，從而抑制成熟白色脂肪組織形成，但脂肪前體細(xì)胞數(shù)量不受影響。作者發(fā)現(xiàn)缺乏脂肪前體細(xì)胞的Ebf1基因缺失小鼠毛囊停滯在休止期或衰退期，毛囊干細(xì)胞激活受限，無(wú)法順利進(jìn)入生長(zhǎng)期，但AZIP小鼠毛囊可以順利進(jìn)入生長(zhǎng)期。由此可見(jiàn)，脂肪前體細(xì)胞對(duì)毛囊干細(xì)胞的激活是必不可少的。

血小板衍生生長(zhǎng)因子-α(platelet derived growth factor-α，PDGF-α)在脂肪前體細(xì)胞中的含量極高。研究[16]顯示，在生長(zhǎng)期，PDGF受體在真皮毛乳頭和毛基質(zhì)下部高表達(dá)，其激活依賴于脂肪前體細(xì)胞。PDGF-α基因缺失小鼠表現(xiàn)為毛囊干細(xì)胞延遲激活、不能進(jìn)入生長(zhǎng)期，其表型與缺乏脂肪前體細(xì)胞的Ebf1基因缺失小鼠一致。綜上，真皮內(nèi)脂肪前體細(xì)胞通過(guò)釋放PDGF，動(dòng)態(tài)影響毛囊干細(xì)胞的活性，進(jìn)而參與調(diào)控毛囊周期和毛發(fā)生長(zhǎng)。

此外，Plikus等[17]發(fā)現(xiàn)，BMP2和BMP4作為毛發(fā)生長(zhǎng)的抑制因子，在dWAT中周期性表達(dá)，參與調(diào)控毛發(fā)生長(zhǎng)。Zhang 等[18]也證實(shí)在毛囊退行期早期，真皮內(nèi)脂肪細(xì)胞會(huì)特定地產(chǎn)生信號(hào)，從而抑制毛發(fā)再生過(guò)程中干細(xì)胞的激活過(guò)程。

3 dWAT調(diào)控皮膚傷口愈合

皮膚創(chuàng)傷愈合包括炎癥期、傷口收縮、肉芽組織增生和瘢痕形成四個(gè)基本過(guò)程，這一過(guò)程需要免疫細(xì)胞、上皮細(xì)胞和dFBs等多種細(xì)胞參與。真皮脂肪細(xì)胞也在傷口愈合過(guò)程中發(fā)揮重要作用[6]。研究[19]顯示，在損傷后的第5天，成熟脂肪細(xì)胞開(kāi)始出現(xiàn)于皮膚創(chuàng)面邊緣，此后逐漸向傷口中心移動(dòng)。與未受傷的皮膚相比，受傷5 d和7 d后的傷口內(nèi)脂肪細(xì)胞前體的增殖情況和含量百分比都顯著增加。AZIP小鼠和用過(guò)氧化物酶體增殖劑激活受體γ(peroxisome proliferators-activated receptor-γ,PPAR-γ)抑制劑治療的小鼠中的傷口均缺乏成熟的脂肪細(xì)胞，兩者與對(duì)照組相比傷口愈合情況不佳。2020年，Shook等[20]揭示受損區(qū)域的真皮內(nèi)脂肪細(xì)胞可以迅速上調(diào)脂肪三酰甘油脂肪酶(adipose triglyceride lipase,ATGL)依賴性甘油三酸酯的脂解作用，釋放飽和和單不飽和脂肪酸到創(chuàng)面。釋放的游離脂肪酸可以募集并激活促炎型Ly6chig單核巨噬細(xì)胞，進(jìn)而加速傷口區(qū)域的血運(yùn)重建，促進(jìn)皮膚傷口愈合[21]。此外，當(dāng)成熟的真皮內(nèi)脂肪細(xì)胞完全耗盡了脂質(zhì)儲(chǔ)備后，便會(huì)去分化為Pdgfrα+Pdgfrβ+的dFBs，遷移至受傷部位，產(chǎn)生細(xì)胞外基質(zhì)促進(jìn)傷口愈合。

通過(guò)脂肪移植，可以促進(jìn)創(chuàng)面愈合，治療瘢痕疙瘩和肥厚性疤痕，其作用在臨床應(yīng)用中已得到證實(shí)[22]。慢性傷口的治療耗時(shí)且經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)重，其中靜脈潰瘍占發(fā)病率的70%。Konstantinow等[23]針對(duì)17例下肢靜脈多發(fā)性潰瘍患者進(jìn)行脂肪移植治療，所有患者在治療后71～174 d內(nèi)均表現(xiàn)出潰瘍完全上皮化。Bruno等[24]將93例慢性燒傷瘢痕患者分為兩組進(jìn)行研究。其中一組進(jìn)行瘢痕下脂肪填充，另一組作為對(duì)照組注射0.9%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))的氯化鈉注射液。發(fā)現(xiàn)脂肪填充術(shù)后6個(gè)月，真皮乳頭血管化改善，膠原組織改善。脂肪填充創(chuàng)面基底層細(xì)胞Ki-67表達(dá)增加，表明其增殖增加。采用改良的溫哥華瘢痕量表的臨床評(píng)價(jià)表明，瘢痕性狀得到顯著改善。可見(jiàn)，脂肪移植能夠促進(jìn)多種慢性難愈合傷口愈合，減少瘢痕形成。

4 dWAT調(diào)控皮膚固有免疫

Zhang等[25]的研究顯示，小鼠皮膚在受到金黃色葡萄球菌(Staphylococcusaureus,S.aureus)感染之后，局部真皮層內(nèi)的前脂肪細(xì)胞發(fā)生快速增殖，與未感染S.aureus的小鼠皮膚相比，成熟脂肪細(xì)胞數(shù)量增加了將近3倍之多，細(xì)胞體積也逐漸增大，dWAT發(fā)生迅速擴(kuò)張，這一過(guò)程被定義為反應(yīng)性脂肪生成。在該過(guò)程中，作者觀察到真皮內(nèi)前脂肪細(xì)胞的分化過(guò)程增強(qiáng)，在感染部位的脂肪層中，抗菌肽(cathelicidin antimicrobial peptide，Camp)mRNA和蛋白質(zhì)的表達(dá)顯著增加。Camp是一類具有廣譜抗細(xì)菌、真菌、病毒、寄生蟲(chóng)和腫瘤細(xì)胞等活性作用的多肽，在皮膚感染中能抑制細(xì)菌增殖、抵抗皮膚感染。Zfp423nur12小鼠或者經(jīng)過(guò)PPAR-γ抑制劑處理過(guò)的小鼠，因?yàn)槠つw內(nèi)前脂肪細(xì)胞的定向過(guò)程和轉(zhuǎn)錄分化過(guò)程受阻，前脂肪細(xì)胞活化降低，脂肪生成受阻。Zhang等[25]發(fā)現(xiàn)這兩種小鼠皮膚感染部位對(duì)S.aureus的易感性明顯增加，表現(xiàn)為菌落大小增加了6倍之多，隨后還會(huì)表現(xiàn)出全身性菌血癥。這些結(jié)果表明，dWAT是皮膚固有免疫的重要組成部分。細(xì)菌感染皮膚后，感染部位dWAT局部擴(kuò)張并分泌Camp，在皮膚固有免疫中發(fā)揮重要作用。

Zhang等[26]證實(shí)當(dāng)皮膚局部發(fā)生S.aureus感染后，真皮層中的dFBs開(kāi)始向脂肪細(xì)胞分化,同時(shí)在反應(yīng)性脂肪形成的過(guò)程中，真皮內(nèi)未成熟的脂肪細(xì)胞分泌Camp，發(fā)揮抵抗感染的作用。出生后的小鼠，隨著年齡的增加，具有成脂能力和抗菌功能的dFBs儲(chǔ)備逐漸下降，同時(shí)，轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子-β(transforming growth factor-β,TGF-β)年齡依賴性激活后，通過(guò)TGFBR-SMAD2/3通路，削弱了dFBs的成脂能力。這些因素共同導(dǎo)致隨著年齡增加，dWAT含量減少，在感染刺激后，反應(yīng)性脂肪生成和Camp的產(chǎn)生也隨之下降，皮膚固有免疫削弱。

5 dWAT與皮膚衰老

從機(jī)械學(xué)角度來(lái)看，皮膚表現(xiàn)為層狀復(fù)合結(jié)構(gòu)，包括表面菲薄的角質(zhì)層、柔軟的表皮層和真皮層以及最深層的sWAT。當(dāng)皮膚彼此相連的兩層結(jié)構(gòu)之間機(jī)械性能不匹配時(shí)，例如：層與層之間的黏合強(qiáng)度和厚度比、彎曲和拉伸剛度，老化的一層在張力作用下會(huì)失去結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，最簡(jiǎn)單的表現(xiàn)形式便是起皺[27]。皮膚老化過(guò)程中，dWAT的細(xì)胞數(shù)量和膠原網(wǎng)絡(luò)喪失，造成dWAT厚度不斷下降，彎曲能力下降。Geyfman等[28]的研究證實(shí)，小鼠皮膚僵硬程度與dWAT厚度成反比。dWAT結(jié)構(gòu)隨著老化而改變，與真皮層發(fā)生機(jī)械相互作用，皮膚的抗皺穩(wěn)定性最多可降低4倍，參與皮膚衰老。

光老化是皮膚外源性老化的重要原因。據(jù)統(tǒng)計(jì)[29]，高達(dá)90%的可見(jiàn)性皮膚老化是由紫外線輻射引發(fā)的。其主要表現(xiàn)為皺紋、皮膚松弛、粗糙、皮膚變色等。報(bào)道[30]顯示，小鼠在慢性中波紫外線(ultraviolet-B,UV-B)照射后，dWAT體積有所下降，同時(shí)伴隨著膠原纖維組織沉淀。最新研究[1,30]證實(shí)，紫外線輻射可以誘導(dǎo)“脂肪細(xì)胞-肌成纖維細(xì)胞轉(zhuǎn)變(adipocyte-myofibroblast transition,AMT)”，局部的成纖維細(xì)胞向纖維化方向分化，取代脂肪組織。所有的這些生物學(xué)過(guò)程都參與改變衰老皮膚的機(jī)械性能。可見(jiàn)，dWAT在皮膚光老化中也發(fā)揮著重要作用。

此外，紫外線輻射導(dǎo)致的光老化與皮膚表面的脂質(zhì)(α-生育酚)含量密切相關(guān)。α-生育酚主要由皮脂腺分泌，能消除由紫外線、空氣污染等外界因素造成的過(guò)多的氧自由基，起到延緩光老化、預(yù)防曬傷和抑制日曬紅斑生成等作用。紫外線照射導(dǎo)致其在皮膚表面的含量顯著降低，進(jìn)而引起對(duì)隨后的紫外線吸收更強(qiáng)，形成惡性循環(huán)。機(jī)體內(nèi)大約90%的維生素E儲(chǔ)存在脂肪細(xì)胞的脂滴中，其中2/3以α-生育酚的形式存在。α-生育酚可以通過(guò)刺激前脂肪細(xì)胞表達(dá)PPAR-γ，促進(jìn)成脂分化。反復(fù)的紫外線輻射會(huì)導(dǎo)致dWAT持續(xù)減少，這可能是由于α-生育酚不斷消耗，而迫使脂肪細(xì)胞中脂質(zhì)外流所致。

6 結(jié)束語(yǔ)

dWAT在皮膚病理生理中發(fā)揮著廣泛且重要的調(diào)控作用。通過(guò)對(duì)脂肪組織的干預(yù)，促進(jìn)皮膚創(chuàng)面愈合、減少瘢痕增生，已經(jīng)在臨床治療中顯示初步效果。脂肪干細(xì)胞是存在于皮下脂肪組織中的成體間質(zhì)干細(xì)胞，具有來(lái)源廣泛、擴(kuò)增能力強(qiáng)、誘導(dǎo)分化穩(wěn)定等優(yōu)勢(shì)，在治療組織損傷及多種疾病的研究中，顯示了較肯定的治療效果。本課題組在國(guó)際上較早開(kāi)展了脂肪干細(xì)胞的研究與臨床應(yīng)用，通過(guò)基于脂肪干細(xì)胞的組織工程技術(shù)，成功再造骨[31]、軟骨[32]、血管[33]等組織。應(yīng)用脂肪干細(xì)胞構(gòu)建組織工程骨，在臨床上開(kāi)創(chuàng)性地開(kāi)展了股骨頭壞死、骨不連的修復(fù)與顱面骨[34]的再造，取得了多項(xiàng)突破性進(jìn)展。本課題組應(yīng)用脂肪干細(xì)胞的組織工程技術(shù)，成功進(jìn)行了皮下脂肪的再造，再造脂肪組織具有良好的小葉結(jié)構(gòu)[35]，為進(jìn)一步進(jìn)行皮膚衰老、創(chuàng)面愈合等的干預(yù)奠定了基礎(chǔ)。