殼聚糖抗大鼠皮膚衰老作用的實驗研究

陳春野，胡艷艷,2，鄭 彬,2，方青青,2，張敏霞，趙婉意,2，王曉鳳,2，張丁叮,2，談偉強,2@

(1.浙江大學醫(yī)學院附屬第四醫(yī)院，浙江 義烏 322000；2.浙江大學醫(yī)學院附屬邵逸夫醫(yī)院，浙江 杭州 310016)

皮膚衰老是一種持續(xù)漸進性的生理過程，直接影響皮膚的外觀和功能。隨著對皮膚衰老機理的深入研究, 人們不斷研究和總結(jié)預防和延緩皮膚衰老的有效途徑和方法。殼聚糖(chitosan)是甲殼素的脫乙酰化產(chǎn)物，也是天然存在的唯一的堿性多糖[1-2]。已有研究表明，殼聚糖可以給皮膚提供膠原蛋白等，還可以刺激加快表皮細胞的再生速度，以達到減緩衰老的效果，是優(yōu)異的醫(yī)用敷料及組織工程材料[1-3]。羥脯氨酸(hydroxyproline，Hyp)是亞氨基酸之一，是膠原組織的主要成分之一，且為膠原中特有的氨基酸，可用它衡量膠原的量作為定量指標檢測皮膚的衰老程度[4-5]。本研究以自然老化的健康SD大鼠為研究對象，以大鼠背部皮膚組織勻漿中羥脯氨酸含量為指標，以及各組大鼠皮膚組織形態(tài)學的差異，來探討殼聚糖在抗皮膚衰老方面的實際效果。

1 實驗材料與方法

1.1 實驗材料

1.1.1 藥物與試劑 殼聚糖，平均分子質(zhì)量M≈106，脫乙酰度85%，浙江金殼藥業(yè)有限公司(殼聚糖護膚液由本課題組研制[6]，其主要是將不同分子量的殼聚糖混合后溶于1%稀醋酸中，使殼聚糖的最終質(zhì)量分數(shù)為1%)；維生素E注射液(上海通用藥業(yè)股份有限公司)；0.9%NaCl溶液；羥脯氨酸標準儲備液：羥脯氨酸標準品(中國科學院上海生化研究所，層析純)，用0.01N HCl配置，1ml相當于500μg；羥脯氨酸標準應(yīng)用液：1ml相當于10μg；8%硫化鈉酒精溶液；檸檬酸緩沖液(PH 5～7)；氯胺-T液(0.05mol/L)；過氯酸液(3.15mol/L)；對-二甲氨基苯甲醛液(8% g/g)；6N HCl；10N NaOH；表皮分離液(EDTA法)。

1.1.2 實驗動物 健康SD大鼠，重量為180g-200g，雄性，受試部位皮膚無異常。

1.2 實驗方法

1.2.1 皮膚標本及皮膚消化液的制備 取6只大鼠，分籠飼養(yǎng)，自由飲水。大鼠背部用8%硫化鈉酒精溶液脫毛后，用溫和清潔劑洗凈，在大鼠背部畫6個1.5cm×1.5cm方格，做上標記。在相應(yīng)方格內(nèi)(每組藥物隨機在每只大鼠上涂抹2個方格，一份用于羥脯氨酸測定，一份用于組織形態(tài)學觀察)，分別用滴管定量滴殼聚糖(實驗組)、維生素E(陽性對照組)、生理鹽水(陰性對照組)并涂抹均勻。每天涂抹一次，連續(xù)涂藥30天。第31天，選取每只大鼠背部涂抹處皮膚，取得的新鮮皮膚刮去疏松結(jié)締組織及脂肪，用表皮分離液剝?nèi)ケ砥ぃ羧≌嫫樱梦堄航M織塊，至無水分在吸水紙上出現(xiàn)為止。如暫時不做，可放入-4℃冷凍室保存，速凍標本不影響測定結(jié)果。將組織剪碎混合，稱取5mg皮膚標本，放入5ml具塞刻度試管中，加入6N HCl 2ml，至烤箱(125℃)加熱2h水解，加入10N NaOH 1ml(調(diào)PH5～7)加水至5ml，制成皮膚消化液。每組均產(chǎn)生6份大鼠的皮膚消化液樣本用于測定羥脯氨酸含量，共18份，測定羥脯氨酸含量的方法采用紫外分光光度法[7]。

1.2.2 標本吸光度測定 分別取0、0.2、0.4、0.6、0.8及1.0ml羥脯氨酸溶液于5ml刻度試管中，在562nm波長測定吸光度分別測定其分光度。以羥脯氨酸含量(ng)為橫坐標，吸光度A為縱坐標，繪制標準曲線。取皮膚消化液0.1ml至測定管中加水至1ml；標準管取標準溶液0.5ml加水至1ml；空白加水1ml。各管加入檸檬酸緩沖液1ml和氯胺-T 1ml，混勻后放置6min，再加入過氯酸混勻，放置5min，最后加入對-二甲氨基苯甲醛液1ml，放置75℃水浴10min，取出后迅速冷卻至室溫。在562nm波長測定吸光度，根據(jù)標準曲線算出每個處理組的羥脯氨酸含量。

1.2.3 殼聚糖對大鼠皮膚組織形態(tài)學的影響 將1.2.1制備標本中另一份各組受試皮膚，分別用20%甲醛溶液固定，常規(guī)石蠟包埋切片，HE染色，在光學顯微鏡下觀察各組大鼠皮膚組織形態(tài)學差異。

1.3 統(tǒng)計學處理

本文所有數(shù)據(jù)均錄入EXCEL 2016及SPSS 21.0進行統(tǒng)計分析，以P<0.05為差異有統(tǒng)計學意義。

2 實驗結(jié)果與分析

2.1 羥脯氨酸標準曲線

按照1.2.2的方法，測定羥脯氨酸標準曲線。測定不同濃度羥脯氨酸測定的吸光度，以羥脯氨酸質(zhì)量濃度為橫坐標，吸光度值為縱坐標繪制標準曲線(圖1)，并計算出回歸方程為：y=0.000005x-0.0027，羥脯氨酸濃度與吸光度之間的線性相關(guān)系數(shù)r=0.9601(P=0.006)，確定R2=0.9218 (P<0.01)，表明羥脯氨酸濃度與吸光度之間良好的線性相關(guān)關(guān)系。

圖1 標準曲線

2.2 每組大鼠皮膚中羥脯氨酸含量的計算及統(tǒng)計學分析

將1.2.1中制備的皮膚消化液18份均做吸光度檢測，代入上述標準曲線的回歸方程，計算出每份消化液樣本的羥脯氨酸含量，并計算出每組數(shù)據(jù)的均值與方差(表1)。3組數(shù)據(jù)做方差分析，先做方差齊性檢驗(表1)，雙樣本方差分析來判斷方差是異質(zhì)的。

然后再做t-檢驗，雙樣本異方差假設(shè)，再判斷顯著性差異。結(jié)果得出，實驗組(殼聚糖)與陽性對照組(維生素E)兩組比較，t=4.4595，P<0.01，差異極顯著。陽性對照組(維生素E)和陰性對照組(生理鹽水)兩組比較，t=3.4287，P<0.05，差異顯著。實驗組(殼聚糖)和陰性對照組(生理鹽水)兩組變量比較，t=5.4186，P<0.01，差異極顯著。方差分析結(jié)果表明3組SD大鼠羥脯氨酸方差不同(P<0.05)，見表1。

表1 3組SD大鼠皮膚羥脯氨酸含量(ng)比較

實驗組，即由涂抹殼聚糖的大鼠背部皮膚制成的皮膚消化液的吸光度算出的羥脯氨酸含量與陽性對照和陰性對照相比均有差異。說明殼聚糖能顯著提高大鼠皮膚組織中羥脯氨酸含量。

3.2 殼聚糖對大鼠皮膚組織形態(tài)學的影響

觀察HE 染色后的各組大鼠皮膚形態(tài)學差異(圖2)。實驗組(殼聚糖)大鼠皮膚表皮角化層變薄，真皮層變厚，膠原纖維致密豐富，腺管擴張，分泌旺盛；陽性對照組(維生素E)大鼠皮膚表皮角化層無明顯變薄，真皮層無明顯變厚，真皮膠原纖維較多，皮脂腺分泌較旺盛；陰性對照組(生理鹽水)大鼠皮膚表皮角化層較厚，真皮層厚度較薄，膠原纖維相對稀疏，腺管無明顯擴張，分泌不旺盛。

圖2 各實驗組大鼠皮膚組織形態(tài)學差異(HE染色)

3 討論

皮膚皺紋是人體衰老常見表現(xiàn)之一。膠原纖維是皮膚真皮中的重要成分，其含量隨年齡增長而明顯下降，從而使皮膚松弛，彈性降低。羥脯氨酸是膠原蛋白中最重要、含量最多而且最穩(wěn)定的氨基酸，約占膠原氨基酸總量的13%，其含量可間接反映出膠原纖維的含量，從而反映出真皮衰老程度[4]。大量研究表明，在延緩皮膚衰老的臨床及實驗研究中，很多制劑的抗衰機理是通過檢測實驗組皮膚羥脯氨酸含量的變化來體現(xiàn)的[4-5]。本實驗檢測了實驗各組大鼠皮膚組織勻漿中羥脯氨酸的含量，結(jié)果表明：實驗組(殼聚糖)羥脯氨酸含量顯著高于陽性對照組(維生素E)及陰性對照組(生理鹽水)，說明殼聚糖能顯著提高大鼠皮膚組織中羥脯氨酸含量，從而促進皮膚膠原蛋白合成，提示具有增強皮膚彈性，延緩皮膚衰老的作用。從殼聚糖對大鼠皮膚組織形態(tài)學影響的實驗可觀察到實驗組相對陽性對照(維生素E)和陰性對照(生理鹽水)，在形態(tài)學表現(xiàn)上皮膚表皮角化層變薄，真皮層變厚明顯，膠原纖維更加致密豐富，腺管擴張，分泌旺盛。維生素E的抗氧化作用在大量的研究中證實具有抗皮膚衰老的作用[8-9]。無論是組織學觀察還是定量檢測，殼聚糖的抗大鼠皮膚衰老的能力要比維生素E更強。

殼聚糖作為一種天然高分子材料，具有資源豐富、價格便宜、安全無毒等眾多優(yōu)點，其應(yīng)用研究不斷深化。研究表明，殼聚糖具有調(diào)節(jié)免疫[10]，抑制腫瘤作用[11]，還具有抗衰老，延緩受試動物老化等作用[2,3]。

殼聚糖在醫(yī)療美容、再生醫(yī)學、組織工程領(lǐng)域具有良好的研究前景，其抗皮膚衰老的研究目前尚少。Kong SZ等人研究了殼聚糖寡糖對D-半乳糖誘導的衰老模型小鼠可能的抗衰老作用，結(jié)果表明殼聚糖寡糖在D-半乳糖誘導的亞急性衰老小鼠中具有明顯的抗衰老作用，其作用機制在一定程度上與提高抗氧化防御能力，減少氧化應(yīng)激和改善衰老的免疫功能有關(guān)[3]。但是，殼聚糖對皮膚的抗衰老機制仍待研究，可能與其分子內(nèi)存在游離的多個氨基，作為自由基吸收劑，迅速將一個氫原子提供給自由基，從而干擾自由基鏈式反應(yīng)有關(guān)，作為自由基清除劑，在長期應(yīng)用過程中能消除或減少誘發(fā)膠原蛋白產(chǎn)生共價鍵的交聯(lián)反應(yīng)。關(guān)于殼聚糖抗皮膚衰老的具體機制，以及其在人體內(nèi)能否得到驗證，尚待進一步研究。