激光与强脉冲光对皮肤光老化作用机制研究进展

老化和日光损伤皮肤的临床特征包括皱纹、色素异常和皮肤萎缩，组织学上表现为表皮和真皮有序结构的缺失，表皮角变平，表皮下基底带Ⅳ型和Ⅶ型胶原减少，真皮厚度下降，紫外线在皮肤老化过程中起着重要的作用[1]。伴随着胶原产生减少的是其降解的增加，由紫外线暴露或其他应急因子介导产生的基质金属蛋白酶（matrix metalloproteinases， MMPs）如胶原酶可以降解所有的细胞外基质成分。组织学上表现为无序排列的短的胶原纤维，通过前胶原基因表达的检测发现胶原的丢失主要发生在真皮的上三分之一，和紫外线在皮肤中的穿透深度相关[2]。延缓光老化病理生理进程的关键靶点是成纤维细胞，新生胶原的合成可以导致年轻化的外观，尤其是真皮的重塑是I型和III型胶原沉积增加和致密胶原纤维有序排列的结果。皮肤科医生应用多种治疗方法用于刺激胶原的合成，包括外用维A酸、皮肤磨削术、射频、超声波和填充剂注射等，本文重点综述各种激光和强脉冲光（intense pulsed light，IPL）治疗光老化的分子水平效应和机制。

1 剥脱性激光

剥脱性激光可以气化皮肤的表层产生凝固性坏死，波长为10600nm的二氧化碳激光、2940nm的铒：钇铝石榴石（yttrium aluminum garnet，YAG）激光和2790 nm的铒：钇钪镓石榴石（yttrium scandium gallium garnet ，YSGG）激光是其中的代表。剥脱性激光换肤可以显著地改善色素异常、皱纹和萎缩性瘢痕，但常伴随着漫长的术后恢复期，还有些会导致严重的不良反应，如瘢痕形成，另外还常见延迟性红斑、水肿、色素改变、单纯疱疹发作和延迟愈合等。

1.1 10600nm二氧化碳激光：尽管有上述不良反应存在，二氧化碳激光仍然是面部嫩肤治疗最有效的方法之一。脉冲二氧化碳激光可以气化表皮和真皮的细胞导致下方层次细胞的凝固性坏死，和邻近组织细胞外蛋白的变性[3]。Orringer等[4]定量检测了一种二氧化碳激光（Ultrapulse， Coherent， Inc）引起的I型和III型胶原mRNA的转录水平的变化，共计28名前臂光损伤的患者经过一次二氧化碳激光治疗（扫描两遍，60W），治疗部位皮肤组织活检（治疗前，治疗后不同时间点5次）。I型和III型前胶原mRNA的水平在治疗后21天达到最高峰值并且可以持续到6个月。伴随胶原水平增高的还有几种细胞因子如IL-1β，TNF-α和TGF-β，MMP-1，3，9和13的mRNA转录也是增加的，MMPs转录水平的增加出现在I型和III型前胶原表达增加之前。基于以上的发现，作者推测出以下模式：促炎症细胞因子（IL-1β，TNF-α）介导了MMPs的表达，MMPs包括胶原酶（MMP-1，3）和明胶酶（MMP-9）降解了现有的胶原，MMP-9的水平在治疗后很长时间内水平都是增高的，表明有持续的胶原被清除。光损伤的胶原被降解、替换为新生的、排列规整的胶原束。Reilly等[5]进行了类似研究，检测了一种点阵二氧化碳激光（Pixel Perfect， Alma Lasers， Ltd）的分子效应，9名患者分别于治疗前、治疗后即刻、7天、14天、21天取耳下方皮肤活检，发现MMP-1，3，9和13表达上调，另外两种MMP10和11也是上调的，基于以上发现，推测点阵和脉冲二氧化碳激光治疗的机制相同的都是介导新生胶原合成。

1.2 2940 nmEr：YAG激光：Er：YAG激光和二氧化碳激光相比有更强的水吸收特性和更浅的穿透深度。Orringer 等[6]进行的另一项研究中10名前臂明显光损伤的患者进行一次Er：YAG激光（SmoothPeel， Candela）单次气化治疗（750mJ，5mm光斑）后，第1、3、7、14天分别取活检。显示表皮损伤的标记分子角蛋白16表达增加，但通过免疫组化检测层粘连蛋白（laminin） γ2显示表皮下基底膜带在治疗后仍然是完整的。通常认为在创伤愈合过程中有促进前胶原合成作用的热休克蛋白70（heat-shock protein ，HSP-70）表达并没有增加。和二氧化碳激光一样，铒激光换肤也可以增加MMP-1、3、9及I型和III型胶原的表达，在改善轻中度痤疮萎缩性瘢痕治疗中有同样的现象[7]。我们认为铒激光损伤表皮可以显著地介导真皮新生胶原的合成。

1.3 2790 nm的Er：YSGG激光：波长为2790nm的Er：YSGG激光（Pearl， Cutera， Inc）在2007年进入临床，它的水吸收特性为Er：YAG激光的三分之一，为二氧化碳激光的5倍。已有研究证实它的临床和组织学有效性，但很少有分子机制的研究[8]。

2 非剥脱性激光

非剥脱性激光可以分为三组：近红外激光，如：1550nm、1540nm的铒玻璃纤维点阵换肤激光，1320nm和1064nm 钕钇铝石榴石（neodymium-yttrium aluminum garnet，Nd：YAG）激光，可见光，如：脉冲染料激光和脉冲KTP激光等。传统的非剥脱性激光对改善面部皱纹和瘢痕是有效的，但单次非剥脱性激光的疗效比单次剥脱性激光的疗效要差很多。非剥脱性激光对真皮胶原合成的刺激不伴有表皮的可见损伤。2004年，局灶性光热作用理论的首次提出对激光换肤产生了革命性影响[9]，非气化性点阵激光设备将红外激光通过微加热柱（microthermal zone ，MTZ）状排列发射，中间间隔为正常未受损组织而且角质层保持完整。周围未受损的组织迅速再生取代受热损伤的MTZ，与传统同源激光相比，停工期明显缩短而且引发瘢痕的危险大大下降。

2.1 1550 nm铒玻璃纤维激光：近红外的1550nm的Er Glass激光主要色基是细胞内的水分子，穿透深度可达2mm。与短波长的1320nm和1450nm近红外激光相比，1550nm波长拥有最低的黑色素和血红蛋白的吸收。Orringer等[10]将1550nm掺铒玻璃纤维激光用于治疗20例光化性损伤患者的前臂皮肤，进行了近似于二氧化碳激光的研究，治疗后24h组织学检查发现在表皮和真皮内产生了柱状加热区，尽管表皮被加热损伤但通过层粘连蛋白γ2染色发现基底膜带是完整的。治疗后有中性粒细胞浸润和促炎症细胞因子IL-1β和TNF-α升高所介导的急性炎症，同时还发现局灶性光热作用引起的HSP-70迅速和短暂表达，它可以通过热休克过程中保护蛋白错折叠从而引起前胶原蛋白的合成。I型和III型胶原合成增加，同时MMP-1、3、9 mRNA转录增加。低能量和高能量微脉冲（15 vs70mJ）引起的分子介质的改变差异不大，胶原的产生也没有显著性差异。基于以上发现，作者提出应用微脉冲低能量和高覆盖率治疗参数可以在治疗效果和患者耐受性两者之间取得完美平衡[10]。

2.2 1540 nm铒玻璃纤维激光：波长为1540nm的Er Glass激光和1550nm设备的作用类似。Lupton等[11]应用1540nm的近红外Er Glass激光（Aramis， Quantel Medical）对24位女性轻中度眼周和口周皱纹患者进行了为期3个月的治疗。在治疗前、治疗后即刻、治疗后1个月和6个月分别取活检，治疗后6个月发现存在轻度仅可见的真皮纤维增生，但未作分子生物学检测。Fournier等[12]应用超声波检查定量分析治疗后皮肤的变化。6例口周、眼周皱纹患者进行了4次1540nm的Er Glass激光（Aramis）治疗，间隔期为6周，应用照片、组织学、超声成像以及硅树脂印迹分析评价参与者的疗效。超声成像发现真皮厚度增加17%，活检表明有新生胶原合成。最近，Angelis等[13]应用1540nm的Er Glass 激光治疗51例膨胀纹患者，发现2～4次治疗后1个月临床症状改善，同时真皮厚度、新生胶原合成和弹力纤维沉积明显增加。虽然没有进行有关创伤愈合相关的分子检测，作者推测1540nm的Er Glass 激光和1550nm激光治疗后改变是类似的。

2.3 1320nm Nd：YAG激光：1320nm Nd：YAG激光用于非气化性真皮重塑时激光的能量大部分局限在真皮内，常需应用制冷剂保护表皮以降低表皮受损的可能性，在光老化和痤疮瘢痕治疗中有广泛应用。Goldberg等[14]应用1320nm Nd：YAG激光治疗10例光老化女性患者，并进行了定量评估，还采用了表皮温热传感器监测表皮的温度。治疗时通过激光手具中的热传感器检测到表皮的峰值温度为40℃～48℃，而真皮的温度为60℃～65℃。发现治疗后临床症状改善明显。Fatemi 等[15]应用一种毫秒级脉宽的1320nm Nd：YAG激光（CoolTouch I， CoolTouch Corporation）进行非气化性重塑治疗，组织学检查发现3遍扫描后1h表皮棘层细胞和基底层细胞水肿。3天后有真皮微小血栓形成、血管硬化、中性粒细胞浸润。这些发现结合临床改善提示表皮和血管损伤在介导新生胶原合成方面起到重要作用。

2.4 1064nm Nd：YAG激光和532nm KTP激光：由于脉宽不同，1064nm Nd：YAG 激光可以从Q开关的ns级到长脉宽的ms级。氧合血红蛋白对1064nm激光的吸收比水强10倍，而且黑素对它的吸收较少，因此这一激光常被用于深色皮肤患者的治疗。1064nm Nd：YAG 激光引起的非特异性热损伤可以刺激真皮重塑。Goldberg等[16]对耳周光损害皮肤取组织学检查，发现单次1064nmQ开关Nd：YAG激光治疗后3个月存在着真皮胶原合成，6例中有4例（67%）在治疗后3个月真皮存在纤维合成增加，这都是胶原重塑的证据，同时作者也发现组织学改变与临床改善并不平行。Schmults等[17]应用毫秒级的1064nm Nd：YAG激光（300ms脉宽，CoolGlide， Cutera， Inc）对9名女性患者进行3次治疗，间隔期为2周，应用组织学和电镜检测真皮胶原重塑情况。电镜分析表明在治疗后1个月和3个月真皮胶原纤维直径变细，提示有新生胶原合成，但没有进行胶原合成量的定量分析。当1064nm的激光经过KTP晶体时，发生倍频波长减半产生532nm的绿光。由于黑素对这一波长的激光有强烈吸收，因此它的穿透深度仅为1～2mm。长脉宽的KTP激光用于血管性疾病治疗极佳，Q开关KTP激光对清除雀斑和文身有较好的疗效。有报道应用KTP和Nd：YAG激光治疗瘢痕和皱纹也取得了临床改善，提示这一类激光也能加热真皮介导新生胶原合成[18]。

2.5 585nm和595nm脉冲燃料激光：脉冲燃料激光发出的黄光（585～595nm）可以被真皮内血管良好吸收，皮肤科医生将PDL激光主要用于治疗血管性疾病，但PDL激光对血管周围组织的热效应可以介导新生胶原的合成。Rostan等[19]进行的一项研究中，15名女性光损害患者进行4个月长脉宽595nm PDL激光治疗，有平均18%的临床改善。临床改善和组织学分析表明有阳性前胶原染色的活化测成纤维细胞数目增加，但也没有做胶原合成的定量分析。

3 500～1200nm的强脉冲光

强脉冲光是用闪光灯发出500～1200nm的多色光，通过不同的滤光片获得临床所需的波长范围。因为IPL设备发射的是宽谱光，可以在一次治疗时被皮肤中的三种主要色基血红蛋白、黑素和水同时吸收。色素和红斑的临床改善伴随着组织学改变表明存在真皮重塑效应，细胞外基质蛋白合成增加和新生胶原合成。Goldberg等[20]对5名患者进行4次IPL治疗后6个月进行活检，组织学分析表明随着临床症状改善存在真皮新生胶原的合成。理论上推测IPL作用于真皮胶原是通过脉管系统血管内加热后热弥散引起炎性介质释放有关。Feng等[21]进行的另一项研究评价了4名患者经2～4次IPL（Lumenis One， Lumenis）治疗的疗效，免疫组化检查发现存在I型和III型胶原的增加，透射电镜发现“更年轻的”成纤维细胞和更活跃的细胞器。

4 结论

现阶段皮肤科医生可以应用多种激光和强脉冲光设备来改善皮肤光老化表现，剥脱性和非剥脱性点阵激光是目前刺激老化的成纤维细胞介导新生胶原合成的金标准，但正如本文综述表明，其他的激光和光学手段也可以对真皮进行加热，激活静止的成纤维细胞，改善光老化皮肤的外观。

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