皮肤光老化和抗氧化剂研究进展

龚 婕 马良娟

随着大气臭氧层遭到严重破坏,太阳紫外线辐射强度不断增强,且UV具有累积效应,对人们的生活工作影响越来越大。紫外线分为3个波段:长波紫外线UVA(320～400 nm)、中波紫外线UVB(275～320 nm)、短波紫外线UVC(230～275 nm)。由于大气层的阻挡作用,UVC几乎全被臭氧层吸收，入射到地球表面的紫外线主要为UVA和UVB,相同剂量的UVB辐射对皮肤的损伤比UVA约大800～1 000倍。皮肤接受过多的紫外线照射后,皮肤组织细胞会产生氧化应激,产生过量的活性氧簇(ROS),ROS能够破坏细胞膜的完整性和细胞内的抗氧化系统,进而引起细胞炎症、细胞凋亡及肿瘤的形成；同时过量的紫外线照射会使皮肤胶原、透明质酸、弹性蛋白降解, 导致皮肤弹性变低、粗糙、形成皱纹。随着对光老化认识的加深，抗氧化剂的研究取得进一步发展，抗氧化剂的应用是对抗皮肤光老化的有效策略。

1 皮肤光老化

皮肤是人体最大的器官，和其他器官一样，皮肤也在老化。皮肤光老化是由于皮肤长期受到日光照射所引起的损害，是自然老化和紫外线辐射共同作用的结果。表现为皮肤曝光部位粗糙、增厚、干燥，皮肤松弛、皱纹加深加粗，局部有过度的色素沉着或毛细血管扩张，甚至可能出现各种良性或恶性肿瘤(如日光角化病、鳞状细胞癌、恶性黑素瘤等)。皮肤老化是一个复杂的、多因素的、累积的、渐进的过程，它会导致皮肤功能和审美上的一些变化。太阳光的UV辐射，特别是UVA和UVB，是皮肤损伤的主要环境因素。这种照射包括UV辐射UVA，UVB，UVC，但是只有UVA和UVB到达地球表面(95%UVA和5% UVB)。UVB能够穿透表皮及真皮的上层，尽管UVB代表少量的阳光但会导致更严重的皮肤损伤[1]。UV辐射的破坏作用包括光老化和光致癌[2]。光老化的临床表现：随着年龄的增长，皮肤的蛋白多糖、胶原蛋白和弹性蛋白水平降低，可导致皮肤出现老化，其主要原因是由环境因素(紫外线)驱动的氧化应激起着核心作用[3]。皮肤老化会严重影响美观，出现干燥、粗糙、毛细血管扩张、弹性降低、不规则色素沉着、脂溢性角化等表现。UV辐射不仅能促进和加速皮肤衰老发生和发展的过程，导致人的容貌过早老态而影响外在形象和面貌，而且还危害正常皮肤的组织结构和生理功能，会显著增加皮肤癌的发病风险，光致癌是由细胞和DNA损伤引起的[4]。在细胞水平上，DNA损伤是紫外线暴露后的主要事件，产生的损伤类型取决于辐射的波长和能量分布，形成不同的光产物。虽然内源性DNA修复机制在修复DNA方面有一定的效果，但是一些DNA损伤仍然存在，并且可能随着慢性暴露而累积。UV防护策略，如防晒剂的使用，对于限制进一步的DNA损伤非常重要。皮肤是机体与环境相互作用的主要媒介，人体的皮肤每天都接受紫外线的照射，最终导致细胞光损伤和皮肤老化，为了预防皮肤光老化，抗氧化剂的应用已经在皮肤科展开，并寄希望应用于化妆品来有效预防皮肤光老化。

2 抗氧化剂与皮肤光老化

2.1 光老化的形成机制及抗氧化系统 皮肤衰老是由内在因素(如年龄)以及外部因素(如慢性紫外线照射)介导的一种复杂的过程，这一过程被称为光老化，可导致红斑、水肿、晒伤、增生、早衰以及非黑素瘤和黑素瘤皮肤癌的发展[5]。UV可以通过生物分子吸收能量直接造成皮肤损伤，或通过增加活性氧和活性氮物质的产生间接造成皮肤损伤。在UV照射下，酪氨酸酶被激活后促进细胞内黑素的生成，随后UV会降解皮肤中的胶原蛋白和弹性蛋白纤维，导致皱纹形成[6]。随着活性氧水平的增加,基质金属蛋白酶水平也随之升高并破坏胶原纤维[7]，从而共同诱导光老化。当机体在有氧条件下，电子在原子之间转移，其中氧是产生ATP的最终电子受体。然而，非耦合电子的转移导致活性氧和活性氮物质等自由基的产生[8]。在生理条件下，皮肤细胞的特征是活性氧的不断生成，以及发达的抗氧化系统，维持氧化还原平衡[9]。抗氧化系统是基于多种小分子量的抗氧化剂包括谷胱甘肽、维生素A、E、C以及抗氧化蛋白，主要由超氧化物歧化酶、过氧化氢酶、谷胱甘肽过氧化物酶、硫氧还蛋白、硫还蛋白组成还原酶，保护细胞免受活性氧介导的干扰。蛋白质抗氧化剂可以通过支持活性氧依赖性转录因子Nrf2和抗氧化基因的转录从而启动细胞保护[10]。尽管氧化还原维持平衡，皮肤细胞频繁暴露于UVA和UVB的辐射中,自然光仍可刺激氧化酶的活性并破坏抗氧化剂的作用，导致氧化应激，此时合理的局部外用抗氧化剂是一种有效的皮肤光保护策略。然而，应采取适当的剂量，注意避免过量使用抗氧化剂，因为它可能是有害的。维生素A、E和C在高剂量的条件下反而导致维生素过多而中毒[8]。因此，各种抗氧化剂作用机制的研究在皮肤光老化中具有显著意义。

2.2 具有对抗光老化作用的抗氧化剂

2.2.1 红树莓提取物 红树莓(覆盆子)是一种可食用的植物果实，色泽鲜艳，风味独特，许多研究都表明天然产物红树莓对UVB损伤具有光化学保护作用，浆果具有抗氧化、抗炎和抗癌的特性，因为浆果含有大量的植物化学物质，包括酚类、类黄酮、单宁、类静苯等。中医著作《本草纲目》中有描述过覆盆子可以表现出滋润肌肤，减少皮肤红肿的效果。覆盆子富含多种抗氧化物质，如维生素C、鞣花酸和花青素[11]。与其他水果和蔬菜相比，覆盆子含有较高的多酚，具有较强的抗氧化活性，这表明覆盆子果实是天然抗氧化剂的良好来源[13]。红树莓提取物的总酚类、黄酮类和原花青素类在清除超氧自由基的活性物质中具有最高的Pearson系数值(0.952-1)[12]。为研究红树莓提取物在人表皮角质形成细胞和裸鼠模型中UVB引起的损伤的预防作用和相关分子机制，对裸鼠皮肤的蛋白质谱和免疫组织学进行研究后表明，红树莓提取物可以防止UVB引起的细胞死亡，保护皮肤免受UVB暴露的损伤。此外，红树莓提取物的应用还有效地消除了DNA的氧化损伤，并减弱了蛋白质的羰基化水平，这是由于SOD，Nrf2及其靶基因HO-1的激活。红树莓提取物还改变细胞的凋亡信号通路，包括caspase-3等炎症级联如c-jun，减弱UVB诱导的NF-κB和COX-2的活性。红树莓提取物通过清除活性氧和对炎症反应的保护，可以减轻UVB对皮肤的直接光损伤，为UVB对皮肤的光损伤保护提供新的策略[14]。

2.2.2 人参皂苷 人参皂苷是一种具有生物活性的成分，人参的功效在药理学上起着重要的作用。人参皂苷Rg2是一种微小的原花梨醇型人参皂苷，表位形式有20(S)-人参皂苷Rg2[20(S)-Rg2]和20(R)-人参皂苷Rg2[20(R)-Rg2]。将这两个表位形式进行皮肤抗光老化性能的比较。当它们被添加到人表皮角质形成细胞中，20(R)-Rg2仅能减弱UVB诱导的细胞内活性氧的升高；20(S)-Rg2能显著降低UVB诱导的金属蛋白酶-2(proMMP-2)的活性和蛋白质的水平[16]。20(S)-Rg2能够下调UVB诱导的ROS和proMMP-2，上调角质形成细胞中谷胱甘肽和超氧化物歧化酶总量。因此,20(S)-Rg2可以通过增强某些抗氧化成分，如谷胱甘肽和长氧化物歧化酶，减弱活性氧积累，并依次下调MMPs(包括MMP-2)，从而具有皮肤抗光老化活性[15]。人参皂苷具有抗氧化、抗肿瘤、抗衰老、促进头发生长并对人体皮肤有抗衰老作用。人参皂苷Rg3可以抑制皮肤光老化，并有助于恢复光致真皮损伤，同时抑制紫外线和红外线照射下导致的IL-6和MMP-1水平的升高[16]。此外20(S)-Rg3具有抑制UVB诱导的MMP-2活性的作用，提示具有抗光老化活性[17]。氧化应激被定义为氧化还原生产过剩的自由基和抗氧化剂之间的不平衡,过氧化氢、丙二醛、谷胱甘肽、超氧化物歧化酶和谷胱甘肽过氧化物酶是其重要的标志物。Re能够抑制UVB诱导的ROS、proMMP-2和-9，并且增强了谷胱甘肽和超氧化物歧化酶在人表皮角质形成细胞中的活性，这意味着其潜在的抗皮肤光老化性能[18]。

2.2.3 甲基莲心碱 皮肤暴露于紫外线导致活性氧的形成，从而改变细胞功能。人类表皮皮肤层主要由角化细胞组成，角化细胞受到UVB辐射的损伤后在细胞内产生氧化应激。甲基莲心碱是从荷花种子胚中提取的一种生物碱，具有抗光老化和抗衰老的特性[19]。甲基莲心碱能够抑制UVB介导的预处理角质形成细胞中活性氧和丙二醛水平，加入甲基莲心碱的细胞组中，抗氧化剂超氧化物歧化酶和谷胱甘肽过氧化物酶活性显著升高。甲基莲心碱的光保护作用可以通过分析角质形成细胞的形态学和超微结构变化来评价。经过甲基莲心碱预处理的角质形成细胞，与未处理的角质形成细胞组相比，线粒体和内质网损伤不明显，这可能与氧化应激降低脂质过氧化作用有关。综上所述，甲基莲心碱可以预防UVB诱导的氧化损伤，因此它可能是一种潜在的预防和治疗皮肤光老化的抗氧化剂[20]。莲子胚可以用作中药，也可做为茶食用或生吃，具有抗衰老的性能。甲基莲心碱是一种主要的双苄基喹啉提取物，与莲子碱、异莲子碱一起来源于莲子胚[21]。在UVB照射前1h，用甲基莲心碱处理角质形成细胞，然后测定MTT、ROS、MDA、SOD、GSH-Px等相关数据表明，甲基莲心碱提高了细胞活力，通过增强细胞内的抗氧化剂介导活性氧和脂质过氧化增加，保护角质形成细胞免受UVB的侵袭，从而减少氧化应激。这些结果为甲基莲心碱可以减弱紫外线辐射导致的皮肤损伤提供了依据[20]。

2.2.4 白藜芦醇 白藜芦醇是一种多酚化合物，以其对长寿蛋白-去乙酰化酶(sirtuins)的有效激活而闻名[22]。Sirtuin是延缓细胞衰老并通过调节多种细胞过程延长生命的重要因素。Sirtuin对细胞衰老的抑制主要通过延迟与年龄相关的端粒损耗，维持基因组完整性和促进DNA损伤修复来介导[23]。白藜芦醇有多种功能，包括细胞周期的改变，抑制环氧合酶、硝酸还原酶活性，调节细胞凋亡[24]。白藜芦醇具有通过上调HSP27、抑制NF-kB和caspase-3激活来调节细胞凋亡的作用。HSP27基因表达沉默降低了UVB诱导的人表皮角质形成细胞凋亡率，这可能表明HSP27以负反馈形式调控细胞凋亡。研究表明白藜芦醇抑制UVB介导NF-kB和caspase-3的活化保护人角质形成细胞免受紫外线照射的细胞损伤[25]。白藜芦醇用于防止皮肤光老化，近年来已受到同行的广泛关注，白藜芦醇作用机制的研究为化妆品的合理开发奠定了基础。

2.2.5 番茄红素 抗衰老护肤是化妆品和美容领域越来越受欢迎的主题,局部使用抗衰老皮肤产品是实现皮肤抗衰老效果最方便，最便宜的方法。番茄红素是一种抗氧化剂，可以防止前胶原蛋白I的下调，丙二醛的细胞内积累，达到皮肤再生的目的[26]。UVA通过下调前胶原I含量和诱导基质金属蛋白酶(MMP)相关反应而促进皮肤老化。已经证明使用番茄红素等抗氧化剂是实现皮肤老化保护的便利方法，番茄红素可以阻止UVA诱导的Hs68细胞中MMP-1的上调和细胞内丙二醛的产生，通过施用番茄红素也阻止了NF-kB水平的激活[27]。在给予成年小鼠一定量番茄红素的试验中，发现番茄红素对成年小鼠的体重、血液学、临床化学参数没有影响，但改善了成年小鼠主要器官的抗氧化活性，当给予高剂量的番茄红素时，成年小鼠的肝脏、脑、肾和皮肤中超氧化物歧化酶，过氧化氢酶和谷胱甘肽过氧化物酶活性增加，丙二醛减少[28]。番茄红素是一种具有多种生理活性的类胡萝卜素，也是优良的抗氧化剂，在国外已应用为防晒化妆品的原料。

3 小结

人类皮肤的变化是随着年龄的增长而发生的，但是反复暴露在外部刺激下如太阳光的辐射会加速皮肤光老化。随着对光老化认识的加深,对其预防与治疗的方法也取得了相应进展。采用口服或外用抗氧化剂是防止皮肤光老化损伤的有效方法。传统的抗氧化剂如维生素C、维生素 E、胡萝卜素、锌和酶等具有一定的防护作用, 其主要是降低 UV介导的炎症以及免疫抑制作用，并提高胶原蛋白及促进基质金属蛋白酶抑止因子合成。 近年来红树莓提取物、人参皂苷、甲基莲心碱、白藜芦醇和番茄红素等新型抗氧化剂的研究取得了相应的进展，随着人们对抗氧化剂认识的进一步加深，相信在不久的将来会有更多的抗氧化剂应用于皮肤科中。