紫外線誘導(dǎo)皮膚光老化的形成機(jī)制

李春雨　張麗宏　張　寧　楊智榮

李春雨 綜述，張麗宏 張 寧 楊智榮 審校

[摘要]光老化是人體暴露部位皮膚衰老的主要原因，其機(jī)理的闡明對(duì)防護(hù)皮膚衰老及治療光損性疾病具有十分重要的意義。本文總結(jié)了近些年該領(lǐng)域的研究成果，發(fā)現(xiàn)日光中的UV主要通過損傷DNA、進(jìn)行性蛋白質(zhì)交聯(lián)、降低免疫應(yīng)答、產(chǎn)生高度反應(yīng)自由基損傷細(xì)胞和組織等機(jī)制造成皮膚光老化。UVB和UVA在誘導(dǎo)皮膚光老化形成中，既有各自的特點(diǎn)，又相互協(xié)同，而UVA單獨(dú)對(duì)真皮深層的穿透能力及對(duì)真皮組織的損傷機(jī)制尚待進(jìn)一步研究。

[關(guān)鍵詞]紫外線；光老化；機(jī)制

[中圖分類號(hào)]R758 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A [文章編號(hào)]1008-6455（2009）03-0416-04

Ultraviole induced formation mechanism of photoaging

LI Chun-yu1,ZHANG Ning2,ZHANG Li-hong1,YANG Zhi-rong2

(1.Beauty Disciplines, Jiamusi College,Heilongjiang University of Traditional Chinese Medicine; 2. Chinese Medicine for Beauty Institute,jiamusi College Heilongjiang University of Traditional Chinese Mmedicine,39 Guanghua Sreet,Jiamusi 154007,Heilongjiang,China)

Abstract: Photoaging is the primary factor of skin aging to exposed parts of the body.Its mechanism is of great significance to prevent skin aging and treat light-induced disease. This article summed up the research results of this field,found that solar ultraviolet radiation induced photoaging mainly through DNA damage, progress of protein crosslinks, reducing the immune response, having a high degree of reaction of free radicals to damage cells and tissues. Inducing the formation of photoageing, though there is synergies between UVB and UVA , they both have their own characteristics. Pending further study of the penetrating power on the deep dermis by UVA alone and the injury mechanism of dermis is urgent.

Key words: ultraviolet; photoaging; mechanism

皮膚衰老分為內(nèi)源性老化和外源性老化。前者又稱為自然老化，是自然的程序性過程，由時(shí)間的流逝形成；后者由外界環(huán)境因素或生活方式的原因所引起，由于太陽中的紫外線輻射是其形成的主要因素，所以外源性老化又稱為光老化。近幾十年來，由于臭氧層的破壞、過度日光浴等原因使人體暴露部位的皮膚衰老約80%以上屬于光老化[1]。大量非保護(hù)的日光暴露，不僅有損于人的美容、使光損傷人群增多，而且可以引起皮膚松弛、粗糙、萎縮、皺紋、色素沉著、毛細(xì)血管擴(kuò)張，紫癜等，其中最危險(xiǎn)的是發(fā)展成皮膚癌。防護(hù)UV，延緩光老化日益受到人們的關(guān)注，已經(jīng)成為人們?nèi)粘Ｉ畹闹匾矫妗Ｅ宄V造成光損傷的具體機(jī)制，有效指導(dǎo)防曬品的研究開發(fā)，推進(jìn)醫(yī)療工作的發(fā)展，是相關(guān)領(lǐng)域研究人員和醫(yī)療人員急需解決的迫切問題。本文就UV誘導(dǎo)光老化形成機(jī)制的研究進(jìn)展作以綜合論述。

1日光中紫外線的種類及其在光老化發(fā)病中的作用

日光中的UV分為短波紫外線（UVC，100～290nm）、中波紫外線（UVB，290～320nm）和長(zhǎng)波紫外線（UVA，320～400nm）。由于大氣層中存在臭氧層，UVC幾乎被全部吸收，到達(dá)地面的UV主要為UVA和UVB。雖然日光輻射的UV中95.00%是UVA，UVB所占不到5.00%，但由于UVA的生物活性比UVB弱得多，大約是UVB的1/1 000，所以人們過去認(rèn)為引起皮膚產(chǎn)生紅斑、DNA損傷和皮膚癌的UV主要是UVB，而UVA除了使皮膚曬黑外幾乎對(duì)人體無害。近年來，研究發(fā)現(xiàn)UVA劇烈照射與UVB一樣，也能產(chǎn)生紅斑和血管損傷，甚至引起的改變比UVB更為嚴(yán)重，只是產(chǎn)生這種效應(yīng)所需的劑量較UVB大1000倍。而且由于UVA對(duì)皮膚的穿透能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于UVB，尤其是UVA1（340～400nm）能更深地穿透到真皮層，引起真皮組織中膠原及彈力纖維的損傷，所以，UVA在皮膚光老化發(fā)病中的作用也日益受到重視[2-5]。

2不同波長(zhǎng)UV誘導(dǎo)光老化形成的機(jī)制

2.1 UVB誘導(dǎo)光老化形成的機(jī)制

2.1.1 基質(zhì)異常降解：光老化皮膚的主要組織學(xué)特征是皮膚基質(zhì)構(gòu)成的改變，即膠原成分的減少和異常彈性纖維沉積[6]。成纖維細(xì)胞是皮膚真皮中最主要的細(xì)胞類型，其各種生物學(xué)特性的改變是皮膚光老化形成的最重要基礎(chǔ)[7]。已有體內(nèi)研究證明UV輻射后誘導(dǎo)成纖維細(xì)胞產(chǎn)生基質(zhì)金屬蛋白酶（matrix metalloproteinase，MMP），MMP屬于鋅依賴性的酶家族，能編碼間質(zhì)膠原酶（MMP-1）、92kD明膠酶、基質(zhì)溶解素-1等膠原酶，特異性降解幾乎所有的細(xì)胞外基質(zhì)成分[8]。其中，MMP-1能夠裂解天然的(native)間質(zhì)膠原螺旋；非天然的(denatured)間質(zhì)膠原螺旋稱為明膠(gelatin)，明膠的進(jìn)一步裂解由MMP中的基質(zhì)溶解素(MMP-3)等完成。

夏濟(jì)平[9]等研究發(fā)現(xiàn)，低劑量UVB（30mJ/cm2）輻射人體皮膚，可導(dǎo)致MMP-1等基質(zhì)金屬蛋白的mRNA以及蛋白水平的高表達(dá)，從而降解皮膚膠原，導(dǎo)致皮膚光老化。一方面，UVB輻射導(dǎo)致成纖維細(xì)胞直接產(chǎn)生的MMP-1和MMP-3含量增加；另一方面，表皮角質(zhì)形成細(xì)胞在接受UV輻射后，會(huì)導(dǎo)致IL-6等細(xì)胞因子的分泌明顯增加，IL-6能顯著增加成纖維細(xì)胞產(chǎn)生MMP-1和MMP-3，間接導(dǎo)致皮膚內(nèi)MMP含量增加，從而導(dǎo)致光老化。

2.1.2 自由基及線粒體突變學(xué)說：UVB作用于皮膚中的各種光敏物質(zhì)或色基，可誘導(dǎo)產(chǎn)生以O(shè)H·和脂質(zhì)過氧化物為主的氧自由基(ROS)[4]，破壞皮膚自身的抗氧化體系，使抗氧化酶活性水平下降并造成脂質(zhì)過氧化物堆積。UVB造成的氧化性應(yīng)激還可引發(fā)一系列細(xì)胞內(nèi)信號(hào)傳導(dǎo)，通過核轉(zhuǎn)錄因子NF-κB或轉(zhuǎn)錄因子激活蛋白1（AP-1）激活下游MMP等基因的表達(dá)。AP-1在UV照射之后，含量明顯增高，導(dǎo)致了MMP mRNA的含量和表達(dá)增加，特異性降解細(xì)胞外基質(zhì)，出現(xiàn)光老化的皮損[8]。

馬淑梅[10]等用UVB照射成纖維細(xì)胞發(fā)現(xiàn)，UVB照射能夠誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡及H2O2生成增加。UV輻射后，細(xì)胞中產(chǎn)生的活性氧可以破壞細(xì)胞蛋白質(zhì)和酶的活性。在正常情況下，細(xì)胞內(nèi)存在一系列抗過氧化物酶，如SOD、CAT和GSH-Px等。活性氧與抗氧化酶之間存在一個(gè)動(dòng)態(tài)平衡，當(dāng)機(jī)體T-AOC降低時(shí)，常常導(dǎo)致各種疾病的產(chǎn)生。Takahashi等[11]通過SV-40轉(zhuǎn)化的人角質(zhì)形成細(xì)胞，觀察了在UVB誘導(dǎo)的凋亡中SOD的作用，結(jié)果顯示，UVB照射可以降低SOD的活性。于業(yè)軍[12]等研究發(fā)現(xiàn)，UVB照射后，小鼠皮膚勻漿中T-AOC、SOD明顯降低，MDA含量顯著升高。由于脂質(zhì)過氧化進(jìn)程中可產(chǎn)生多種具有中等反應(yīng)活性的脂自由基L·LO·LOO·，易穿透并擴(kuò)散進(jìn)入細(xì)胞核，直接攻擊DNA或RNA，引起DNA突變，而mtDNA具有半自主性的特點(diǎn)，受細(xì)胞核DNA的調(diào)控，所以細(xì)胞核DNA的突變也會(huì)引起線粒體DNA的相應(yīng)改變，使皮膚線粒體基因暴露在一個(gè)相對(duì)較大劑量ROS的環(huán)境中，從而加重了由基因缺失引起的DNA突變，導(dǎo)致光老化的形成[13]。

2.1.3 免疫抑制：UVB照射人類皮膚可導(dǎo)致局部和全身的免疫抑制，有研究表明，這與UVB降低了表皮朗格漢斯細(xì)胞數(shù)量，改變其形態(tài)和免疫功能有關(guān)。Bacci等[14]以400J/cm2的UVB分別照射對(duì)UVB敏感和對(duì)UVB抵抗的小鼠耳背皮膚，24、48、72 h后用免疫熒光技術(shù)在光學(xué)顯微鏡下觀察LC的數(shù)量，發(fā)現(xiàn)對(duì)UVB敏感的小鼠皮膚中，照射24h后LC的數(shù)量就開始明顯下降，幾乎沒有形態(tài)正常的細(xì)胞存在。而對(duì)UVB抵抗的小鼠則沒有這種反應(yīng)。同時(shí)經(jīng)UVB照射后的LC失去向Th1遞呈抗原而保持向Th2遞呈抗原的能力。UVB抑制LC導(dǎo)致的免疫抑制可能是Th1和Th2細(xì)胞比例和活性發(fā)生變化所致。UVB對(duì)LC的抑制作用是UVB產(chǎn)生免疫抑制的重要因素之一。

此外，低劑量UVB（100～200J/m2）輻射的骨髓來源樹突狀細(xì)胞可在體內(nèi)外誘導(dǎo)CD8+T細(xì)胞及CD8+Tcl效應(yīng)細(xì)胞或CD8+T細(xì)胞克隆發(fā)生免疫耐受。UVB輻射后，角質(zhì)形成細(xì)胞可釋放許多細(xì)胞因子，尤其是IL-10與TNF-ａ，影響抗原提呈細(xì)胞（尤其是朗格漢斯細(xì)胞）發(fā)揮正常功能，此誘導(dǎo)T細(xì)胞耐受。Teunissen等[15]的研究結(jié)果顯示，正常人皮膚接受UVB輻射部位表皮及真皮中中性粒細(xì)胞浸潤(rùn)并誘導(dǎo)真皮中出現(xiàn)抑制性T細(xì)胞，輻射部位細(xì)胞因子IL-4，IL-6，IL-8及TNF-ａ增高。

總之，UVB主要通過抑制朗格漢斯細(xì)胞、樹突狀細(xì)胞的免疫功能及改變體液免疫中某些細(xì)胞因子水平而抑制機(jī)體皮膚免疫系統(tǒng)，在活體的正常表皮中引起MMP-1，MMP-3和MMP-9的表達(dá)，抑制膠原的合成，從而造成光老化皮膚特征性的改變。

2.2 UVA誘導(dǎo)光老化形成的機(jī)制：UVA因穿透能力強(qiáng)而在皮膚光老化發(fā)病中日益受到重視。其中，UVA1（340～400nm）在皮膚中誘導(dǎo)ROS的產(chǎn)生（主要是1O2和H2O2）是主要的致病機(jī)理之一[16]。UVA1誘導(dǎo)皮膚產(chǎn)生的ROS，可進(jìn)一步激活絲裂原活化蛋白激酶（MAPK）信號(hào)傳導(dǎo)通路，促進(jìn)MMP的表達(dá)，同時(shí)抑制膠原的合成，從而造成光老化皮膚特征性的改變[16-17]。

嚴(yán)淑賢等[18]利用UVA1照射體外原代培養(yǎng)的人真皮成纖維細(xì)胞，結(jié)果顯示15J/cm2UVA1在引起成纖維細(xì)胞氧化性損傷的同時(shí)，可顯著抑制I、III型膠原的蛋白合成，促進(jìn)MMP-1，MMP-3的表達(dá)，從而形成皮膚光老化的特征性改變，包括粗深皺紋的形成和病理所見的真皮淺層嗜堿性變性和無定形物質(zhì)的堆積。周華等[19]用免疫組化方法檢測(cè)UVA照射對(duì)培養(yǎng)的角朊細(xì)胞和成纖維細(xì)胞多種抗原成分表達(dá)的影響，結(jié)果提示，UVA對(duì)角朊細(xì)胞的角朊蛋白、層粘蛋白、橋粒結(jié)構(gòu)蛋白、粘集素Interlnα6和Intednβ4抗原成分的表達(dá)有抑制作用或?qū)@些抗原成分有直接或間接的破壞作用。推測(cè)UVA可損傷角朊細(xì)胞合成皮膚組織結(jié)構(gòu)蛋白的功能；對(duì)成纖維細(xì)胞抗原表達(dá)也有影響，其中Ⅰ型膠原和Ⅲ型膠原對(duì)UVA照射尤為敏感。

此外，在倪建華[20]的研究中，UVA可直接損傷體外培養(yǎng)的皮膚成纖維細(xì)胞，引起原代培養(yǎng)的真皮成纖維細(xì)胞形態(tài)發(fā)生皺縮、細(xì)胞貼附功能下降、致使懸浮細(xì)胞逐漸增加；MTT試驗(yàn)顯示，隨著UVA劑量的增加，細(xì)胞存活數(shù)顯著下降，分裂增殖能力降低；LDH酶檢測(cè)表明，UVA在3J/cm2較低劑量時(shí)，細(xì)胞就有損傷，引起LDH向細(xì)胞外滲透，高劑量時(shí)更為明顯。

眾多關(guān)于UVA與光老化的研究表明，UVA對(duì)膠原合成的影響、氧化損傷等較為明顯，表明其穿透能力對(duì)真皮組織有較大的損傷，但確切的機(jī)制尚有待進(jìn)一步研究。

2.3 UVA和UVB的協(xié)同效應(yīng)

2.3.1 對(duì)基質(zhì)的降解作用：有文獻(xiàn)報(bào)道UVA照射組即使UVA積累劑量達(dá)8 000J/cm2仍未見膠原纖維損害。朱彥君等[21]的研究中，UVA照射后膠原纖維與正常對(duì)照相比變化不明顯，但經(jīng)UVB及UVA+UVB照射后膠原纖維變性、均質(zhì)化、形成片塊狀，染色變淺，膠原纖維含量減少。Ⅲ型膠原纖維明顯增多，Ⅰ型膠原纖維明顯減少，兩種纖維粗細(xì)不等，分布不均勻。超微結(jié)構(gòu)觀察可見經(jīng)UVA+UVB照射后，膠原纖維分布不均勻，排列紊亂，周期性橫紋消失；橫斷面可見膠原纖維直徑增大；毛細(xì)血管內(nèi)皮細(xì)胞腫脹。

UVB可以在活體的正常表皮中引起MMP-1，MMP-3和MMP-9的表達(dá)。UVA可以引起由表皮成纖維細(xì)胞分泌的MMP-1的表達(dá)和培養(yǎng)物中MMP-1，MMP-2，MMP-3的表達(dá)。這些結(jié)果表明，在長(zhǎng)期光損傷皮膚中的膠原缺乏，是由不斷增加的重復(fù)的膠原降解引起的，而這種降解又是由UVB和UVA共同誘發(fā)的MMPs引起的。

2.3.2 對(duì)IL-1和IL-6的影響：IL-1主要存在于正常皮膚的棘層中，由活化的單核吞噬細(xì)胞、角質(zhì)形成細(xì)胞、樹突狀細(xì)胞、成纖維細(xì)胞和血管內(nèi)皮細(xì)胞產(chǎn)生，可分為IL-1α和IL-1β兩種類型，能促進(jìn)活化T、B細(xì)胞增生和分化，促進(jìn)CSF對(duì)骨髓細(xì)胞的作用，刺激合成前列腺素等激素，還能夠誘導(dǎo)IL-6的表達(dá)。IL-1在皮膚光老化的真皮膠原過度降解中發(fā)揮著重要的作用。UVB照射后，IL-1α和IL-1βmRNA均有增加。IL-1（IL-I α和IL-1 β）通過促進(jìn)UVA輻射后成纖維細(xì)胞表達(dá)MAPK活性和c-Jun mRNA（IL-1a還促進(jìn)c-Fos mRNA的表達(dá)），使UVA輻射后成纖維細(xì)胞表達(dá)MMP-1增加，促進(jìn)光老化的形成。

Pupe等[22]發(fā)現(xiàn)，低劑量（32mJ/cm2）的UVB照射即可使角質(zhì)形成細(xì)胞IL-1α分泌量上調(diào)。IL-6 mRNA的表達(dá)則隨UVB劑量的增加(30～40 mJ/cm2)而增加，其峰值出現(xiàn)在照射后6h。IL-6能促進(jìn)B細(xì)胞分化成熟，合成和分泌免疫球蛋白；促進(jìn)活化T細(xì)胞增殖分化成熟為致敏T細(xì)胞。用UVB照射體外培養(yǎng)的T細(xì)胞，加用IL-1α的抗體可以抑制角質(zhì)形成細(xì)胞合成IL-6，并且IL-6 mRNA的表達(dá)也減少，提示UVB照射可能通過誘導(dǎo)IL-1α的基因重組和IL-1α合成增加，介導(dǎo)IL-6的表達(dá)，也可通過直接誘導(dǎo)IL-6 mRNA的表達(dá)增加和IL-6的合成，從而影響T、B細(xì)胞。

綜上，除單獨(dú)造成損傷外，UVA和UVB還具有協(xié)同效應(yīng)：一方面， UVA可通過生理?xiàng)l件下細(xì)胞內(nèi)豐富的卟啉、黃素等作為光增敏劑間接損傷皮膚[23]，擴(kuò)大或協(xié)同UVB的光老化作用[24]；另一方面，UVB可以通過對(duì)IL-1等的影響，間接促進(jìn)UVA輻射后成纖維細(xì)胞表達(dá)MMP-1，促進(jìn)光老化得形成；另外，UVA和UVB可以直接或間接影響免疫因子IL-1和IL-6，協(xié)同影響T、B細(xì)胞。

日光中的UV主要通過下列機(jī)制使皮膚損傷[25]： ①損傷DNA；②進(jìn)行性蛋白質(zhì)（如膠原）的交聯(lián)；③通過誘導(dǎo)抗原刺激反應(yīng)的抑制途徑而降低免疫應(yīng)答；④產(chǎn)生高度反應(yīng)的自由基與各種細(xì)胞內(nèi)結(jié)構(gòu)相互作用而造成細(xì)胞和組織的損傷。UV還可直接抑制表皮朗格罕斯細(xì)胞的功能，引起光免疫抑制，使皮膚的免疫監(jiān)督功能減弱而引起皮膚的光老化[26]。

光老化是UVB和UVA共同作用的結(jié)果，但是關(guān)于UVA和UVB對(duì)光老化的單獨(dú)機(jī)制，還沒有確切成型的理論，甚至有些研究結(jié)果相互矛盾（如對(duì)于UVA對(duì)膠原的降解作用）。弄清楚UV對(duì)造成皮膚光老化的具體機(jī)制，有針對(duì)性的研究防治策略，對(duì)研發(fā)防曬化妝品，指導(dǎo)生活中防護(hù)皮膚衰老及臨床上治療光損性疾病都具有十分重要的意義；同時(shí)也提示其他疾病的防治應(yīng)充分考慮各種理論和機(jī)制，綜合實(shí)施，以取得滿意效果。如皮膚的基色是黑、紅和黃，那么，在祛斑美白時(shí)，在抑制黑色素形成的基礎(chǔ)上改善微循環(huán)和調(diào)理脾胃，是否能取得更加顯著的效果呢？這無疑也是值得相關(guān)人員探究的問題。

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[收稿日期]2008-12-13[修回日期]2009-02-09

編輯/張惠娟