藍光對皮膚的損傷及其防護劑的研究進展

夏艾婷，田 燕

(中國人民解放軍空軍總醫(yī)院皮膚科，北京 100142)

藍光對皮膚的損傷及其防護劑的研究進展

夏艾婷，田 燕

(中國人民解放軍空軍總醫(yī)院皮膚科，北京 100142)

藍光能通過多種方式對皮膚造成損傷。LED照明燈具的廣泛使用，使人體皮膚暴露在藍光照射的時間增加，藍光對皮膚的損傷以及藍光的防護逐漸引起人們的重視。本文介紹了藍光對皮膚的幾種損傷和損傷機制，給出了藍光損傷的防護措施。

藍光；皮膚損傷；LED照明

引言

長時間暴露在陽光照射下會對皮膚造成光損傷，既往人們主要關(guān)注陽光中的紫外線對人體皮膚的損害，但是，可見光的作用，特別是光譜的藍光區(qū)域在很大程度上被忽略了。藍光是可見光譜中波長最短，能量最高的波段，其穿透能力較紫外線更強，對人的皮膚也能產(chǎn)生類似紫外線的損傷。除了陽光中的藍光外，人造光源如LED燈,也能產(chǎn)生藍光對皮膚造成一定的損傷。隨著LED照明設(shè)備的廣泛使用，暴露在藍光輻照時間增多，藍光的防護也漸漸引起人們的關(guān)注。

1 藍光對皮膚的損傷

皮膚光損傷與光輻射的波長、強度、時間、年齡、部位等情況有關(guān)。在可見光中以波長400～480nm的藍光對皮膚的損傷較明顯。近年來LED照明設(shè)備在生活中使用的非常廣泛，而LED白光通常采用混合方式獲得，其中藍光LED芯片激發(fā)黃色YAG熒光粉組合成白光較常見，極大的增加了人們?nèi)粘Ｉ钪斜┞对谒{光照射的時間[1]。Christian Opl?nder等[2]分別以不同波長(410，420，453，480 nm)的藍光照射人真皮成纖維細(xì)胞進行研究發(fā)現(xiàn)，藍光(410，420 nm)的照射使細(xì)胞產(chǎn)生氧化應(yīng)激和細(xì)胞毒性；藍光(410，420，453 nm)的照射能降低成纖維細(xì)胞的抗氧化能力，抑制成纖維細(xì)胞增生，減少細(xì)胞外基質(zhì)，導(dǎo)致光老化。此外，有研究表明藍光可以誘導(dǎo)AS52(中國倉鼠細(xì)胞)DNA損傷[3]。藍光可以抑制豬腎胚胎細(xì)胞，黑色素瘤細(xì)胞和牙齦成纖維細(xì)胞的有絲分裂和細(xì)胞增殖[4-6]。藍光能穿透皮膚組織，并且具有光毒性，能影響上皮細(xì)胞的生長、代謝、DNA損傷甚至可以導(dǎo)致細(xì)胞功能障礙及誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡。藍光照射與皮膚光老化、年齡相關(guān)的疾病和腫瘤發(fā)生有一定的關(guān)系。

2 藍光損傷皮膚的機制

光輻射主要通過光物理效應(yīng)、光熱效應(yīng)以及光化學(xué)效應(yīng)三個途徑對皮膚產(chǎn)生影響，但藍光損傷皮膚的具體機制尚未完全清楚，但目前的研究顯示線粒體、脂褐素、黑色素及溶酶體、氧自由基等在其中發(fā)揮了重要的作用[7]。

2.1 線粒體介導(dǎo)的藍光損傷

目前研究發(fā)現(xiàn)細(xì)胞接受藍光照射后，在線粒體中產(chǎn)生活性氧包括單線態(tài)氧、超氧陰離子、羥基自由基，這些高活性的氧自由基能與線粒體及DNA堿基發(fā)生氧化反應(yīng)，損傷線粒體和DNA。氧自由基還能與細(xì)胞膜，線粒體膜，溶酶體等含脂質(zhì)成分的細(xì)胞結(jié)構(gòu)發(fā)生氧化反應(yīng)，生成過氧化脂質(zhì)，造成細(xì)胞膜功能障礙影響細(xì)胞生長發(fā)育，破壞細(xì)胞結(jié)構(gòu)，引起細(xì)胞損傷導(dǎo)致細(xì)胞凋亡。

Godley BF等[8]研究發(fā)現(xiàn)藍光照射能誘導(dǎo)視網(wǎng)膜色素上皮細(xì)胞(RPE細(xì)胞)產(chǎn)生氧自由基并損傷線粒體DNA，高活性氧(超氧陰離子、單線態(tài)氧、羥基自由基)損傷細(xì)胞線粒體氧化呼吸鏈引起細(xì)胞活力下降及功能障礙，細(xì)胞功能障礙與藍光照射呈時間相關(guān)，時間越長細(xì)胞損傷越明顯。藍光導(dǎo)致的RPE細(xì)胞損傷與細(xì)胞內(nèi)線粒體、溶酶體等結(jié)構(gòu)密切相關(guān)，因為線粒體主要負(fù)責(zé)有氧呼吸為機體供能，藍光刺激人RPE細(xì)胞產(chǎn)生的ROS主要來自于線粒體電子呼吸傳遞鏈[9]。線粒體中的黃素氧化酶和細(xì)胞色素系統(tǒng)均具有吸收藍光的特性，黃素氧化酶可吸收450～520 nm的藍光；細(xì)胞色素氧化酶約在420和440 nm有吸收峰[10-11]。在有氧情況下，接受藍光照射后產(chǎn)生氧自由基，氧自由基降低ATP酶的活性，使ATP生成減少，引起細(xì)胞水鈉代謝障礙，造成細(xì)胞水腫，細(xì)胞膜與線粒體膜功能障礙，細(xì)胞氧化呼吸障礙，細(xì)胞色素C大量釋放，誘使溶酶體啟動細(xì)胞凋亡程序[7]。Hockberger P E等[12]研究也支持這一觀點，該研究使用三種類型的細(xì)胞[小鼠成纖維細(xì)胞(NIH 3T3細(xì)胞)、非洲綠猴腎上皮細(xì)胞(CV1細(xì)胞)和人包皮角質(zhì)形成細(xì)胞]研究紫藍光照射細(xì)胞后產(chǎn)生ROS的機制，研究表明，紫藍光誘能導(dǎo)過氧化物酶和線粒體產(chǎn)生H2O2，其產(chǎn)生的機制可能與黃素氧化酶的活化有關(guān)。

Nakashima Y等[13]使用表達roGFP(氧化還原反應(yīng)敏感的綠色熒光蛋白)的小鼠研究藍光對皮膚的影響發(fā)現(xiàn)，藍光能誘導(dǎo)活體皮膚產(chǎn)生氧化應(yīng)激，且主要發(fā)生在線粒體線中，而綠光、紅光或者遠紅外線都沒引起這種反應(yīng)；藍光照射人體皮膚時，可以使皮膚中的黃素自體熒光減少，推測黃素可能是藍光的光敏劑；藍光照射角質(zhì)形成細(xì)胞也會使細(xì)胞產(chǎn)生氧化應(yīng)激；細(xì)胞接受藍光照射主要產(chǎn)生超氧陰離子，而接受UVA照射主要產(chǎn)生單線態(tài)氧，兩者都是通過ROS途徑介導(dǎo)的皮膚損傷，這表明藍光導(dǎo)致皮膚光損傷的機制與UVA類似，但是藍光產(chǎn)生氧化應(yīng)激的效能較UVA弱。

2.2 脂褐素與溶酶體介導(dǎo)的藍光損傷

藍光除了誘導(dǎo)線粒體產(chǎn)生氧自由基促使細(xì)胞產(chǎn)生氧化損傷外，與脂褐素也有密切的關(guān)系。脂褐素是細(xì)胞衰老的標(biāo)志，在有絲分裂后的細(xì)胞中累積，是溶酶體內(nèi)由鐵催化氧化形成的具有自發(fā)熒光特性的棕黃色物質(zhì)[14]。人RPE細(xì)胞內(nèi)代謝物脂褐素中的最主要的熒光基團為N視黃基N視黃乙醇胺(A2E)，A2E受藍光激發(fā)后可進一步誘導(dǎo)ROS的產(chǎn)生。且A2E氧化物可特異性作用于細(xì)胞色素c氧化酶，啟動凋亡[15]。含脂褐素的RPE細(xì)胞暴露在藍光照射中，細(xì)胞活力下降，ROS產(chǎn)生增加[16-17]。脂褐素顆?？梢员凰{光激發(fā)產(chǎn)生自由基，使細(xì)胞線粒體等結(jié)構(gòu)損傷后，氧化損傷的亞細(xì)胞器和蛋白質(zhì)(線粒體和其他細(xì)胞結(jié)構(gòu)部分)通過自吞噬作用進入溶酶體[18]。經(jīng)溶酶體自噬的亞細(xì)胞器及蛋白質(zhì)氨基酸殘基等生物大分子物質(zhì)被具有氧化還原活性的鐵催化進一步氧化形成脂褐素并大量累積在溶酶體中，最終使溶酶體的自吞噬作用失效。而線粒體損傷后，會導(dǎo)致溶酶體內(nèi)更多的脂褐素的形成并積累，促使溶酶體功能障礙，這表明在藍光照射后線粒體和溶酶體會相互促進放大細(xì)胞損傷甚至啟動凋亡[19]。藍光照射可誘導(dǎo)含脂褐素的溶酶體產(chǎn)生氧自由基，引起溶酶體和線粒體氧化損傷，溶酶體破壞啟動細(xì)胞凋亡[13]。脂褐素使細(xì)胞對藍光敏感性增加，在RPE細(xì)胞培養(yǎng)基中添加脂褐素培養(yǎng)后，藍光照射后顯示細(xì)胞線粒體DNA與細(xì)胞核DNA均出現(xiàn)損傷，未添加脂褐素的細(xì)胞在藍光照射后僅顯示線粒體DNA損傷[8]。除此之外，近年來廣泛使用的光動力技術(shù)，使用可見光聯(lián)合光敏劑進行治療各種皮膚疾病有效可以推測，只要有合適的光敏劑，可見光也可以誘導(dǎo)產(chǎn)生氧自由基對組織細(xì)胞產(chǎn)生相應(yīng)的氧化損傷。

總之，這些研究結(jié)果表明，雖然藍光光子的能量沒有紫外線強，但是藍光可穿透至皮膚真皮層，通過誘導(dǎo)細(xì)胞產(chǎn)生ROS導(dǎo)致真皮層成纖維細(xì)胞損傷，使細(xì)胞外基質(zhì)減少，導(dǎo)致皮膚過早老化。

3 藍光損傷的防護措施

1)物理防護：使用物理的防藍光膜、儀器的濾光裝置能有效濾過藍光，物理防曬保護皮膚免受藍光損傷。

2)抗氧化劑：多種抗氧化劑均被證實能夠有效預(yù)防細(xì)胞損傷。目前臨床上采用強效抗氧化劑對抗氧化損傷。維生素C，藍光照射對 RPE細(xì)胞的線粒體DNA造成損傷，但有研究顯示同時給予維生素C能對細(xì)胞氧化損傷起到一定的保護作用[20]。維生素E，藍光能誘導(dǎo)培養(yǎng)人RPE細(xì)胞衰老，加入抗氧化劑VitE后能抑制細(xì)胞衰老的發(fā)生，保護細(xì)胞免受藍光損傷[21-23]。白藜蘆醇具有對人RPE細(xì)胞內(nèi)活性氧自由基的強效抗氧化作用[24]。抗氧化物在一定程度上可減輕細(xì)胞的氧化損傷。

3)生物酶作用抗自由基損傷：超氧化物歧化酶SOD可以抑制超氧陰離子的產(chǎn)生，過氧化氫酶可以抑制羥基自由基的產(chǎn)生，疊氮化鈉過氧化氫酶可以抑制單線態(tài)氧的產(chǎn)生，多種活性酶可以有效的保護皮膚免受氧自由基的損傷，起到保護皮膚，抗衰老的作用[8]。

4)天然的藍光保護劑：類胡蘿卜素如葉黃素有兩個吸收峰分別位于446 nm以及476 nm、玉米黃質(zhì)的吸收峰約為460 nm，均可吸收藍光，具有抗藍光損傷作用，可通過吸收藍光和抗氧化作用保護皮膚免受藍光損傷[25]。

4 結(jié)語

LED光源在手機、電腦等電子設(shè)備以及照明設(shè)備中的廣泛應(yīng)用，大大增加了人們皮膚暴露在藍光照射的時間。研究顯示藍光對視網(wǎng)膜有損傷作用，是引起視網(wǎng)膜黃斑變性的病因。但藍光對皮膚損傷的研究較少，針對皮膚藍光損傷的防護劑也較少，目前皮膚防曬產(chǎn)品多針對紫外線。人們在關(guān)注陽光中UVA及UVB防護的同時，更要加強對可見光尤其是藍光對皮膚光老化及光損傷的認(rèn)識，還需要進行更多藍光對皮膚的作用及藍光防護劑的研究來指導(dǎo)藍光在皮膚科的應(yīng)用以及防護。

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ResearchProgressofSkinDamagebyBlueLightandItsProtectiveAgents

XIA Aiting, TIAN Yan
(DepartmentofDermatology，AirForceGeneralHospital,PLA,Beijing100142,China)

Blue light can damage skin by many ways. The broad application of LED lamp makes the time human skin exposuring in the blue light increase. Skin damage by the blue light and the protection of blue light has gradually aroused people’s attention.In the paper, we introduced some skin damage by blue light and the mechanism of damage,and the protection measures of damage by blue light were presented.

blue light; skin damage; LED lighting

TM923

A

10.3969/j.issn.1004-440X.2017.06.003