《Ageing Research Reviews》：Posttranslational Oxidation of SOD1 and Skin Aging: Evidence, Gaps, and Future Directions
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蛋白质毒性应激（proteotoxic stress）和蛋白质稳态（proteostasis）失衡导致皮肤衰老。氧化应激诱导SOD1错误折叠，形成蛋白质毒性与细胞损伤的自我放大循环。野生型SOD1的病理性氧化将其相关性从肌萎缩侧索硬化（amyotrophic
蛋白质毒性应激（proteotoxic stress）和蛋白质稳态（proteostasis）失衡导致皮肤衰老。氧化应激诱导SOD1错误折叠，形成蛋白质毒性与细胞损伤的自我放大循环。野生型SOD1的病理性氧化将其相关性从肌萎缩侧索硬化（amyotrophic lateral sclerosis, ALS）扩展至组织衰老。线粒体功能障碍与蛋白质稳态崩溃之间的双向相互作用形成自我放大的衰老环路。恢复蛋白质稳态网络能力是延缓皮肤衰老、维持组织功能的有前景的策略。
1. 引言
皮肤衰老被公认为一个复杂的多因素过程。临床上表现为皱纹、弹性丧失、屏障功能受损和伤口愈合延迟。在生物学层面，这些表型源于内在因素（如遗传背景和代谢活动）与外在应激源（包括紫外线、环境污染物和氧化应激）的累积效应。不断扩展的衰老标志框架目前涵盖14个公认的衰老标志，反映了这一复杂性。细胞外基质重塑被新纳入为独立标志，凸显了细胞外微环境中结构蛋白的完整性同样易受年龄相关衰退的影响，与细胞内组分无异。这一认识强调了蛋白质稳态在细胞内和细胞外区室的维持对组织完整性的根本重要性。
蛋白质稳态已成为理解细胞如何协调蛋白质合成、折叠和降解以维持皮肤功能的核心框架。作为与外部环境接触面积最大的器官，皮肤持续暴露于慢性损伤，尤其是氧化应激。活性氧（reactive oxygen species, ROS）是生理信号传导中的必需介质。然而，这些分子的过量产生会诱导氧化应激，导致细胞组分（特别是蛋白质）发生显著的化学修饰。皮肤蛋白质的降解是皮肤衰老的基本驱动因素。在生理条件下，蛋白质稳态维持蛋白质损伤与清除之间的动态平衡。在衰老过程中，蛋白质毒性应激增加和降解能力下降逐渐打破这一平衡，导致错误折叠、氧化和聚集蛋白的积累。
该过程中一个关键但被低估的组成部分是抗氧化防御系统本身的脆弱性。SOD1是一种铜/锌依赖性抗氧化酶，主要定位于细胞质，催化超氧阴离子歧化为过氧化氢和氧气，从而参与细胞对超氧化物的防御。然而，SOD1可能被其终产物过氧化氢悖论性地氧化，导致结构不稳定、错误折叠和聚集。由此导致的SOD1活性丧失和/或异常SOD1物种的积累可能损害细胞超氧化物处理能力并加剧氧化性蛋白质毒性应激。尽管SOD1主要存在于细胞质中，线粒体膜间隙（intermembrane space, IMS）中的SOD1池也可能参与局部氧化还原控制。因此，SOD1缺乏或氧化功能障碍可能通过改变细胞质和IMS相关的超氧化物处理来扰乱线粒体氧化还原稳态，进而导致线粒体功能障碍和蛋白质稳态应激。该机制应区别于线粒体基质内SOD2依赖性超氧化物解毒。
这种线粒体氧化还原损伤提供了进一步的蛋白质毒性放大层面。线粒体ROS产生增加加剧蛋白质损伤，而蛋白质稳态受损则破坏线粒体蛋白质的质量控制和生物能量功能，强化线粒体损伤与蛋白质错误折叠之间的双向恶性循环。同样，损伤蛋白的积累促进细胞衰老的发生和促炎因子的分泌，建立慢性炎症微环境。这些相互作用形成自我强化的反馈环路，放大细胞应激并加速组织退化。
在本综述中，研究人员综合了ROS诱导的蛋白质损伤、蛋白质稳态失衡、SOD1功能障碍、线粒体功能障碍与皮肤衰老之间的现有证据。蛋白质稳态受损被认为是皮肤衰老的一个相互关联的促成因素，与基因组和表观遗传改变、线粒体功能障碍、细胞衰老、慢性炎症、ECM重塑和干细胞功能障碍并列。因此，研究人员讨论了支持蛋白质质量控制的策略如何与维持细胞稳态和皮肤功能的更广泛方法互补。
2. 文献检索策略
鉴于本课题的机制性和跨学科范围，采用了叙述性综述方法，该课题跨越皮肤病学、氧化还原生物学和神经退行性疾病研究。通过PubMed和Web of Science检索确定相关文献，主要涵盖2010年至2026年7月的出版物，并纳入少量早期奠基性研究。检索词使用布尔运算符组合，并围绕四个主题组组织。优先考虑在皮肤相关模型中进行的机制性和实验性研究。由于SOD1的病理性氧化和错误折叠在ALS和其他神经退行性背景下得到了最广泛的表征，因此有意纳入这些领域的文献以建立SOD1功能障碍的保守生化机制。此类非皮肤证据严格用作机制支架而非直接皮肤病学证据，并在文中以限定性语言明确标注。同样，缺乏与氧化应激、衰老或屏障相关病理学联系的蛋白质稳态机制或线粒体生物学研究仅作为概念背景纳入，不作为皮肤特异性主张的直接证据引用。
3. 皮肤作为蛋白质毒性战场
蛋白质稳态是一个高度协调的动态网络，调控蛋白质的合成、折叠、运输和降解，从而在生理和应激条件下维持细胞蛋白质组的完整性。该网络通过三个核心功能模块的协调作用运行：促进蛋白质正确折叠的分子伴侣、负责选择性降解短寿命和损伤蛋白的泛素-蛋白酶体系统（ubiquitin-proteasome system, UPS），以及介导长寿命蛋白和蛋白质聚集体批量降解的自噬-溶酶体途径（autophagy-lysosomal pathway, ALP）。皮肤持续暴露于已知最强的蛋白质毒性应激源：紫外线辐射、空气污染物、颗粒物、臭氧和香烟烟雾。这些因素诱导大量ROS产生，直接攻击皮肤蛋白质组。同时，内在衰老通过低效的线粒体电子传递、代谢ROS产生增加和抗氧化能力下降，给皮肤施加内源性氧化负担。
皮肤蛋白质组经历持续重塑，纤维状胶原蛋白（I型和III型）、弹性纤维组分和蛋白聚糖等结构蛋白是长寿命分子，特别容易受到累积性损伤，这是皮肤光老化的化学后果。在真皮成纤维细胞中，负责合成和维持ECM的细胞在其长寿命期间积累氧化和非酶修饰，包括羰基化、糖化和交联。这些修饰大多不可逆，使真皮成纤维细胞成为衰老蛋白质组的特别敏感指标和驱动因素。分子伴侣在减轻蛋白质毒性应激方面发挥核心作用。然而，越来越多的证据表明，伴侣蛋白的表达和活性随年龄下降，降低了应激条件下蛋白质重折叠的能力。
错误折叠蛋白还可以螯合分子伴侣、抑制蛋白酶体活性并破坏细胞内运输，从而以自我传播的方式加剧蛋白质组不稳定。同时，年龄相关的UPS功能障碍已被广泛记录，其特征是蛋白酶体活性降低和泛素介导的底物识别效率下降。同样，自噬通量在衰老过程中逐渐下降，导致蛋白质聚集体和功能失调细胞器的积累。一个里程碑式的概念进展是认识到蛋白质稳态丧失可能是驱动组织衰老的初始损伤。Dréno等人提出，蛋白质组受损伴蛋白质稳态受损代表组织衰老的第一步，DNA修复、转录控制、线粒体功能、细胞周期调控和细胞间通讯的下游缺陷均可追溯到蛋白质损伤和功能障碍。
4. 皮肤中的自由基损伤机制
4.1 皮肤中ROS的来源
ROS是皮肤衰老过程中分子损伤的核心介质，既是生理信号分子，又是在过量时作为强效氧化应激诱导剂。皮肤中的自由基损伤来源于两个相互作用的来源。外源性ROS产生主要由紫外线辐射引起，其光敏化内源性色素，从而产生超氧阴离子、单线态氧、过氧化氢和羟基自由基。空气污染物独立产生ROS并增强紫外线造成的损伤。内源性ROS主要来源于线粒体电子传递链的泄漏，以及紫外线辐射、热休克和炎症介质诱导的质膜NADPH氧化酶活性。蓝光最近被认为是皮肤损伤的一个被低估的来源。
4.2 自由基种类及其靶标
皮肤氧化应激的生物学效应不仅取决于ROS的总负荷，还取决于单个自由基种类的化学性质、反应性和亚细胞定位。其中，超氧阴离子、过氧化氢、羟基自由基、单线态氧、4-羟基壬烯醛（4-HNE）、丙二醛（MDA）和羰基化蛋白是主要的活性氧种类。超氧阴离子主要在线粒体和膜相关NADPH氧化酶中产生，其直接反应性相对有限，但它是形成更具反应性物种的关键前体。其歧化反应产生过氧化氢，一种更稳定且可扩散的氧化剂。
尽管过氧化氢本身的固有反应性适中，但它在氧化还原信号传导中发挥核心作用。然而，在氧化失衡条件下，过氧化氢水平升高可促进异常硫醇氧化，导致二硫键重排、蛋白质折叠稳态破坏和毒性功能获得。当过氧化氢遇到从受损金属蛋白释放的自由铁或铜离子时，通过Fenton反应产生的羟基自由基是皮肤中最具破坏性的活性氧。羟基自由基在其产生位点立即反应，攻击蛋白质的主链和侧链，诱导肽键断裂、氨基酸氧化和蛋白质构象严重扭曲。这些修饰大多不可修复。
单线态氧是分子氧的高反应性非自由基激发态，主要通过在紫外线照射下内源性发色团的光敏化反应产生。与自由基不同，单线态氧选择性地与富电子基团反应，包括蛋白质中的组氨酸、甲硫氨酸、半胱氨酸和色氨酸残基。脂质过氧化产物，特别是4-HNE和MDA，构成一大类介导间接蛋白质损伤的次级亲电物种。蛋白质羰基是最广泛使用和最可靠的氧化性蛋白质损伤生物标志物之一。羰基化在生理条件下不可逆，通常导致蛋白质功能丧失、对蛋白水解降解的易感性增加，或相反地，由于聚集而清除受损。
5. SOD1：从抗氧化防御到氧化和蛋白质稳态功能障碍
5.1 SOD1作为超氧化物守门人
SOD1是细胞质中含铜/锌的超氧化物歧化酶，催化超氧阴离子歧化为过氧化氢和分子氧。SOD1在几乎所有需氧细胞中表达，在细胞质、线粒体膜间隙、细胞核中高浓度存在，并分泌至细胞外。在皮肤中，SOD1构成角质形成细胞、黑素细胞和真皮成纤维细胞中针对紫外线辐射、NOX激活和代谢活动施加的大量超氧化物负荷的关键酶防御。
5.2 SOD1功能丧失：Sod1?/?皮肤表型
SOD1缺失的后果在皮肤中是显著且具有启发性的。Sod1?/?小鼠表现出明显的加速衰老表型，其特征为：皮肤变薄，表皮和真皮明显萎缩，羟脯氨酸含量降低反映胶原蛋白丢失；成纤维细胞功能障碍，表现为生长停滞、凋亡、细胞内ROS增加、线粒体膜电位受损和γH2AX阳性DNA双链断裂；p53通路激活，SOD1缺乏驱动DNA损伤介导的p53磷酸化和p21上调，触发细胞周期停滞和凋亡；胶原蛋白和ECM破坏，Col1a1、Mmp2、Has2、Tnf-α和Il-6基因表达失调；细胞衰老，衰老组织中出现SA-β-半乳糖苷酶活性升高和p16表达增加。
在Sod1?/?小鼠中局部施用维生素C衍生物1% L-抗坏血酸2-磷酸6-棕榈酸酯可逆转皮肤萎缩及相关胶原蛋白和弹性蛋白退化。在正常人成纤维细胞中使用RNA干扰敲低SOD1可在细胞水平重现衰老表型，诱导早熟衰老。相反，在UVB暴露的角质形成细胞和小鼠皮肤中，SOD1的表达和活性是一个关键变量：上调SOD1的治疗持续减弱光老化表型。相比之下，线粒体SOD2缺乏提供了更直接的证据，将线粒体超氧化物应激与皮肤衰老联系起来。
5.3 SOD1氧化和错误折叠：趋同机制
人类研究表明皮肤Cu/Zn-SOD存在年龄相关改变，包括表皮免疫反应性降低，而光老化皮肤显示氧化修饰蛋白积累增加。SOD1的催化配位化学及其四个半胱氨酸残基使其固有地易受氧化修饰。其中，两个半胱氨酸形成对结构稳定性至关重要的亚基内二硫键。其余两个游离半胱氨酸，特别是表面暴露的Cys111，是氧化攻击的主要靶标。氧化性SOD1错误折叠的序贯机制包括：Cys111磺化，暴露于H?O?的脱金属SOD1导致Cys111优先氧化为磺酸，破坏二聚体界面促进单体化；Cys6氧化，所得单体形式经历通常埋藏的Cys6的二次氧化，导致整体结构破坏；金属解离，锌和铜结合受损使SOD1易受与直接H?O?攻击相同的氧化错误折叠级联反应；聚集，脱金属的错误折叠SOD1单体经历不可逆的自催化结构转变，产生不再能结合金属的聚集感受态物种。
值得注意的是，SOD1本身是否在人衰老皮肤中经历Cys111氧化、去稳定化或错误折叠仍未确定。持续的氧化应激仍可能促进SOD1的氧化修饰和去稳定化，可能涉及Cys111，从而增加其错误折叠和聚集的易感性。
5.4 野生型SOD1错误折叠超越ALS
虽然病理性SOD1错误折叠长期以来一直在家族性ALS背景下研究，但现在汇聚的证据表明，野生型SOD1在与正常衰老相关的氧化应激条件下错误折叠。野生型SOD1病理学，包括氧化性翻译后修饰、铜结合减少以及关键残基的非典型糖基化和糖化，在帕金森病患者的退行性黑质中积累。通过将铜缺乏与SOD1过表达相结合，可以在小鼠中重现这种模式。通过外推至皮肤背景，衰老和紫外线暴露皮肤的特征性微环境可能创造有利于野生型SOD1错误折叠的条件。然而，这些过程是否发生在人光老化皮肤的野生型SOD1中仍有待直接证实。
6. 皮肤衰老中的蛋白质稳态网络崩溃
维持蛋白质组需要三个相互连接的机制的协调活动：分子伴侣、泛素-蛋白酶体系统和自噬-溶酶体途径。这三者在皮肤衰老过程中均下降，形成汇聚的蛋白质稳态崩溃，放大自由基损伤的后果。
6.1 分子伴侣功能障碍
热休克蛋白是蛋白质错误折叠的主要传感器和响应者。在皮肤中，其分布和应激诱导性具有细胞类型特异性。角质形成细胞组成性高表达HSP70，作为基础光保护机制。热休克反应随年龄下降：由HSF1协调的HSP诱导的主转录程序在寿命期间逐渐减弱。内质网未折叠蛋白反应在衰老和紫外线暴露的皮肤中慢性激活，导致炎症性衰老和胶原蛋白合成受损。
6.2 泛素-蛋白酶体系统衰退
26S蛋白酶体是降解泛素标记的损伤蛋白的主要机制。其在衰老皮肤中的衰退已被充分证实。UVB照射降低蛋白酶体亚基的表达和活性，加速皮肤细胞中氧化、泛素化蛋白的积累。在衰老的人成纤维细胞中，蛋白酶体活性降低伴随氧化和泛素化蛋白水平升高。关键的是，高度羰基化的蛋白是差的蛋白酶体底物，因为它们交联和聚集的结构物理上阻碍蛋白酶体桶状入口，反而竞争性抑制蛋白酶体活性。
6.3 自噬衰退与光老化
自噬是通过溶酶体消除损伤蛋白、蛋白聚集体和功能失调细胞器的基本细胞内降解途径。在皮肤中，基础自噬活性对表皮分化、角质形成细胞存活、黑素细胞稳态和真皮成纤维细胞功能至关重要。然而，越来越多的证据表明，自噬能力在衰老过程中逐渐下降，在光老化条件下严重受损。急性紫外线暴露可能瞬时激活自噬作为早期细胞保护反应。然而，长期或过量紫外线暴露最终通过持续的ROS积累、溶酶体功能障碍和自噬体成熟受损破坏自噬通量。氧化应激通过ROS介导的自噬相关蛋白氧化、溶酶体膜完整性破坏和酸化能力改变，在多阶段干扰自噬过程。自噬受损对衰老皮肤的蛋白质质量控制产生深远影响。自噬缺乏直接导致光老化皮肤的标志性特征，包括胶原蛋白合成减少、MMP表达增加和细胞衰老增强。
7. 细胞衰老作为蛋白质毒性放大器
氧化损伤、蛋白质稳态受损和细胞应激的汇聚可能促进细胞衰老。在皮肤中，衰老已在多种细胞群中被记录，其特征是不可逆的细胞周期停滞伴p16/Rb和p53/p21通路激活以及SASP获得。皮肤中的主要衰老诱导应激源包括：端粒缩短、DNA损伤、氧化应激、癌基因激活和机械应激。衰老皮肤细胞分泌复杂的促炎细胞因子、趋化因子、生长因子和ECM重塑蛋白酶混合物，共同构成SASP。在皮肤中，这种分泌表型可能通过旁分泌衰老、黑素细胞失调、巨噬细胞极化和表皮-真皮连接破坏等机制导致组织功能障碍。
8. 蛋白质毒性应激下的细胞外基质重塑
真皮ECM主要由I型和III型纤维状胶原蛋白、弹性纤维和蛋白聚糖组成，是蛋白质毒性应激的直接结构受害者。在衰老和光老化皮肤中：胶原蛋白降解由紫外线通过MAPK信号传导下游的AP-1转录因子激活MMP-1、MMP-3和MMP-9引起；弹性蛋白功能障碍由UVA产生的单线态氧光氧化原弹性蛋白和原纤维蛋白导致异常弹性蛋白积累；透明质酸耗竭源于衰老和紫外线暴露的成纤维细胞下调透明质酸合酶；胶原蛋白糖化/羰基化通过非酶糖化积累晚期糖基化终产物，通过交联使ECM硬化。皮肤衰老不仅是ECM被动磨损的结果，而是由氧化性蛋白质毒性应激驱动的基质稳态逐渐破坏所致。
9. 氧化还原介导的细胞间通讯与炎症性衰老
蛋白质毒性应激日益被认为是非细胞自主过程，通过分泌的炎症介质、细胞外囊泡、代谢信号和系统性蛋白质稳态调节途径将氧化状态传播至邻近和远处细胞。SASP因子不仅以自分泌方式强化衰老，还诱导邻近成纤维细胞、角质形成细胞和免疫细胞的旁分泌衰老。EV已成为氧化还原依赖性细胞间通讯的另一个关键介质。在皮肤衰老背景下，间充质基质细胞来源的小细胞外囊泡通过调节妊娠区带蛋白表达、抑制MMP-1和减弱DNA损伤反应，对紫外线诱导的光老化表现出保护作用。此外，新兴证据表明蛋白质稳态的调节通过组织间信号网络在器官水平协调。衰老过程中细胞质氧化还原环境逐渐向更氧化状态转变，损害氧化还原敏感信号通路和蛋白质折叠系统。
10. 治疗靶点与新兴干预措施
对皮肤衰老中氧化应激、蛋白质稳态受损和细胞衰老的多方面理解已确定了几种潜在的治疗策略。局部抗氧化剂已在人体光老化皮肤中直接评估，具有人体临床证据。SOD1靶向方法主要得到ALS或其他非皮肤疾病模型证据的支持。恢复蛋白质稳态和氧化还原平衡的策略可能既改善细胞内蛋白质质量控制，又削弱促进皮肤衰老过程中组织退化的病理性通讯网络。
