人类一直有“长生不老”的梦想，而作为机体最大器官的皮肤，是个体看起来是否年轻的关键决定因素。
近日，来自中科院上海营养与健康研究院的张亮团队，在《自然·衰老》杂志发表了关于防止皮肤衰老的重要研究成果[1]。
他们借助巧妙的小鼠模型，揭示了MiR-31通过MAPK/ERK通路调控生物毛囊干细胞功能，驱动了皮肤衰老。
特别具有临床意义的是，他们发现已获批的MAPK/ERK抑制剂能阻断这一过程，从而防止皮肤老化。
论文首页截图
皮肤衰老可以体现在多个方面，例如毛发变白、变细、皱纹的出现，以及伤口愈合的延迟等。以往机制研究提示，对于表皮这样处于不断快速更替的组织，其衰老大多可以归因于常驻干细胞的消失[2]。
毛囊干细胞位于表皮毛囊隆突部，它是调控毛发周期性生长的决定因素。紫外线以及辐射等外界因素，能通过改变毛囊干细胞基因组稳定性而加速皮肤衰老，然而何种内在因素驱动了毛囊干细胞衰老尚不清楚。
以往研究阐释了多种转录因子在毛囊干细胞衰老中的作用，然而MicroRNA(MiR)在其中的调控作用尚不清楚。
为了找到调控毛囊干细胞功能的关键内源性MiR，张亮团队首先从年轻的8周龄小鼠，和年老的22月龄小鼠的背部皮肤获得单个表皮细胞，经过测序发现MiR-31等显著升高，且原位杂交提示这些升高的MiR-31多位于毛囊干细胞所处的隆突处。
原位杂交提示，MiR-31在年老小鼠毛囊隆突部位高表达
为了验证皮肤衰老后MiR-31升高这一现象，张亮团队又检测了年老的人皮肤中MiR-31的表达水平，发现MiR-31显著升高。
此外，张亮团队还构建了一种辐照诱导的皮肤衰老模型，经辐照处理后，小鼠的皮肤出现了毛发变白、皮脂腺缩小以及创伤愈合延迟等皮肤衰老的表现，而且MiR-31在这一过程中也显著升高。
以上研究结果说明，MiR-31确实与皮肤的衰老密切相关。
小鼠毛发在接受辐照后约5周变白
为了探究毛囊干细胞在辐照诱导皮肤衰老中的作用，张亮团队用示踪方法标记了小鼠的毛囊干细胞，结果发现辐照促进小鼠毛囊干细胞分裂增殖，而且分裂产生的后代细胞会从隆突部逐步进入到表皮之间。不过，没有接受辐照的小鼠不存在这一现象。
需要指出的是，辐照小鼠毛囊干细胞的数量在这一过程中会逐渐减少。实际上，以往研究表明这种头皮分化是毛囊干细胞减少的重要途径[2]。
那MiR-31和毛囊干细胞的透皮分化，以及皮肤衰老之间是什么关系呢？
辐照（Rad）导致毛囊干细胞来源的细胞（绿色GFP信号）出现在小鼠表皮
为了阐明MiR-31通过何种机制导致了皮肤衰老，张亮团队构建了在表皮特异性诱导过表达MiR-31的小鼠观察，发现MiR-31的过表达使得小鼠过早的出现毛发稀疏等皮肤衰老的表现。
相比于野生型小鼠（WT），表皮过表达MiR-31小鼠（DTG）出生后55天（P55）即表现出毛发稀疏等皮肤老化表现，这一现象在小鼠年老后更为明显
究其背后原因，原来是MiR-31过表达使得毛囊干细胞出现了明显的透皮分化，示踪小鼠的实验也再现了这一结果。
如此看来，是MiR-31的过表达促进了毛囊干细胞的透皮分化，进而导致皮肤衰老。这提示在小鼠自然老化的过程中，表皮MiR-31本身作为内源性因素，能够驱动皮肤衰老。
在MiR-31过表达小鼠（DTG）中，绿色标记的毛囊干细胞来源细胞逐步出现在毛囊之间的表皮
为了进一步验证MiR-31的作用，张亮团队在小鼠的表皮特异性敲除MiR-31基因，发现该小鼠在年老时的皮肤看起来依然年轻。其皮肤创口愈合能力也比野生型小鼠强。
在17月龄时，与同龄野生型（WT）对照小鼠相比，表皮特异性敲除MiR-31小鼠（cKO），其皮肤看起来更有光泽，显得更为年轻
为了找寻MiR-31发挥作用的分子机制，张亮团队通过筛选发现，过表达MiR-31小鼠中，ERK通路显著活化，且ERK在MiR-31表皮特异性敲除小鼠中被抑制。随后的体外细胞系研究表明：MiR-31通过结合Clock基因的UTR区域，调控CLOCK蛋白表达，进而调节表皮细胞ERK的活化，调节毛囊干细胞功能。
让人兴奋的结果来了，既然ERK是介导MiR-31作用的关键信号通路，那么已经批准应用于临床的该通路抑制剂能否阻止皮肤老化呢？
带着这个问题，张亮团队想到了曲美替尼（Trametinib），这是一种MEK1/2的抑制剂[3]，国内已经批准用于黑素瘤的治疗，而MEK正是ERK的上游通路，抑制MEK1/2能够降低ERK的活化。
在表皮过表达MiR-31的小鼠中，口服曲美替尼使得毛囊干细胞经皮分化显著减少，从而减缓了该小鼠的皮肤衰老。
绿色的数量代表毛囊干细胞来源的细胞，其出现在了表皮的位置提示有经皮分化，数量越多提示毛囊干细胞耗竭越多
在辐照诱导的皮肤衰老模型中，口服曲美替尼显著改善了小鼠毛发变白的状况，而辐照部位绝大部分毛囊也生存了下来。
给小鼠口服曲美替尼改善了辐照导致的小鼠毛发变白
对于靶向皮肤的药物，外用相较于口服更为适合，因此张亮团队探究局部外涂是否能发挥类似的作用，为此他们用把曲美替尼做成了一种可以外用的剂型，让人眼前一亮的是，仅外涂一次就能够显著改善辐照诱导的毛发变白。
皮肤外涂曲美替尼能够减少辐照导致的毛发变白
其实，MEK抑制剂或者ERK抑制剂早已在临床上应用，皮肤科医生常遇到因为口服这两类药物而导致的毛囊性丘疱疹，这也是部分患者停药或者减量使用药物的重要原因之一[4]。
至于MEK抑制剂为何会导致主要以毛囊性丘疱疹为主的皮损，有机制研究发现，这一现象与MEK抑制剂能够调控表皮的白介素36γ以及痤疮丙酸杆菌有关[5]。
总的来说，张亮团队的研究成果虽然找到了一种延缓皮肤衰老的潜在方法，但是仍需要更多的研究来证明这一发现的可行性。
比如，那些口服MEK或者ERK抑制剂患者表皮MiR-31的改变情况如何？口服MEK或者ERK抑制剂，是否阻止了患者的皮肤衰老呢？
此外，文中证明MEK或者ERK抑制剂能够阻止辐照诱导的小鼠皮肤衰老，但是对于生理性衰老的作用尚不清楚，MEK或者ERK抑制剂的长期应用仍需谨慎权衡利弊。
参考文献：
1. Matsumura H, Mohri Y, Binh NT, et al. Hair follicle aging is driven by transepidermal elimination of stem cells via COL17A1 proteolysis. Science. 2016;351(6273):aad4395. doi:10.1126/science.aad4395
2. Ermolaeva M, Neri F, Ori A, Rudolph KL. Cellular and epigenetic drivers of stem cell ageing. Nat Rev Mol Cell Biol. 2018;19(9):594-610. doi:10.1038/s41580-018-0020-3
3. Escuin-Ordinas H, Li S, Xie MW, et al. Cutaneous wound healing through paradoxical MAPK activation by BRAF inhibitors. Nat Commun. 2016;7:12348. Published 2016 Aug 1. doi:10.1038/ncomms12348
4. Wang CJ, Brownell I. BRAF Inhibitors for the Treatment of Papulopustular Eruptions from MAPK Pathway Inhibitors. Am J Clin Dermatol. 2020;21(6):759-764. doi:10.1007/s40257-020-00539-7
5. Satoh TK, Mellett M, Meier-Schiesser B, et al. IL-36γ drives skin toxicity induced by EGFR/MEK inhibition and commensal Cutibacterium acnes. J Clin Invest. 2020;130(3):1417-1430. doi:10.1172/JCI128678
本文作者丨热爱医学的小朱
责任编辑丨BioTalker