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皮肤光老化、活性氧簇与抗氧化剂

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皮肤光老化、活性氧簇与抗氧化剂皮肤光老化、活性氧簇与抗氧化剂 中国美容医学2005年10月第14卷第5期ChineseJournalofAestheticMedicine.Oct.2005.V01.14.No,5 637 ・综述・ 皮肤光老化、活性氧簇与抗氧化剂 Skinphotoaging,reactiveoxygenspeciesandantioxidant 杨斌综述,郝飞审校 (第三军医大学西南医院皮肤科重庆市400038) [摘要]皮肤长期反复暴露于日光紫外线(uV)下可导致皮肤光老化。近年来研究表明活性氧簇(ROS)在uV致皮肤光老化过程中起重要...
皮肤光老化、活性氧簇与抗氧化剂
皮肤光老化、活性氧簇与抗氧化剂 中国美容医学2005年10月第14卷第5期ChineseJournalofAestheticMedicine.Oct.2005.V01.14.No,5 637 ・综述・ 皮肤光老化、活性氧簇与抗氧化剂 Skinphotoaging,reactiveoxygenspeciesandantioxidant 杨斌综述,郝飞审校 (第三军医大学西南医院皮肤科重庆市400038) [摘要]皮肤长期反复暴露于日光紫外线(uV)下可导致皮肤光老化。近年来研究明活性氧簇(ROS)在uV致皮肤光老化过程中起重要作用。uV可在皮肤中诱生高浓度ROS,这些具有一个或多个未配对电子的原子或分子如不能被皮肤抗氧化系统及时清除则会和皮肤中的核酸、脂质、蛋白质等生物大分子发生化学反应,并影响相关细胞信号转导途径和基因表达,导致皮肤光老化发生,使用抗氧化剂清除ROS可能成为一种重要的光老化防治策略。[关键词]光老化;活性氧簇;抗氧化剂;紫外线 [中图分类号]R758.14 [文献标识码]A[文章编号]1008—6455(2005)05—0637—02 Skinphotoaging,reactiveoxygenspecies,andantioxidant YANG Bin,HAOFei (DepartmentofDermatology,XinanHospital,theThirdMilitaryMedicalUniversity,Chongqing400038,China) Abstract:Long—termandchronicexposuretosolarultraviolet(UV)irradiationcancauseskin photoaging,character— ized bywrinkles,lossofskintoneandresilience.Itisdemonstratedbythefactthatreactiveoxygenspecies play a majorrole in photoaging.UVgenerate severe oxidativestress inskincellsviainteractionwith skin chromophores. resulting in transientand permanentgeneticdamage,andintheactivationofcytoplasmicsignaltransductionpath— ways fhat are relatedtogrowth,differentiation。 replicative senescence and connectivetissuedegradation.Efficientantioxidantswhich can decreaseROSloadinskinmayrepresentpromising strategiestoprevent photoaging. Keywords:photoaging;reactiveoxygenspecies;antioxidant;ultraviolet 长期暴露于日光紫外线(ultraviolet,UV)下可引起皮肤皮肤中的分子氧发生I型或II型光动力学反应,并在多种酶光老化(photoaging)。皮肤光老化与自然老化相比具有特征和过渡金属离子参与下生成ROS。使用电子顺磁共振 性的临床表现:皱纹、松垂、粗糙肥厚和色素异常,并伴有相(ElectronParamagneticResonance)的方法可实时观测UV 应的组织学及分子生物学水平的改变。活性氧簇(reactive 照射在皮肤中诱生ROS的过程[2】。 oxygen species,ROS)是一组具有一个或多个未配对电子的 除直接诱生ROS外,uv照射还可通过一些间接的方原子或分子,包括超氧阴离子(superoxideanion,05・)、单线式使皮肤中ROS浓度异常升高。Uv照射后数小时皮肤局态氧(singletoxygen,102)、过氧化氢(hydrogen peroxide, 部可以出现白细胞浸润,这些白细胞可产生大量的H:0:和H202)、羟自由基(hydroxylradical,HO・)等。UV可通过多种一氧化氮,为皮肤中异常升高的ROS来源之一。研究发现途径使皮肤中ROS浓度异常升高,高浓度的ROS具有活泼Uv照射后浸润至皮肤的CDllb+白细胞是主要的ROS生的化学性质,可与皮肤组分发生复杂的化学反应产生多种生成细胞[3]。在正常能量代谢过程中,来源于线粒体呼吸链的电物学效应。越来越多的证据表明ROS在UV致皮肤光老化子被传递给氧原子可产生少量ROS并随即被皮肤抗氧化系过程中起重要作用。 统清除。Uv反复照射可导致皮肤成纤维细胞线粒体DNA出现大范围缺失性突变,该突变导致线粒体功能损害,损害 1 UV与ROS 的线粒体存在电子传递和氧化磷酸化功能缺陷,可在能量代皮肤中存在大量天然UV色基(chromophor)包括 谢中产生大量ROS使皮肤中ROS浓度异常升高[4】。 DNA、反式尿刊酸、核黄素、色氨酸、酪氨酸、泛醌、卟啉、尼克正常皮肤具有相对完善的抗氧化防御系统,具有清除酰胺腺嘌呤二核苷酸、还原型尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸ROS的作用。该系统包括多种酶及非酶性抗氧化物质。酶性和蛋白糖基化终产物(advancedglycmion end-products, 抗氧化物质包括:谷胱甘肽还原酶、谷胱甘肽过氧化物酶、超AGEs)等【I]。色基分子吸收UV光子能量后呈激发态,随即与 氧化歧化酶及过氧化氢酶等。非酶性抗氧化物包括:维生素 通讯作者:郝飞,重庆第三军医大学西南医院皮肤科 万  方数据综述 638 中国美容医学2005年10月第14卷第5期ChineseJournal ofAestheticMedicine.Oct.2005.V01.14.No.5 C、维生素E、谷胱甘肽、尿酸、辅酶Q及泛醌等。与正常皮肤相比,光老化表皮中超氧化歧化酶、谷胱甘肽过氧化物酶活性无变化,而过氧化氢酶及谷胱甘肽还原酶活性明显增加;光老化真皮中除过氧化氢酶活性明显下降外,其余3种酶的活性均无变化;非酶性低分子抗氧化剂维生素E、维生素C及谷胱甘肽在光老化表皮和真皮中均有不同程度的下降四。uv照射部位皮肤抗氧化防御系统活性下降进一步使皮肤中ROS数量增加并在局部蓄积。 2 ROS与皮肤光老化 uv照射后皮肤中产生的高浓度ROS如不能被皮肤中 的抗氧化系统及时清除则会对组织中核酸、脂质、蛋白质造成损害,并影响相关细胞信号转导和基因表达导致皮肤光老化发生。光老化最显著的临床特征是皮肤粗细皱纹形成和松弛,真皮细胞外基质(主要为胶原纤维和弹性纤维)质和量的改变是主要原因。胶原成分的损伤表现为成熟胶原减少,研究者使用羟基脯氨高压液相色谱分析、Northern印迹、免疫组化等方法发现构成皮肤结缔组织主要成分的I型胶原在人和鼠科动物光老化皮肤中均减少【司。弹性纤维的损害表现为弹性纤维日光变性,是光老化特征性病变,表现为真皮中、上部出现大量的异常弹性纤维样物质。免疫组化证实这些物质由构成正常弹性纤维的成分组成,但结构紊乱,没有正常弹性纤维的功能[7】。 2.1 胶原成分改变与ROS:胶原成分约占正常皮肤干重的 80%,主要为I型胶原纤维。光老化皮肤中正常胶原成分显著减少,基质金属蛋白酶(matrix.metalloproteases,MMPs)活性异常升高是主要原因。间质胶原酶(MMP.1)、92Kd明胶酶(MMP.9)、72Kd明胶酶(MMP一2)、间质溶解素.1(MMP.3)四种MMPs协同作用可以完全降解皮肤基质。UV可通过GTP结合蛋白激活MAPK信号转导途径,引起c-jun和c.fos表达升高。这两种转录因子和其他蛋白因子一起构成了转录因子复合体活化蛋白(activatorprotein.1,AP.1)。AP.1水平升高导致MMPs过表达,造成正常胶原成分降解嗍。此外,Uv照射还可以激活核转录因子NF.KB调控下游基因表达,促进局部白细胞浸润,浸润的白细胞分泌MMP.8可加重皮肤基质的降解[9】。实验证明UV激活AP-1和NF—KB刺激MMP分泌的过程均可由ROS介导。t0:和H20:在UVA诱导MMP.1、MMP.2、MMP.3表达中起介导作用,HO・和脂质过氧化产物在UVB诱导MMP.1、MMP.3表达中起介导作用呻】。此外ROS还可灭活基质金属蛋白酶抑制因子(tissue inhibitorof matrix.metalloproteases.TIMPs)、抑制前胶原蛋 白合成并对正常胶原纤维有直接破坏作用,在光老化皮肤胶原成分损伤中也起一定的作用。 2.2弹性纤维改变与ROS:异常弹性纤维样物质在真皮中上部大量蓄积是光老化特征性的组织学变化[1】。这些失去功能的异常物质由正常弹性纤维组分构成,弹力蛋白是其主要 万  方数据成分,组成弹性纤维的其他成分也明显可见。这些变性物质最初成因尚不明确,可能由正常弹性纤维降解和弹力蛋白及纤蛋白成分表达异常升高共同造成。体外黄嘌呤氧化酶系统产生的ROS可上调弹力蛋白基因表达,这种效应可被相应的抗氧化剂抑制[1l】。弹性纤维降解主要源于皮肤中弹性蛋白酶活性升高,IVIIVIPs特别是MMP.2也起重要作用㈣。UV照射在皮肤中诱生的ROS,可通过诱导炎症因子和MMPs异常表达在弹性纤维降解中起一定的作用【10】。 2.3光老化皮肤中细胞的改变与ROS:暴露部位皮肤比非 暴露部位皮肤来源的细胞体外倍增次数明显减少、PUVA治疗的患者皮肤标本培养的成纤维细胞倍增时间显著延长、PUVA处理体外培养成纤维细胞使细胞出现不可逆转的衰老表型【12],以上事实提示UV辐射可导致皮肤细胞衰老。上述PUVA处理后成纤维细胞的表型转换由uv诱生的超氧化物阴离子和过氧化氢介导【121,低剂量过氧化氢也可表现为明显的促进细胞衰老的作用。研究发现UVA诱生的单线态氧可导致真皮成纤维细胞线粒体DNA大范围缺失突变,这种突变会导致线粒体氧化磷酸化功能缺陷,促进ROS的产生,导致更多的线粒体DNA缺失,最终使细胞处于衰老状态[4】。ROS还可导致细胞端粒缩短,促进细胞衰老,在UV辐射的皮肤内也存在这种现象[131。衰老的成纤维细胞中胶原合成表型转变为胶原降解表型。这种功能异常的真皮成纤维细胞在皮肤中蓄积是光老化皮肤的明显特征。更为重要的是光老化导致的细胞衰老和增龄导致的细胞衰老在分子水平上有相似之处,因此对于皮肤光老化的研究可为机体自然衰老的研究提供一些有益的线索和启示。 3抗氧化剂在皮肤光老化防治中的作用 长期以来,遮光剂被认为是预防Uv损伤皮肤的金。但由于不正确的使用遮光剂、使用窄光谱遮光剂和遮光剂本身的毒性等原因,在预防皮肤光老化的实际应用中其作用有限,必须寻找其他更为有效的皮肤光老化防治方法。鉴于ROS在皮肤光老化发生中的重要作用,使用抗氧化剂清除ROS可能是一种合理有效的光老化防治策略。传统的抗定的uV防护作用,能否用于光老化的预防还有待研究。近来研究表明几种植物抗氧化剂如Ectoin(一种在埃及水域中发现的植物)、茶叶提取物(epigallocatechin.3.gallate)、水龙骨属植物(polypodiumleucotomos)提取物、番茄红素(1y.Cysteine)、金雀异过程中发挥作用的具体途径和方式日渐清晰。这些新的知识有助于筛选出具有针对性的抗氧化剂用于光老化预防,也有MMPs表达增加而TiMPs表达减少,胶原合成功能降低,从氧化剂维生素C、维生素E、8.胡萝卜素、锌和硒等具有一copene)、N.乙酰基半胱氨酸(N.Acetyl黄素(genistein)等具有一定的预防光老化的作用睁m。随着近年来皮肤光老化分子机制研究的深入,ROS在皮肤光老化助于选择合理的指标对抗氧化剂预防皮肤光老化的效果进 中国美容医学2005年10月第14卷第5期ChineseJournalofAestheticMedicine.Oct.2005.V01.14.No.5639 行正确。MAPkinasesignaltransductioncascadesthatinduce Ap一1-regu— latedmatrix metalloproteinasesthatdegradehumanskin in vivo [参考文献] [J】.JInvestigDermatolSympProc,1998,3(1):61-68 【I]Nishigori C,Hattori Y,Arima Y,et a1.Photoaging and oxidative [9]FisherGJ,KangS,VaraniJ,efa1.Mechanismsofphotoagingstress[J].ExpDermatol,2003,12(2):18—21. and chronological skin aging[J].ArchDermatol,2002,138(11): [2]HiroyukiYasui,HiromuSakurai.Chemiluminescentdetectionand 1462.1470. imagingofreactive oxygen speciesinlive mouseskin exposed [10]FisherGJ.Thepathophysiologyofphotoaging ofthe skin[J] to UVA fJ】.BiochemicalandBiophysicalResearchCommunica— Cutis,2005,75(2):5—8.tions,2000,269(2):131-136.[11]Bemstein EF.Reactive oxygenspecies activatethehuman e— [3]Mittal A,ElmetsCA,Katiyar SK.CDllb+cellsarethe major lastinpromoter in a transgenic modelofcutaneous photoaging source ofoxidativestress in UV radiation・・irradiatedskin:possi-- [J】.DermatolSurg,2002,28(2):132—135.blerole in photoaging andphotocarcino genesis[J].Photochem [12]Herrmann H,Brenneisen P,Wlaschek P,et a1.Psoralen pho- Photobiol,2003,77(3):259-264.toactivation promotesmorphological andfunctionalchangesin 【4]BemeburgM,Plettenberg H,Medve-Konig Ket a1.Inductionof fibroblastsinvitroreminiscentofcellularsenescence[J]JCell thephotoaging associatedmitochondrialcommondeletioninvi— Sci,1998,11l(6):759—767. 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