紫外線誘導皮膚光老化的形成機制

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，其機理的闡明對防護皮膚衰老及治療光損性疾病具有十分重要的意義。本文總結了近些年該領域的研究成果，發現日光中的UV主要通過損傷DNA、進行性蛋白質交聯、降低免疫應答、產生高度反應自由基損傷細胞和組織等機制造成皮膚光老化。UVB和UVA在誘導皮膚光老化形成中，既有各自的特點，又相互協同，而UVA單獨對真皮深層的穿透能力及對真皮組織的損傷機制尚待進一步研究。

[關鍵詞]紫外線；光老化；機制

[中圖分類號]R758 [文獻標識碼]A [文章編號]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，由時間的流逝形成；后者由外界環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、毛細血管擴張，紫癜等，其中最危險的是發展成皮膚癌。防護UV，延緩光老化日益受到人們的關注，已經成為人們日常生活的重要方面。弄清楚UV造成光損傷的具體機制，有效指導防曬品的研究開發，推進醫療工作的發展，是相關領域研究人員和醫療人員急需解決的迫切問題。本文就UV誘導光老化形成機制的研究進展作以綜合論述。

1日光中紫外線的種類及其在光老化發病中的作用

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，所以人們過去認為引起皮膚產生紅斑、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人體無害。近年來，研究發現UVA劇烈照射與UVB一樣，也能產生紅斑和血管損傷，甚至引起的改變比UVB更為嚴重，只是產生這種效應所需的劑量較UVB大1000倍。而且由于UVA對皮膚的穿透能力遠遠高于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在皮膚光老化發病中的作用也日益受到重視[2-5]。

2不同波長UV誘導光老化形成的機制

2.1 UVB誘導光老化形成的機制

2.1.1 基質異常降解：光老化皮膚的主要組織學特征是皮膚基質構成的改變，即膠原成分的減少和異常彈性纖維沉積[6]。成纖維細胞是皮膚真皮中最主要的細胞類型，其各種生物學特性的改變是皮膚光老化形成的最重要基礎[7]。已有體內研究證明UV輻射后誘導成纖維細胞產生基質金屬蛋白酶（matrix metalloproteinase，MMP），MMP屬于鋅依賴性的酶家族，能編碼間質膠原酶（MMP-1）、92kD明膠酶、基質溶解素-1等膠原酶，特異性降解幾乎所有的細胞外基質成分[8]。其中，MMP-1能夠裂解天然的(native)間質膠原螺旋；非天然的(denatured)間質膠原螺旋稱為明膠(gelatin)，明膠的進一步裂解由MMP中的基質溶解素(MMP-3)等完成。

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

2.1.2 自由基及線粒體突變學說：UVB作用于皮膚中的各種光敏物質或色基，可誘導產生以OH·和脂質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過氧化物堆積。UVB造成的氧化性應激還可引發一系列細胞內信號傳導，通過核轉錄因子NF-κB或轉錄因子激活蛋白1（AP-1）激活下游MMP等基因的表達。AP-1在UV照射之后，含量明顯增高，導致了MMP mRNA的含量和表達增加，特異性降解細胞外基質，出現光老化的皮損[8]。

馬淑梅[10]等用UVB照射成纖維細胞發現，UVB照射能夠誘導細胞凋亡及H2O2生成增加。UV輻射后，細胞中產生的活性氧可以破壞細胞蛋白質和酶的活性。在正常情況下，細胞內存在一系列抗過氧化物酶，如SOD、CAT和GSH-Px等?；钚匝跖c抗氧化酶之間存在一個動態平衡，當機體T-AOC降低時，常常導致各種疾病的產生。Takahashi等[11]通過SV-40轉化的人角質形成細胞，觀察了在UVB誘導的凋亡中SOD的作用，結果顯示，UVB照射可以降低SOD的活性。于業軍[12]等研究發現，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。由于脂質過氧化進程中可產生多種具有中等反應活性的脂自由基L·LO·LOO·，易穿透并擴散進入細胞核，直接攻擊DNA或RNA，引起DNA突變，而mtDNA具有半自主性的特點，受細胞核DNA的調控，所以細胞核DNA的突變也會引起線粒體DNA的相應改變，使皮膚線粒體基因暴露在一個相對較大劑量ROS的環境中，從而加重了由基因缺失引起的DNA突變，導致光老化的形成[13]。

2.1.3 免疫抑制：UVB照射人類皮膚可導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胞數量，改變其形態和免疫功能有關。Bacci等[14]以400J/cm2的UVB分別照射對UVB敏感和對UVB抵抗的小鼠耳背皮膚，24、48、72 h后用免疫熒光技術在光學顯微鏡下觀察LC的數量，發現對UVB敏感的小鼠皮膚中，照射24h后LC的數量就開始明顯下降，幾乎沒有形態正常的細胞存在。而對UVB抵抗的小鼠則沒有這種反應。同時經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導致的免疫抑制可能是Th1和Th2細胞比例和活性發生變化所致。UVB對LC的抑制作用是UVB產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胞可在體內外誘導CD8+T細胞及CD8+Tcl效應細胞或CD8+T細胞克隆發生免疫耐受。UVB輻射后，角質形成細胞可釋放許多細胞因子，尤其是IL-10與TNF-ａ，影響抗原提呈細胞（尤其是朗格漢斯細胞）發揮正常功能，此誘導T細胞耐受。Teunissen等[15]的研究結果顯示，正常人皮膚接受UVB輻射部位表皮及真皮中中性粒細胞浸潤并誘導真皮中出現抑制性T細胞，輻射部位細胞因子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胞、樹突狀細胞的免疫功能及改變體液免疫中某些細胞因子水平而抑制機體皮膚免疫系統，在活體的正常表皮中引起MMP-1，MMP-3和MMP-9的表達，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誘導光老化形成的機制：UVA因穿透能力強而在皮膚光老化發病中日益受到重視。其中，UVA1（340～400nm）在皮膚中誘導ROS的產生（主要是1O2和H2O2）是主要的致病機理之一[16]。UVA1誘導皮膚產生的ROS，可進一步激活絲裂原活化蛋白激酶（MAPK）信號傳導通路，促進MMP的表達，同時抑制膠原的合成，從而造成光老化皮膚特征性的改變[16-17]。

嚴淑賢等[18]利用UVA1照射體外原代培養的人真皮成纖維細胞，結果顯示15J/cm2UVA1在引起成纖維細胞氧化性損傷的同時，可顯著抑制I、III型膠原的蛋白合成，促進MMP-1，MMP-3的表達，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的堆積。周華等[19]用免疫組化方法檢測UVA照射對培養的角朊細胞和成纖維細胞多種抗原成分表達的影響，結果提示，UVA對角朊細胞的角朊蛋白、層粘蛋白、橋粒結構蛋白、粘集素Interlnα6和Intednβ4抗原成分的表達有抑制作用或對這些抗原成分有直接或間接的破壞作用。推測UVA可損傷角朊細胞合成皮膚組織結構蛋白的功能；對成纖維細胞抗原表達也有影響，其中Ⅰ型膠原和Ⅲ型膠原對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的皮膚成纖維細胞，引起原代培養的真皮成纖維細胞形態發生皺縮、細胞貼附功能下降、致使懸浮細胞逐漸增加；MTT試驗顯示，隨著UVA劑量的增加，細胞存活數顯著下降，分裂增殖能力降低；LDH酶檢測表明，UVA在3J/cm2較低劑量時，細胞就有損傷，引起LDH向細胞外滲透，高劑量時更為明顯。

眾多關于UVA與光老化的研究表明，UVA對膠原合成的影響、氧化損傷等較為明顯，表明其穿透能力對真皮組織有較大的損傷，但確切的機制尚有待進一步研究。

2.3 UVA和UVB的協同效應

2.3.1 對基質的降解作用：有文獻報道UVA照射組即使UVA積累劑量達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照相比變化不明顯，但經UVB及UVA+UVB照射后膠原纖維變性、均質化、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，兩種纖維粗細不等，分布不均勻。超微結構觀察可見經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；毛細血管內皮細胞腫脹。

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

2.3.2 對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胞、角質形成細胞、樹突狀細胞、成纖維細胞和血管內皮細胞產生，可分為IL-1α和IL-1β兩種類型，能促進活化T、B細胞增生和分化，促進CSF對骨髓細胞的作用，刺激合成前列腺素等激素，還能夠誘導IL-6的表達。IL-1在皮膚光老化的真皮膠原過度降解中發揮著重要的作用。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UVA輻射后成纖維細胞表達MAPK活性和c-Jun mRNA（IL-1a還促進c-Fos mRNA的表達），使UVA輻射后成纖維細胞表達MMP-1增加，促進光老化的形成。

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

綜上，除單獨造成損傷外，UVA和UVB還具有協同效應：一方面， UVA可通過生理條件下細胞內豐富的卟啉、黃素等作為光增敏劑間接損傷皮膚[23]，擴大或協同UVB的光老化作用[24]；另一方面，UVB可以通過對IL-1等的影響，間接促進UVA輻射后成纖維細胞表達MMP-1，促進光老化得形成；另外，UVA和UVB可以直接或間接影響免疫因子IL-1和IL-6，協同影響T、B細胞。

日光中的UV主要通過下列機制使皮膚損傷[25]： ①損傷DNA；②進行性蛋白質（如膠原）的交聯；③通過誘導抗原刺激反應的抑制途徑而降低免疫應答；④產生高度反應的自由基與各種細胞內結構相互作用而造成細胞和組織的損傷。UV還可直接抑制表皮朗格罕斯細胞的功能，引起光免疫抑制，使皮膚的免疫監督功能減弱而引起皮膚的光老化[26]。

光老化是UVB和UVA共同作用的結果，但是關于UVA和UVB對光老化的單獨機制，還沒有確切成型的理論，甚至有些研究結果相互矛盾（如對于UVA對膠原的降解作用）。弄清楚UV對造成皮膚光老化的具體機制，有針對性的研究防治策略，對研發防曬化妝品，指導生活中防護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；同時也提示其他疾病的防治應充分考慮各種理論和機制，綜合實施，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，在抑制黑色素形成的基礎上改善微循環和調理脾胃，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