皮膚光老化和抗氧化劑研究進展

龔 婕 馬良娟

隨著大氣臭氧層遭到嚴重破壞,太陽紫外線輻射強度不斷增強,且UV具有累積效應,對人們的生活工作影響越來越大。紫外線分為3個波段:長波紫外線UVA(320～400 nm)、中波紫外線UVB(275～320 nm)、短波紫外線UVC(230～275 nm)。由于大氣層的阻擋作用,UVC幾乎全被臭氧層吸收，入射到地球表面的紫外線主要為UVA和UVB,相同劑量的UVB輻射對皮膚的損傷比UVA約大800～1 000倍。皮膚接受過多的紫外線照射后,皮膚組織細胞會產生氧化應激,產生過量的活性氧簇(ROS),ROS能夠破壞細胞膜的完整性和細胞內的抗氧化系統,進而引起細胞炎癥、細胞凋亡及腫瘤的形成；同時過量的紫外線照射會使皮膚膠原、透明質酸、彈性蛋白降解, 導致皮膚彈性變低、粗糙、形成皺紋。隨著對光老化認識的加深，抗氧化劑的研究取得進一步發展，抗氧化劑的應用是對抗皮膚光老化的有效策略。

1 皮膚光老化

皮膚是人體最大的器官，和其他器官一樣，皮膚也在老化。皮膚光老化是由于皮膚長期受到日光照射所引起的損害，是自然老化和紫外線輻射共同作用的結果。表現為皮膚曝光部位粗糙、增厚、干燥，皮膚松弛、皺紋加深加粗，局部有過度的色素沉著或毛細血管擴張，甚至可能出現各種良性或惡性腫瘤(如日光角化病、鱗狀細胞癌、惡性黑素瘤等)。皮膚老化是一個復雜的、多因素的、累積的、漸進的過程，它會導致皮膚功能和審美上的一些變化。太陽光的UV輻射，特別是UVA和UVB，是皮膚損傷的主要環境因素。這種照射包括UV輻射UVA，UVB，UVC，但是只有UVA和UVB到達地球表面(95%UVA和5% UVB)。UVB能夠穿透表皮及真皮的上層，盡管UVB代表少量的陽光但會導致更嚴重的皮膚損傷[1]。UV輻射的破壞作用包括光老化和光致癌[2]。光老化的臨床表現：隨著年齡的增長，皮膚的蛋白多糖、膠原蛋白和彈性蛋白水平降低，可導致皮膚出現老化，其主要原因是由環境因素(紫外線)驅動的氧化應激起著核心作用[3]。皮膚老化會嚴重影響美觀，出現干燥、粗糙、毛細血管擴張、彈性降低、不規則色素沉著、脂溢性角化等表現。UV輻射不僅能促進和加速皮膚衰老發生和發展的過程，導致人的容貌過早老態而影響外在形象和面貌，而且還危害正常皮膚的組織結構和生理功能，會顯著增加皮膚癌的發病風險，光致癌是由細胞和DNA損傷引起的[4]。在細胞水平上，DNA損傷是紫外線暴露后的主要事件，產生的損傷類型取決于輻射的波長和能量分布，形成不同的光產物。雖然內源性DNA修復機制在修復DNA方面有一定的效果，但是一些DNA損傷仍然存在，并且可能隨著慢性暴露而累積。UV防護策略，如防曬劑的使用，對于限制進一步的DNA損傷非常重要。皮膚是機體與環境相互作用的主要媒介，人體的皮膚每天都接受紫外線的照射，最終導致細胞光損傷和皮膚老化，為了預防皮膚光老化，抗氧化劑的應用已經在皮膚科展開，并寄希望應用于化妝品來有效預防皮膚光老化。

2 抗氧化劑與皮膚光老化

2.1 光老化的形成機制及抗氧化系統 皮膚衰老是由內在因素(如年齡)以及外部因素(如慢性紫外線照射)介導的一種復雜的過程，這一過程被稱為光老化，可導致紅斑、水腫、曬傷、增生、早衰以及非黑素瘤和黑素瘤皮膚癌的發展[5]。UV可以通過生物分子吸收能量直接造成皮膚損傷，或通過增加活性氧和活性氮物質的產生間接造成皮膚損傷。在UV照射下，酪氨酸酶被激活后促進細胞內黑素的生成，隨后UV會降解皮膚中的膠原蛋白和彈性蛋白纖維，導致皺紋形成[6]。隨著活性氧水平的增加,基質金屬蛋白酶水平也隨之升高并破壞膠原纖維[7]，從而共同誘導光老化。當機體在有氧條件下，電子在原子之間轉移，其中氧是產生ATP的最終電子受體。然而，非耦合電子的轉移導致活性氧和活性氮物質等自由基的產生[8]。在生理條件下，皮膚細胞的特征是活性氧的不斷生成，以及發達的抗氧化系統，維持氧化還原平衡[9]。抗氧化系統是基于多種小分子量的抗氧化劑包括谷胱甘肽、維生素A、E、C以及抗氧化蛋白，主要由超氧化物歧化酶、過氧化氫酶、谷胱甘肽過氧化物酶、硫氧還蛋白、硫還蛋白組成還原酶，保護細胞免受活性氧介導的干擾。蛋白質抗氧化劑可以通過支持活性氧依賴性轉錄因子Nrf2和抗氧化基因的轉錄從而啟動細胞保護[10]。盡管氧化還原維持平衡，皮膚細胞頻繁暴露于UVA和UVB的輻射中,自然光仍可刺激氧化酶的活性并破壞抗氧化劑的作用，導致氧化應激，此時合理的局部外用抗氧化劑是一種有效的皮膚光保護策略。然而，應采取適當的劑量，注意避免過量使用抗氧化劑，因為它可能是有害的。維生素A、E和C在高劑量的條件下反而導致維生素過多而中毒[8]。因此，各種抗氧化劑作用機制的研究在皮膚光老化中具有顯著意義。

2.2 具有對抗光老化作用的抗氧化劑

2.2.1 紅樹莓提取物 紅樹莓(覆盆子)是一種可食用的植物果實，色澤鮮艷，風味獨特，許多研究都表明天然產物紅樹莓對UVB損傷具有光化學保護作用，漿果具有抗氧化、抗炎和抗癌的特性，因為漿果含有大量的植物化學物質，包括酚類、類黃酮、單寧、類靜苯等。中醫著作《本草綱目》中有描述過覆盆子可以表現出滋潤肌膚，減少皮膚紅腫的效果。覆盆子富含多種抗氧化物質，如維生素C、鞣花酸和花青素[11]。與其他水果和蔬菜相比，覆盆子含有較高的多酚，具有較強的抗氧化活性，這表明覆盆子果實是天然抗氧化劑的良好來源[13]。紅樹莓提取物的總酚類、黃酮類和原花青素類在清除超氧自由基的活性物質中具有最高的Pearson系數值(0.952-1)[12]。為研究紅樹莓提取物在人表皮角質形成細胞和裸鼠模型中UVB引起的損傷的預防作用和相關分子機制，對裸鼠皮膚的蛋白質譜和免疫組織學進行研究后表明，紅樹莓提取物可以防止UVB引起的細胞死亡，保護皮膚免受UVB暴露的損傷。此外，紅樹莓提取物的應用還有效地消除了DNA的氧化損傷，并減弱了蛋白質的羰基化水平，這是由于SOD，Nrf2及其靶基因HO-1的激活。紅樹莓提取物還改變細胞的凋亡信號通路，包括caspase-3等炎癥級聯如c-jun，減弱UVB誘導的NF-κB和COX-2的活性。紅樹莓提取物通過清除活性氧和對炎癥反應的保護，可以減輕UVB對皮膚的直接光損傷，為UVB對皮膚的光損傷保護提供新的策略[14]。

2.2.2 人參皂苷 人參皂苷是一種具有生物活性的成分，人參的功效在藥理學上起著重要的作用。人參皂苷Rg2是一種微小的原花梨醇型人參皂苷，表位形式有20(S)-人參皂苷Rg2[20(S)-Rg2]和20(R)-人參皂苷Rg2[20(R)-Rg2]。將這兩個表位形式進行皮膚抗光老化性能的比較。當它們被添加到人表皮角質形成細胞中，20(R)-Rg2僅能減弱UVB誘導的細胞內活性氧的升高；20(S)-Rg2能顯著降低UVB誘導的金屬蛋白酶-2(proMMP-2)的活性和蛋白質的水平[16]。20(S)-Rg2能夠下調UVB誘導的ROS和proMMP-2，上調角質形成細胞中谷胱甘肽和超氧化物歧化酶總量。因此,20(S)-Rg2可以通過增強某些抗氧化成分，如谷胱甘肽和長氧化物歧化酶，減弱活性氧積累，并依次下調MMPs(包括MMP-2)，從而具有皮膚抗光老化活性[15]。人參皂苷具有抗氧化、抗腫瘤、抗衰老、促進頭發生長并對人體皮膚有抗衰老作用。人參皂苷Rg3可以抑制皮膚光老化，并有助于恢復光致真皮損傷，同時抑制紫外線和紅外線照射下導致的IL-6和MMP-1水平的升高[16]。此外20(S)-Rg3具有抑制UVB誘導的MMP-2活性的作用，提示具有抗光老化活性[17]。氧化應激被定義為氧化還原生產過剩的自由基和抗氧化劑之間的不平衡,過氧化氫、丙二醛、谷胱甘肽、超氧化物歧化酶和谷胱甘肽過氧化物酶是其重要的標志物。Re能夠抑制UVB誘導的ROS、proMMP-2和-9，并且增強了谷胱甘肽和超氧化物歧化酶在人表皮角質形成細胞中的活性，這意味著其潛在的抗皮膚光老化性能[18]。

2.2.3 甲基蓮心堿 皮膚暴露于紫外線導致活性氧的形成，從而改變細胞功能。人類表皮皮膚層主要由角化細胞組成，角化細胞受到UVB輻射的損傷后在細胞內產生氧化應激。甲基蓮心堿是從荷花種子胚中提取的一種生物堿，具有抗光老化和抗衰老的特性[19]。甲基蓮心堿能夠抑制UVB介導的預處理角質形成細胞中活性氧和丙二醛水平，加入甲基蓮心堿的細胞組中，抗氧化劑超氧化物歧化酶和谷胱甘肽過氧化物酶活性顯著升高。甲基蓮心堿的光保護作用可以通過分析角質形成細胞的形態學和超微結構變化來評價。經過甲基蓮心堿預處理的角質形成細胞，與未處理的角質形成細胞組相比，線粒體和內質網損傷不明顯，這可能與氧化應激降低脂質過氧化作用有關。綜上所述，甲基蓮心堿可以預防UVB誘導的氧化損傷，因此它可能是一種潛在的預防和治療皮膚光老化的抗氧化劑[20]。蓮子胚可以用作中藥，也可做為茶食用或生吃，具有抗衰老的性能。甲基蓮心堿是一種主要的雙芐基喹啉提取物，與蓮子堿、異蓮子堿一起來源于蓮子胚[21]。在UVB照射前1h，用甲基蓮心堿處理角質形成細胞，然后測定MTT、ROS、MDA、SOD、GSH-Px等相關數據表明，甲基蓮心堿提高了細胞活力，通過增強細胞內的抗氧化劑介導活性氧和脂質過氧化增加，保護角質形成細胞免受UVB的侵襲，從而減少氧化應激。這些結果為甲基蓮心堿可以減弱紫外線輻射導致的皮膚損傷提供了依據[20]。

2.2.4 白藜蘆醇 白藜蘆醇是一種多酚化合物，以其對長壽蛋白-去乙酰化酶(sirtuins)的有效激活而聞名[22]。Sirtuin是延緩細胞衰老并通過調節多種細胞過程延長生命的重要因素。Sirtuin對細胞衰老的抑制主要通過延遲與年齡相關的端粒損耗，維持基因組完整性和促進DNA損傷修復來介導[23]。白藜蘆醇有多種功能，包括細胞周期的改變，抑制環氧合酶、硝酸還原酶活性，調節細胞凋亡[24]。白藜蘆醇具有通過上調HSP27、抑制NF-kB和caspase-3激活來調節細胞凋亡的作用。HSP27基因表達沉默降低了UVB誘導的人表皮角質形成細胞凋亡率，這可能表明HSP27以負反饋形式調控細胞凋亡。研究表明白藜蘆醇抑制UVB介導NF-kB和caspase-3的活化保護人角質形成細胞免受紫外線照射的細胞損傷[25]。白藜蘆醇用于防止皮膚光老化，近年來已受到同行的廣泛關注，白藜蘆醇作用機制的研究為化妝品的合理開發奠定了基礎。

2.2.5 番茄紅素 抗衰老護膚是化妝品和美容領域越來越受歡迎的主題,局部使用抗衰老皮膚產品是實現皮膚抗衰老效果最方便，最便宜的方法。番茄紅素是一種抗氧化劑，可以防止前膠原蛋白I的下調，丙二醛的細胞內積累，達到皮膚再生的目的[26]。UVA通過下調前膠原I含量和誘導基質金屬蛋白酶(MMP)相關反應而促進皮膚老化。已經證明使用番茄紅素等抗氧化劑是實現皮膚老化保護的便利方法，番茄紅素可以阻止UVA誘導的Hs68細胞中MMP-1的上調和細胞內丙二醛的產生，通過施用番茄紅素也阻止了NF-kB水平的激活[27]。在給予成年小鼠一定量番茄紅素的試驗中，發現番茄紅素對成年小鼠的體重、血液學、臨床化學參數沒有影響，但改善了成年小鼠主要器官的抗氧化活性，當給予高劑量的番茄紅素時，成年小鼠的肝臟、腦、腎和皮膚中超氧化物歧化酶，過氧化氫酶和谷胱甘肽過氧化物酶活性增加，丙二醛減少[28]。番茄紅素是一種具有多種生理活性的類胡蘿卜素，也是優良的抗氧化劑，在國外已應用為防曬化妝品的原料。

3 小結

人類皮膚的變化是隨著年齡的增長而發生的，但是反復暴露在外部刺激下如太陽光的輻射會加速皮膚光老化。隨著對光老化認識的加深,對其預防與治療的方法也取得了相應進展。采用口服或外用抗氧化劑是防止皮膚光老化損傷的有效方法。傳統的抗氧化劑如維生素C、維生素 E、胡蘿卜素、鋅和酶等具有一定的防護作用, 其主要是降低 UV介導的炎癥以及免疫抑制作用，并提高膠原蛋白及促進基質金屬蛋白酶抑止因子合成。 近年來紅樹莓提取物、人參皂苷、甲基蓮心堿、白藜蘆醇和番茄紅素等新型抗氧化劑的研究取得了相應的進展，隨著人們對抗氧化劑認識的進一步加深，相信在不久的將來會有更多的抗氧化劑應用于皮膚科中。