作者：李妮虹，张晓蓓，黎秋江，曾跃勤，昆明医科大学生物医学工程研究中心

昼夜节律( circadian rhythm) 是生物节律( biological rhythms) 的 一 种，由 中 央 振 荡 器 ( central oscillator) 和外周振荡器( peripheral oscillators) 组成， 大多都具有 24 h 的周期性。中央振荡器: 可见光被 认为是人类中最强大“主”时钟夹带线索，它通过视 网膜作用位于视交叉上核( suprachiasmatic nucleus， http: //pfxbxzz. paperopen. com SCN) 的中央振荡器，启动激素和神经元信号进而同 步外周振荡器。外周振荡器: 大多数外周组织和器 官( 肝脏、皮肤、心脏等) 都包含昼夜节律振荡器。 通常，它们受 SCN 的控制，而在进食受限，时差和轮 班时，它们可能会与 SCN 失去同步［1］。对小鼠的研 究表明，内部节律的破坏会导致早衰，并降低寿命和 生育率，从而对健康产生负面影响［2］。皮肤是人体 最重要的保护屏障［3］，也是衰老时最容易累及的器 官，衰老皮肤常常干燥缺水、胶原流失、皱纹横生，而 且还伴随毛发由黑变灰变白和脱落。随着对昼夜节 律研究的深入，越来越多的人认为皮肤衰老和昼夜 节律是有内在联系的，下面对其进行简要综述。

1 昼夜节律的分子机制

昼夜节律由中央和外周振荡器相互关联形成的 转 录-翻 译 反 馈 环 ( ranscriptio-translation feedback loop，TTFL) 控制。脑肌肉组织芳香烃受体核转运蛋 白 的 类 似 蛋 白 1 ( brain and muscle-arnt-like 1， BMAL1) 和昼夜运动输出周期( circadian locomotor output cycles kaput，CLOCK) 基因产物形成异二聚 体，结合到靶向节律基因的 E-box 元件上，从而激活 周期蛋白( period1-3，PEＲ1-3) 和隐花色素( pryptochrome1-2，CＲY1-2) 的转录。反过来，细胞质中的 PEＲ 和 CＲY 蛋白结合后进入细胞核通过抑制 CLOCK/BMAL1 蛋白二聚体的活性来抑制自身的转 录［4-5］。BMAL1 和 CLOCK 基因还能激活视黄酸受 体相关孤儿转录受体( retinoic acid receptor-related orphan receptor，ＲOＲ) 和母红血球病逆转录病毒( reverse erythroblastosis virus，ＲEV-EＲB) 的表达，前者 的产物激活 BMAL1 基因的转录，后者则抑制其表 达，从而进一步稳定了昼夜节律［6］，具体机制见图 1。时钟基因 BMAL1、CLOCK、PEＲ 和 CＲY 在离体 培养的人皮肤细胞中表达，包括角质形成细胞、黑素 细胞和真皮成纤维细胞［4］。 图 1 昼夜节律分子机制 Fig. 1 The molecular mechanism of circadian rhythm

2 激素基础: 褪黑素

 褪黑素( melatonin) 是一种多效性神经激素，是 昼夜节律中最重要的激素，主要由松果体分泌，受 SCN 的影响以昼夜节律的方式分泌，少部分由其他 外周器官分泌，包括肠道、性腺、视网膜和具有免疫 能力的细胞。褪黑素随节律而分泌，也可以反过来 直接作用于 SCN，影响昼夜节律的“时钟”机制。它 的产生具有明显昼夜节律，由来自视网膜的明/暗信 号严格调节，夜间达到高峰，而在白天则相对较低。 它还和年龄有关，新生儿的褪黑素峰值水平较高，而 老年人则开始下降［7］。皮肤中存在膜受体 MT1 和 MT2，是褪黑素的两个受体，属于 G 蛋白偶联受体超 家族，Dong 等［8］发现随着年纪的增大皮肤成纤维细 胞膜上 MT1 受体数量也会降低。多年来对褪黑素 的研究很多，它能够清除自由基，具有抗氧化作用， 能促使抗氧化酶产生，同时具有抗炎性，夜间高水平 分泌能够清除白天产生的过多自由基，修护肌肤屏 障［9］。松果体产生的褪黑素通过内分泌作用于皮 肤细胞，调控皮肤昼夜节律，Sandu 等［10］在大鼠的 皮肤研究中发现，褪黑素可以调节离体的成纤维细 胞中昼夜节律的幅度。种种证据表明，褪黑素对维 持和改变节律有重要意义。

3 昼夜节律与皮肤衰老

 拥有细腻有光泽的肌肤一直是广大女性朋友毕 生追求的梦想，抗衰也是人类从古至今想攻克的难 题之一。光老化对皮肤的伤害很大，是主要引起皮 肤衰老的原因［11］。紫外线辐射会引起 DNA 损伤、 氧化应激和炎症，并抑制皮肤中的免疫系统，共同促 进皮肤衰老［12］。面部皱纹被认为是皮肤衰老最突 出的特征，先前的证据表明，真皮成纤维细胞和表皮 角质形成细胞中的过量活性氧( reactive oxygen specie，ＲOS) 会诱导细胞分泌基质金属蛋白酶 1( matrix metalloproteinase 1，MMP-1) ，MMP-1 能降解包括胶 原蛋白和弹性蛋白在内的细胞外基质，皮肤结构遭 到破坏，导致皱纹形成［13］。被毛发遮挡的皮肤虽然 不容易引起光老化，但是随着年纪的增大，这里的皮 肤也会衰老，进而影响毛囊功能，出现毛发变白变 脆，甚至脱落［14］。目前皮肤衰老的病理机制比较复 杂，主要有自由基、活性氧的产生［15］、DNA 损伤、抗 氧化酶的下调［16］、黑色素沉积、水合失调、丝裂原活 化 蛋 白 激 酶 ( mitogen-activated protein kinase， MAPK) 通 路、cAMP 通路激活等一系列复杂事 件［17］。这些机制似乎都和昼夜节律息息相关，受节 律基因调节。下面将从节律基因影响皮肤衰老的机制进行阐述。

1 BMAL1 和皮肤衰老 Joo 等［12］ 用 UV 辐射 HaCaT 细胞造成了 DNA 损伤，同时导致 BMAL1 的 mＲNA 和蛋白质水平下调。DNA 损伤是衰老的病 理机制，说明 UV 辐射会引起衰老可能是由于皮肤 节律失调导致。实验发现，瓜蒌提取物能够修复 DNA 损伤并上调 BMAL1 的表达，说明恢复节律可 能有利于 DNA 修复，从而防止衰老。作为昼夜节律 转录因子之一的 BMAL1 一直以来被认为是必不可 少的核心节律基因，缺乏 BMAL1 的突变小鼠表现 出 ＲOS 水平上调，寿命缩短和各种早衰症状［18］， ＲOS 积聚是衰老进展中的重要事件之一，实验表 明，衰老可能是通过改变 BMAL1 的 表 达 来 控 制 ＲOS 产生实现的。酪氨酸酶是黑色素合成的关键 酶，黑色素会影响皮肤和毛发颜色，UV 照射引发的 色素沉积是机体保护细胞免受 ＲOS 损伤的重要机 制。Hardman 等 ［19］敲低人毛囊和皮肤细胞 BMAL1 基因，发现酪氨酸酶活性和表达均增加，黑素细胞和 角质形成细胞中的黑素体数量也增加，这些现象可 能和黑色素保护细胞免受 ＲOS 损伤有关，但并未说 明和毛发颜色的关系，可能毛发颜色的变化与 BMAL1 关系不大。Silveira 等［20］发现，BMAL1 的丢 失与活性氧调节剂( reactive oxygen species modulator 1，ＲOMO1) 的积 累 有 关，该蛋白负责诱导细胞内 ＲOS 的 产 生，这 进 一 步 说 明 了 BMAL1 丢 失 引 起 ＲOS 的产生。而 Ｒay 等［21］对敲除 BMAL1 的小鼠离 体肝脏组织切片和皮肤成纤维细胞培养发现仍然有 大量转录本节律性表达来维持昼夜节律，说明机体 有复杂的节律系统，但不能说明 BMAL1 不重要，目 前在节律和衰老关系中它仍然占有重要地位。Sun 等［22］揭示了 BMAL1 和 CLOCK 在永生化角质形成 细胞( immortalized HaCaT) 和原代人角质形成细胞 ( primary human keratinocytes，HKC) 中控制细胞凋亡 和 UVB 辐射引起的 DNA 损伤反应中具有重要功能。 多种证据表明 BMAL1 的下调和缺失会伴随着 ＲOS 产生和 DNA 损伤，恢复它的表达又会伴随 DNA 修 复，正常的 DNA 修复是肌肤保持年轻的基础，由此认 为 BMAL1 可调节 DNA 损伤和修复来控制衰老进程。

2 PEＲ 和 皮 肤 衰 老 皮肤暴露于紫外线时， MMP-1 的表达会上调并引起 DNA 损伤，MMP-1 是 胶原降解的元凶，紫外线并不是造成衰老的唯一因 素，通过不同途径上调 MMP-1 都能导致皮肤衰老。 Yeom 等［23］用 PEＲ2-siＲNA 和 PEＲ3-siＲNA 分别转 染 HaCaT 细胞，发现在敲低 PEＲ 基因的同时促进了 MMP-1 蛋白的分泌，其中敲低 PEＲ3 基因后 MMP-1 上调最明显，表明 PEＲ 基因可以调节 MMP-1 的分 泌进而影响皮肤衰老。研究［24］还发现，PEＲ2 基因 突变会引起头发变白和脱发增加。EＲK，JNK 通路 属于 MAPK 通路，是目前研究较多的两条通路，它 们的激活是皮肤走向衰老的常见原因。在哺乳动物 中，光信号通过视网膜神经末梢释放谷氨酸和垂体 腺苷酸环化酶激活肽( pituitary adenylate cyclase activating polypeptide，PACAP) ，它们作用于 SCN，从而 激活 cAMP 途径。cAMP 激活 EＲK/MAPK 途径，会 改 变 cAMP 反 应 元 件 ( cAMP-responsive element， CＲE) 介 导 的 转 录。CＲE 结 合 蛋 白 ( CＲE-binding protein，CＲEB) 被 EＲK/MAPK 途径磷酸化后与 CＲE 结合，从而增加了基因 c-FOS 以及时钟基因( PEＲ1 和 PEＲ2) 的表达［25］。cAMP 信号传导可通过抑制 EＲK，JNK 和由 c-FOS 和 c-JUN 组成的 AP-1 复合物 来抑制 MMP-1 表达［26］。 皮肤白天暴露在日光中产生大量自由基，将造 成 DNA 损伤，机体一般会在夜间进行清除和修复来 维持皮肤的稳定。随着电灯发明和电子产品的应 用，人造光源产生的蓝光被发现对皮肤夜间恢复和 睡眠造成了巨大影响，它对皮肤产生的伤害并不亚 于紫外线。Dong 等［27］的研究中发现，正常人角质 形 成 细 胞 ( normal human epidermal keratinocytes， NHEK) 对蓝光辐射非常敏感，这影响了其核心时钟 系统。NHEK 能够直接感知光的存在，无需 SCN 干 预即可控制自己的时钟基因表达。短暂的蓝光暴露 降低了 PEＲ1 水平，3 h 后仍不能恢复正常，可见蓝 光可以打乱正常节律。而长期蓝光辐射能够产生大 量 ＲOS 引起皮肤衰老，可能和节律紊乱有关。

3 其他基因和皮肤衰老 水合蛋白 3( aquaporin 3，AQP3) 通常在皮肤表皮和基底上层表达，在水和 甘油运输中起重要作用，是保证肌肤水润的基础。 Matsunaga 等［28］ 发现，CLOCK/BMAL1 异二聚体会 调节 AQP3 基因的转录并让其表现出和自己相似的 24 h 振荡。Shin 等［29］对 HaCaT 细胞进行 UVB 辐 射，发现 AQP3 表达受到抑制，而通过不同浓度的熊 耳草提取物处理后 AQP3 表达上调，同时磷酸化 p38 蛋白表达增加，对 CLOCK 基因敲低后 AQP3 表达降 低，这些结果可能表明熊耳草提取物对 AQP3 的恢 复是由 p38 MAPK 通路和 CLOCK 介导的。 目前有关 CＲY 基因和皮肤衰老的研究较少，只 知道引起皮肤衰老的蓝光除了会引起 PEＲ 基因的 变化，还会上调 CＲY 基因。Buscone 等［30］的研究表明，低剂量的蓝光能促进人类皮肤角质形成细胞 CＲY 基因表达，但是目前仍不清楚蓝光怎么通过 CＲY 基因来激活衰老机制。另外对生物钟分子机 制中的 ＲEV-EＲB 和 ＲOＲ 基因的资料也很缺乏， 但是我们已经知道 BMAL1 是皮肤衰老研究中的 一个核心基因，而 ＲEV-EＲB 和 ＲOＲ 基因能抑制 和促进 其 表 达，相信未来对它们的研究会越来 越多。

4 结语

近年来，昼夜节律在皮肤衰老中的研究越来越 多。从 基 因 上，主 要 研 究 了 BMAL1、PEＲ 以 及 CLOCK 的变化; 从病理机制上，主要研究了 ＲOS、 DNA、MMP-1、AQP3 的变化和 MAPK 及 cAMP 途径 的激活。目前的研究将节律基因变化和常见皮肤衰 老引发的病理机制结合起来，为皮肤抗衰提供了一 个新视角。蓝光的广泛使用，使人体生物节律被打 乱，ＲOS 产生增加肌肤损伤，褪黑素分泌减少影响 睡眠，共同作用最终引起皮肤衰老。值得注意的是， 目前通过探讨蓝光打乱节律去影响皮肤衰老的研究 还较少，还需要更多的研究来填补此处的空白，相信 未来这将是抗衰研究的一个方向。

参考文献略。

来源：李妮虹,张晓蓓,黎秋江,曾跃勤.昼夜节律在皮肤衰老中的研究进展[J].中国皮肤性病学杂志,2022,36(03):343-346+358.

(本网站所有内容，凡注明来源为“医脉通”，版权均归医脉通所有，未经授权，任何媒体、网站或个人不得转载，否则将追究法律责任，授权转载时须注明“来源：医脉通”。本网注明来源为其他媒体的内容为转载，转载仅作观点分享，版权归原作者所有，如有侵犯版权，请及时联系我们。)