皮膚光老化機制及治療制劑研究進展

何 麗，林雪霏，陳 慧，隋長霖，李 曼，朱 威

現(xiàn)今，人類對年輕皮膚外觀的追求與不可逆轉的衰老之間日益成為矛盾。在自然界中，來自太陽的紫外線、可見光和紅外線對人體皮膚影響最大。太陽光中到達地面的紫外線主要包括長波紫外線（ultraviolet A，UVA）、中波紫外線（ultraviolet B，UVB）、短波紫外線（ultraviolet C，UVC）[1]，其中UVA 有很強的穿透力，可直達真皮層，破壞彈性纖維和膠原纖維，也稱為黑斑效應紫外線；UVB 易累及表皮，是引起日曬性紅斑的最主要部分，也稱曬斑光譜；UVC 是誘發(fā)紅斑和殺滅細菌最有效的紫外線，但在到達大氣之前基本被吸收和散射，故在太陽紫外線中，UVA和UVB 主要參與光老化的致病過程。紫外線輻射可導致色素沉著、松弛、粗糙、皺紋加深等皮膚損害，紫外線引起的皮膚損害已成為皮膚科醫(yī)生急切需要解決的問題。本文對皮膚光老化發(fā)生機制、相關信號通路及抗光老化制劑進行綜述。

1 紫外輻射引起的皮膚變化

皮膚基本結構主要分為表皮層、真皮層、皮下組織及皮膚附屬器，其中表皮層和真皮層在皮膚生理、病理發(fā)病機制中發(fā)揮著主要作用。紫外線照射引起皮膚細胞產生活性氧（reactive oxygen species，ROS），進而引發(fā)氧化應激反應及炎癥反應[2]。ROS 作為一種氧自由基，能夠可逆或不可逆的破壞各種化合物，包括核酸、蛋白質、游離氨基酸、脂質、脂蛋白、碳水化合物和結締組織大分子。真皮層內成纖維細胞合成的纖維型膠原與基底膜膠原均與皮膚關系密切，其中纖維型膠原可分為Ⅰ-Ⅲ型、Ⅴ型和Ⅵ型，皮膚真皮層內廣泛分布著Ⅰ型和Ⅲ型膠原。成纖維細胞還可合成各種降解基質的酶，即基質金屬蛋白酶（matrix metalloproteinases，MMPs），MMPs 是 一 個 鋅 依 賴的酶家族。MMPs 在膠原蛋白降解過程中起關鍵作用，紫外線照射可誘導MMPs 合成并抑制成纖維細胞功能，降低成纖維細胞合成及分泌膠原蛋白能力。MMPs 特異性降解細胞外基質成分，破壞膠原蛋白的正常結構，最終導致皮膚光老化。表皮層內的角質形成細胞和真皮層內的成纖維細胞可產生多種細胞因子及炎性因子，如白細胞介素（IL）-1β、IL-2、IL-6、腫瘤壞死因子（TNF）-α、IL-10 等，它們參與免疫反應及炎癥反應的調節(jié)過程。如IL-1β 刺激活性氧的積累，損害皮膚組織和細胞，亦可增加MMPs的表達降解膠原蛋白，破壞細胞外基質的結構和功能[3]。

2 光老化相關信號通路

皮膚光老化的發(fā)生涉及多種機制，主要包括以下4 條信號通路。

第1 條為MAPK 信號通路，紫外線輻射誘發(fā)ROS 大 量 產 生，ROS 可 激 活MAPK 家 族，引 起JNK、P38、ERK 3 條信號通路活化[4]，誘導C-Jun、C-Fos 蛋白的表達，C-Jun 和C-Fos 組成異源二聚體，并與其他蛋白因子結合形成轉錄因子激活蛋白AP-1，AP-1 與MMPs 的啟動子結合誘導MMPs 表達，MMPs 可降解各類膠原、蛋白多糖及其他基質蛋白。

第2 條為NF-κB 信號通路，NF-κB 是調節(jié)生長基因表達的通用轉錄因子，通常情況下，NF-κB 二聚體與NF-κB 抑制蛋白形成三聚體。紫外線照射時，IKB 激酶IKK 被激活，活化的IKK 誘導IKK 磷酸化。后者可使 NF-κB 轉移到細胞核，進一步結合MMPs啟動子的NF-κB 位點，從而調控MMPs 的轉錄[5]，并調節(jié)膠原蛋白的降解。

第3 條為Nrf2/ARE 信號通路，胞質蛋白Keap1作為負調控因子，與轉錄因子Nrf2 結合以維持胞內 Nrf2 的穩(wěn)態(tài)[6]。當細胞發(fā)生氧化應激時，Nrf2 與Keap1 解離，并轉入核內調節(jié)轉錄，Nrf2 活化并進入細胞核，可與抗氧化元件結合，調控相應基因表達，發(fā)揮抗氧化應激作用。目前許多研究已證實了多種生物或化學制劑可通過keap1/ARE 信號通路對光老化產生影響。Shin 等[7]發(fā)現(xiàn)梔子苷可上調光老化人皮膚成纖維細胞轉錄因子Nrf2 的表達，從而激活下游信號通路發(fā)揮抗光氧化應激作用。

第4 條為TGF-β/Smad 信號通路，轉化生長因子TGF-β 是一組調節(jié)細胞生長和分化的TGF-β 超家族。TGF-β1 通過與TGFβ 受體Ⅱ結合，使TGFβ 受體Ⅱ磷酸化，繼而激活TGFβ 受體Ⅰ。TGF-β 受體被磷酸化，誘導Smad2 和Smad3 激活并結合Smad4，該復合物進一步入核調控膠原蛋白合成基因表達。另外，Smad7 通過反饋抑制機制調節(jié) TGF-β/Smad 信號通過，Smad7 既可抑制Smad2 / 3 的激活，又降低了TGF-β 受體的穩(wěn)定性[8]。紫外線照射皮膚后，TGF-β/Smad 信號通路受抑制，成纖維細胞分泌的膠原纖維減少，同時還可誘導免疫反應及炎癥反應。

此外，通過芳烴化合物激活細胞內芳烴受體AHR 可引起皮膚老化，且端粒的縮短與光老化亦有關。有研究顯示紫外線照射皮膚成纖維細胞后，發(fā)現(xiàn)細胞端?？s短，且輻射劑量與縮短程度有關[9]。綜上，皮膚光老化是一個網絡式的信號調節(jié)過程，還涉及諸多信號通路。

3 外源物質對光老化的影響

3.1 外用制劑

研究發(fā)現(xiàn)外用各種植物提取物可改善皮膚光老化，這些物質可通過調節(jié)氧化應激防御系統(tǒng)減少紫外線輻射引起的氧化應激反應、炎癥反應，并通過降低膠原蛋白的降解或促進其合成而發(fā)揮光保護作用。Xiao 等[10]給光老化小鼠外用紅毛丹果皮酚醛樹脂，發(fā)現(xiàn)小鼠皮膚膠原蛋白及透明質酸含量、抗氧化酶活性、炎癥因子及MMP-1、MMP-3、MMP-9 表達均較對照組升高，且用藥組較未用藥組表皮厚度、膠原纖維排列均有恢復，提示紅毛丹果皮酚醛樹脂可改善紫外線誘導的皮膚氧化應激反應、炎癥反應及膠原蛋白合成等。Yun[3]等研究了地榆皂苷的護膚霜對無毛小鼠光老化的保護作用，發(fā)現(xiàn)該護膚霜能抑制小鼠IL-1β、MMP-2、MMP-9 的mRNA 的表達，從而對光老化無毛小鼠皮膚皺紋的形成和膠原蛋白降解有一定改善作用。Jia 等[11]研究了一種由積雪草酸和氨基葡萄糖組成的高生物利用度的氨基酸對人皮膚成纖維細胞的抗光老化作用，發(fā)現(xiàn)該氨基酸可通過降低細胞凋亡率和P53、BAX、Caspase 3 和Caspase 9 基因的表達來減弱UVB 誘導的細胞增殖抑制狀態(tài)。與未處理組細胞相比，谷胱甘肽過氧化物酶1（glutathione peroxidase1，GPX-1）基因表達增加，ROS 及炎性因子IL-1、IL-6、IL-8、IL-17 和 TNF-α 表達均減少。當光老化小鼠外用該氨基酸后，小鼠皮膚厚度和膠原蛋白含量均較未用藥組有所恢復，同時發(fā)現(xiàn)MMPs表達降低，Ⅰ型膠原蛋白和TGF-β1 表達升高。Ying等[12]發(fā)現(xiàn)從紫菜提取的類菌胞素氨基酸可上調光老化小鼠皮膚超氧化物歧化酶（superoxide dismutase，SOD）、GPX、過氧化氫酶（catalase test，CAT）的表達，下調NF -κB, IL -1β，IL- 6 及IL- 10 的表達，說明菌絲狀氨基酸可通過增加抗氧化酶活性和抑制炎癥反應保護皮膚細胞免受光損傷。Rui[13]同時也發(fā)現(xiàn)從紫菜中提取的類菌胞素氨基酸可抑制轉錄因子NF-κB 的表達，并通過 NF-κB 和MAPK 信號通路下調 MMP-1，MMP-3 和TNF-α 的表達，即類菌胞素氨基酸通過阻斷MAPK 信號通路抑制紫外線輻射誘導的MMPs 的表達。Lin 等[14]研究發(fā)現(xiàn)芝麻素可下調UVB 輻射小鼠皮膚MMP-1、IL-6、NF-κB 和i-NOS的表達，從而減少小鼠皮膚膠原的降解，并減輕皮膚炎癥反應。Mai 等[15]發(fā)現(xiàn)鐵皮石斛原球莖可上調紫外線輻射小鼠CAT、SOD、GPX 表達，并下調硫代巴比妥酸反應產物和MMPs 表達，從而使皮膚免受紫外線誘導的光老化。Tang 等[16]發(fā)現(xiàn)乙醇酸可抑制紫外線輻射小鼠皮膚皺紋的形成，減少真皮層的壞死和膠原纖維的分解。Wiraguna 等[17]研究了紫荊莖提取物凝膠對紫外線輻射小鼠皮膚光老化的保護作用，發(fā)現(xiàn)用藥組小鼠皮膚膠原蛋白表達量更高，且膠原結構保存更好，MMP-1 和8-OHdG 表達水平更低。Kim 等[18]發(fā)現(xiàn)發(fā)酵的黑莓可通過調節(jié)MAPK 和NF-κB 信號通路降低UVB 輻射無毛小鼠皮膚膠原的降解，減少小鼠的背部皮膚皺紋形成和表皮的增厚。Bora 等[19]將4 個美國食品藥品管理局批準的紫外線過濾劑和褪黑激素、南瓜籽油結合，生產出廣譜防曬霜，用于光老化大鼠皮膚后，發(fā)現(xiàn)該光譜防曬霜可上調體內SOD、GPX 和CAT 的表達，同時下調IL-6，IL-1β，TNF-α 和 TGF-β1 等炎性因子的表達。且可通過TGF-β/Smad 信號通路促進膠原蛋白的生成，抑制紫外線輻射誘導的組織結構變化、膠原蛋白和彈性蛋白纖維排列的變化。Bi 等[20]發(fā)現(xiàn)外用維生素D3 脂質體可以修復大鼠光老化模型中皮膚的表面形態(tài)，促進新膠原纖維的產生，在光老化的組織學中顯著改善皮膚外觀和修復損傷。

3.2 口服制劑

除外用制劑，目前已研究報道了口服制劑可影響光老化皮膚的氧化應激系統(tǒng)。Barcelos 等[21]給予紫外線輻射的大鼠分別喂食脂肪酸、反式脂肪酸，發(fā)現(xiàn)反式脂肪酸可增加大鼠皮膚皺紋評分、ROS 的產生量及Na-K-ATP 酶活性，并降低還原型谷胱甘肽的表達，增加皮膚的氧化應激損傷。Ozkol 等[22]研究了木芙蓉提取物花青素對UVC 引起損傷的作用，發(fā)現(xiàn)UVC 照射后大鼠皮膚總氧化劑狀態(tài)，氧化應激指數(shù)，脂質過氧化和蛋白質氧化顯著升高，且總抗氧化狀態(tài)、還原型谷胱甘肽和超氧化物歧化酶顯著下降，而應用花青素喂養(yǎng)大鼠幾乎在所有組織中逆轉除總氧化劑以外的上述指標的變化，提示木芙蓉提取物花青素可能具有抗氧化和自由基消除作用。此外，膠原肽亦可對Ⅰ型膠原和其他細胞外基質分子有刺激作用。Lee 等[23]給光老化大鼠口服膠原肽，發(fā)現(xiàn)口服膠原肽可減弱光老化大鼠皮膚MMP-1 的產生，并增加成纖維細胞中 型原膠原的合成。Defeng 等[24]研究發(fā)現(xiàn)給紫外線輻射的SD 大鼠口服核桃蛋白水解物可抑制MMP-1 活性，促進膠原蛋白、羥脯氨酸及透明質酸的合成，減輕表皮增生，修復受損的皮膚結構。Han 等[25]發(fā)現(xiàn)口服繡球花葉提取物可使UVB 輻射無毛小鼠皮膚MAPK/AP-1 信號通路失活，防止膠原降解，從而減少小鼠背部皮膚皺紋的形成，緩解表皮增厚和皮膚脫水。

3.3 其他

此外，除了傳統(tǒng)外用和口服制劑可對光老化皮膚產生影響，尚有其他方法用于研究光老化皮膚。Xu等[26]通過給大鼠光老化皮膚皮下注射脂肪來源干細胞和應用二氧化碳激光，發(fā)現(xiàn)兩者均可上調成纖維細胞活性，改善光老化皮膚細胞功能。Gong 等[27]通過給光老化小鼠背部皮膚移植脂肪干細胞，發(fā)現(xiàn)脂肪干細胞可抑制UVB 誘導的 MMP-2 和MMP-13 的過表達，抑制炎性因子（磷酸化NF-κB、P65、NLRP3、VCAM-1、COX2 和 TNF-α）的釋放，并促進Ⅰ型膠原蛋白的合成。且發(fā)現(xiàn)脂肪干細胞的抗光老化機制與TGF-β2 的激活和 NF-κB 信號通路的抑制有關，脂肪干細胞通過抑制炎癥反應和細胞外基質降解來逆轉UVB 誘導的光老化。馬旭等[28]將脂肪干細胞皮下注射至UVB 輻射小鼠背部皮膚，發(fā)現(xiàn)小鼠背部皮膚厚度較未用藥組薄，且接近對照組。同時，用藥組整合素α-2、Ⅲ型膠原蛋白、抗凋亡蛋白Bcl-2 的表達均高于未用藥組，而MMP-2、MMP-9 和增殖細胞核抗原的表達低于未用藥組。此外，Hu 等[29]研制了一種人皮膚成纖維細胞制成的球形三維體，并以此制成外泌體通過無針注射器作用于光老化裸鼠皮膚內，發(fā)現(xiàn)該外泌體可誘導裸鼠皮膚內MMP-1、TNF-α 表達下降，同時上調TGF-β、Ⅰ型原膠原蛋白的表達，證明該外泌體具有抗皮膚老化的特性。

4 總結

在皮膚光老化過程中，外源因素引起ROS 大量產生，ROS 作為啟動劑可激活體內氧化應激系統(tǒng)，進而引發(fā)氧化應激反應、炎癥反應、細胞外基質降解等。除上述文獻中的植物多酚、植物多糖等各種植物提取物可發(fā)揮一定抗光老化作用。各種維生素，如維A 酸類、維生素C、維生素E 等，各種微量元素，如鋅、銅、硒等，各種中藥材，如黃芪、青蒿素、甘草、紅景天等亦具有抗光老化作用。無論哪一種類型的制劑，亦或是外源性、內源性刺激物，均作用于不同環(huán)節(jié)來干擾或阻斷氧化應激系統(tǒng)反應、免疫反應及炎癥反應等，從而減弱炎癥因子的產生，抑制膠原蛋白的降解，發(fā)揮光老化保護作用。