氧化应激在皮肤光老化中的作用

邓 映，杜 宇，刘 萍，杜晓霜，杨洪秋

（西南医科大学附属中医医院医学美容中心，四川 泸州，646000）

近年来，随着臭氧层逐渐被破坏，人类的户外活动日益增多，长期或大量紫外线（Ultraviolet,UV）辐射导致光老化及光相关皮肤病的发生率不断上升。皮肤光老化是指UV（主要是UVA和UVB）直接或间接对皮肤造成的慢性损伤，是皮肤衰老的主要组成部分[1]。光老化与氧化应激、DNA损伤、炎症反应等有关，其中氧化应激是近年来国内外研究的热点。相关研究证实抑制氧化应激通路可改善或延缓光老化，为光老化的诊治提供了更多的思路及方向[1.2]。

1 光老化

皮肤光老化是皮肤长期暴露于UV的结果，表现为暴露部位尤其是面部的皮肤出现皱纹、皮革样粗糙、不规则色素斑、毛细血管扩张、角化过度等表现。相较于自然老化，皮肤光老化具有表皮不规则萎缩或肥厚、黑素细胞减少或增加、朗格汉斯细胞减少以及真皮明显增厚、Ⅰ型胶原纤维减少、弹力纤维变性、血管迂曲扩张等特征性组织学改变[1-3]。

2 光老化与氧化应激

正常情况下，皮肤中氧化及抗氧化系统处于动态平衡，共同参与细胞间及细胞内信号传递、抗微生物、抗病毒、调节细胞生长、增殖、老化、死亡等生理过程。细胞内的氧化剂主要指活性氧簇（Reactive oxygen species，ROS），包括过氧化氢（H2O2）、超氧化物（.O2-）、羟基团(.OH）、单线态氧（O2）、一氧化氮（NO）等。ROS主要在线粒体有氧代谢或酶促反应(如NADPH氧化酶）中产生，亦可在接触电离辐射（如UV）、光敏性物质（如四环素类、维A酸类、黑素等）以及污染物后产生。当UV照射皮肤时，细胞内的抗氧化剂如过氧化氢酶（Hydrogenperoxidase,CAT）、超氧化物歧化酶（Superoxide Dismutas,SOD）、谷胱甘肽过氧化酶（Glutathione Peroxdas,GSHPx）、谷胱甘肽还原酶、以及维生素C、维生素E、谷胱甘肽等非酶类物质将阻止ROS的生成或者中和代谢产生的ROS，以对抗氧毒性，维持皮肤的稳态。然而，当机体遭受过度UV暴露时，体内ROS产生过多或机体抗氧化剂防御能力不足，引起ROS蓄积、氧化及抗氧化系统失衡，细胞遭受氧化应激（Oxidative Stress,OS）损伤，DNA及线粒体损伤、胶原异常降解、弹性纤维变性，最终导致光老化的发生[2-4]。

2.1 发病机制

研究发现UV辐射皮肤形成的ROS可引起组织中脂质、DNA、线粒体、端粒等的直接损伤形成过氧化脂质、嘧啶二聚体和6-4光产物等，引起细胞活力下降，甚至凋亡[4-7]。另一方面，ROS可促使细胞中炎症、抗氧化等相关信号通路激活，诱发细胞凋亡及胶原蛋白、弹性蛋白等的合成减少、降解增加，最终诱发皱纹、斑驳样色素沉着、皮肤粗糙等光老化表现[4.6.8.11-15]。

2.1.1 氧化应激对表皮的影响

当表皮角质形成细胞过度暴露于UVB后细胞活力下降，同时细胞内ROS的水平显著升高，抗氧化剂被消耗，丝裂原活化蛋白激酶级联反应（MAPKs）过度表达；同时凋亡蛋白bax表达上调，抗凋亡蛋白Blc-2表达下调，角质形成细胞出现凋亡[5-7]。同样地，HaCaT细胞经过UVA照射后亦出现活力降低、ROS生成增加、超氧化物歧化酶下降、脂质过氧化物质丙二醛（Malonaldehyde,MDA）增加，进而出现氧化应激损伤。此时，调控氧化应激的关键转录因子核转录因子E2相关因子2（nuclear factor E2-related fator 2，Nrf2）的水平下降，Kelch样ECH相关蛋白1即Keap1蛋白（细胞质中抑制Nrf2的蛋白）明显升高，信号通路Nrf2/ARE信号通路被抑制，胞内氧化还原失衡，蓄积的ROS进一步诱发炎症反应，诱导肿瘤坏死因子（TNF）-α，白介素（IL）-1β和IL-6等炎症因子水平上升[6.8]。

另一方面，在黑素细胞中，ROS诱导黑素生成增加。在UVA和UVB辐射下，人类角质形成细胞通过NO合成酶（NOS）分泌NO，黑素细胞酪氨酸酶活性增强，黑素产生增加[9]。同时UVB辐射刺激角质形成细胞将诱导α-黑素细胞刺激激素（α-MSH）分泌，从而响应黑素细胞的黑皮质素1受体（MC1R）触发细胞信号传导，最终黑素生成增加[10]。

2.1.1 氧化应激对真皮的影响

长期暴露于UVB辐射时人成纤维细胞内ROS水平显著提高、脂质过氧化、DNA损伤、抗氧化剂减少，细胞出现凋亡，同时光老化相关的信号通路激活。

一方面，MAPKs信号传导激活，三个主要的蛋白包括细胞外信号转导蛋白激酶(ERKs)、C-Jun N-末端激酶(JNKs)和P38MAPK磷酸化（p-ERK1，p-JNK和p-p38）活性增强，引起转录因子AP-1和基质金属蛋白酶MMPs（MMP-2、9和12）的过度表达。相应地，细胞外基质中的胶原蛋白、弹性蛋白和其他结缔组织被降解[11-12]。

另一方面，UV诱发氧化应激时抗氧化相关的Nrf2/ARE信号通路被抑制，Nrf2表达减少，下游的抗氧化酶SOD、CAT的活性降低，MDA升高[13]。同时氧化应激状态触发核转录因子（nuclear factor-Kappa B,NFκB）通路激活，调节炎症相关基因表达，上调血管内皮生长因子（VEGF）以及炎症细胞因子如IL-1β，IL-6，IL-10和TNF-α等的产生，最终胶原纤维及弹力纤维被破坏，皮肤出现皱纹、厚度增加等光老化表现[14-15]。

3 治 疗

虽然过量UV可触发皮肤细胞中ROS的快速产生和积累，但抗氧化剂可吸收UV，抑制游离UV在细胞中诱导的自由基反应，并调节内源性抗氧化剂和炎症系统，从而拮抗氧化应激所致的组织损伤。由于内源性抗氧化剂在衰老过程中逐渐下降，而人类对健康及抗衰的需求越来越大，因此采用口服或外用抗氧化剂，外源性抗氧化剂与内源性抗氧化剂协同作用保护皮肤逐渐成为防治光老化的有效方法。外源性抗氧化剂家族可分为天然抗氧化剂和合成抗氧化剂，其中天然抗氧化剂多为植物化学衍生物，包括多酚类、维生素类和其他植物化学衍生物或完整提取物[4.16]。

3.1 天然抗氧化剂

3.1.1 多酚类

多酚的天然来源包括茶，可可，葡萄/葡萄酒，大豆，石榴、白头翁、佛手柑，蕨类植物等。多酚固有的抗氧化功能在于其羟基（-OH）基团，可结合于芳环，充当氢或电子给体，将其赋予自由基或其他反应性物质，这是抑制ROS及其介导的DNA、蛋白质和脂质损害、炎性因子产生和信号转导途径的激活的分子基础[3.17]。此类物质包括类黄酮（儿茶素，异黄酮，原花青素和花青素等）和非类黄酮中的酚酸（苯甲酸，没食子酸和肉桂酸）、二苯乙烯及白藜芦醇等，这些化合物可以减少炎症，减轻氧化应激损伤并影响多种信号通路，以保护皮肤免受UV伤害[3.18-23]。

（1）类黄酮：类黄酮是饮食中的主要抗氧化剂，如茶中含量丰富的茶多酚，具有良好的自由基清除活性，因此茶多酚成为抗光老化研究的热点。茶多酚不仅减少ROS，诱导抗氧化酶的表达，同时阻碍DNA氧化损伤，增加胶原蛋白和弹性蛋白纤维的含量，抑制MMP-3的产生，从而防治光老化[18]。同样富含儿茶素、表儿茶素等类黄酮成分的鸡血藤被证实能阻断UVB诱导的MAPK、NF-κB和c-Jun的磷酸化，在转录和翻译水平上调节MMPs、基质金属蛋白酶组织抑制剂（TIMP）-1、I型胶原蛋白、弹性蛋白和透明质酸合酶2（HAS2）的表达，以改善光老化[5]。而在UVB辐射前处理前于小鼠皮肤局部应用富含原花青素和花青素等酚类化合物的葡萄干提取物可减少中性粒细胞浸润、胶原蛋白降解、以及COX-2、Nrf-2和HO-1基因的表达，预防光老化的发生[19]。

（2）非类黄酮：研究发现含高浓度肉桂酸的白头翁提取物可防止脂质过氧化引起的膜损伤、抑制AP-1和NF-κB通路激活、下调TNF-α及NO合成酶的表达，同时抑制UV介导的细胞-细胞外基质粘着力的丧失，防止角质形成细胞凋亡[3.20]。没食子酸（Gallic acid,GA）是一种天然存在于绿茶叶以及其他天然来源中的酚类化合物，可保护细胞和组织免受氧化损伤。一方面GA能够抑制UVB诱导的c-Jun和c-Fos的磷酸化，上调TGF-α、弹性蛋白和前胶原I表达，抑制MMP-1和IL-6表达和活性。另一方面，GA抑制UVB诱导的表皮增厚和胶原蛋白降解，皮肤皱纹、局部水合作用改善[21]。白藜芦醇是一种具有强抗炎作用的多酚类物质，在暴露于UVB辐射之前单一应用白藜芦醇在无毛小鼠的皮肤上可抑制环氧合酶、鸟氨酸脱羧酶和脂质过氧化，调节细胞因子（IL-6，IL-8和TNF-α）水平，从而修复和保护细胞[22]，而且其与人类皮肤上的特异性结合位点结合能够阻断人角质形成细胞凋亡和线粒体功能障碍，从而能延缓皮肤衰老[23]。

3.1.2 维生素类

（1）维生素C：即抗坏血酸，被认为是最强大的、水溶性天然抗氧化剂，但它不能由人体合成，主要存在于如樱桃、橘子、柠檬和番茄等水果中，其强抗氧化活性使其成为抗UV辐射的良好保护剂[24]。在暴露于UVA前用维生素C或番茄提取物预处理细胞能使ROS、GSH和脂质过氧化水平维持在基础水平，并且减轻凋亡和炎症[25]。维生素C能刺激胶原蛋白的合成，减少胶原蛋白降解和稳定胶原纤维，减少黑色素的形成，并减轻皮肤炎症，防止UV对皮肤的氧化应激损害，从而改善老化表现[26]。

（2）维生素E：是使用最广泛的抗氧化剂，主要存在于坚果，种子和植物油中，同时人体皮脂腺在正常情况下可分泌维生素E，UV可引起的维生素E消耗[。维生素E不仅能通过减少自由基而发挥抗皮肤光老化的作用，同时可与其他物质协同发挥作用，防止氧化损伤[27]。维生素E与类花生酸系统的相互作用可能导致抗炎作用，从而补充皮肤中其他抗氧化剂的光保护作用[28]。维生素E和维生素C协同作用可增强内源性皮肤抗氧化剂防御能力，调节各种皮肤抗氧化剂之间的平衡,提高皮肤抗氧化剂生物利用度的因素，从而克服溶解性差、皮肤渗透性低或在储存过程中不稳定等缺点[29]。

（3）类胡萝卜素：一类天然色素的总称，是具有高抗氧化能力的四萜类物质，具有单线态分子氧的猝灭和过氧自由基的清除能力[3.27]。β-胡萝卜素是自然界中存在最普遍也是最稳定的类胡萝卜素之一。番茄红素，西红柿中主要的β-胡萝卜素，可防止GSH消耗和脂质过氧化，有效抵消由UV引起的氧化应激损害[30]。一组安慰剂对照、双盲、随机研究发现口服富含番茄红素能完全抑制UVA/B诱导的血红素加氧酶1、细胞间粘附分子1和基质金属肽酶1 mRNA的上调，减轻氧化应激，从而保护人体皮肤免受UV辐射所致光老化[31]。辣椒红素和辣椒素是仅在红辣椒果实中发现的类胡萝卜素，辣椒红素或辣椒素进行预处理可减少UVB诱导的皮肤成纤维细胞DNA链断裂，并抑制caspase-3激活，从而保护细胞DNA、抑制细胞凋[32]。

（4）叶黄素：是存在于许多蔬菜和水果以及黄色蚕茧中的一种类胡萝卜素，它们以高浓度存在于人的视网膜中作为抗氧化剂来保护人的眼睛免受阳光造成的损害。在人角质形成细胞中的研究发现不同剂量的丝叶黄素通过抗氧化作用保护UVB诱导的细胞凋亡和细胞周期停滞[33]。

（5）硫辛酸：具有抗氧化及抗炎作用，针对33位女性的随机半脸对照实验发现外用5%α-硫辛酸软膏可改善面部光老化表现[34]，且主要是通过下调转录因子的产生与炎性细胞因子的产生而实现[35]。

3.1.3 其他植物化学衍生物 （1）枸杞多糖：富含于常见中草药枸杞中。研究发现枸杞多糖可明显减少经UVB辐射后人角质形成细胞内ROS的含量，并降低DNA损伤、下调MMPs 的表达[36]。

（2）穿心莲内酯：一种二萜类化合物，是广受欢迎的中药穿心莲的药用成分，不仅具有抗肿瘤、抗菌作用，同时可抑制氧化应激和抗炎。局部应用穿心莲内酯可以抑制UV引起的皮肤厚度增加、弹性降低、皱纹和水分减少等光老化改变。以光老化小鼠为模型发现穿心莲内酯不仅降低MDA水平、上调抗氧化酶SOD和CAT的活性，同时下调IL-1、IL-6、IL-10和TNF-α的水平，最终皮肤胶原蛋白含量增加、胶原纤维和弹性纤维的破坏减少，表明穿心莲内酯可能是一种潜在的抗光老化剂[37]。

3.2 天然合成抗氧化剂

3.2.1 类维生素A

类维生素A是一组包含维生素A及其天然和合成衍生物的物质，它们是亲脂性分子，很容易穿透表皮，在临床和组织学方面均已证明是有效的抗光老物质[38]。类维生素A有一个共同的化学结构，该结构包含多个共轭双键，使它们能够捕获自由基并吸收UV，从而防护UV诱发的DNA、脂质膜或蛋白质的氧化应激损伤[39]。

3.2.2 辅酶Q

辅酶Q10是生物体内广泛存在的脂溶性醌类化合物，人类和哺乳动物中为辅酶Q10。辅酶Q10参与线粒体呼吸链中质子及电子传递，是细胞呼吸和细胞代谢的激活剂，也是重要的抗氧化剂。辅酶Q10不仅通过抑制胶原酶的表达、、降低特异性磷酸酪氨酸激酶的活化、减少DNA氧化性损伤从而对抗UVA介导的人角质形成细胞的氧化应激[40]。同时辅酶Q10可通过增强抗氧化酶SOD2和GSH-Px活性抑制UVB诱导的皮肤氧化应激[41]。

自由基特别是活性氧自由基在皮肤光老化发生过程中具有重要作用，因此采用抗氧化剂口服或外用是防止皮肤光老化的有效方法。源自不同植物物种的天然酚类化合物、维生素类以及合成抗氧化物能够通过防止紫外线渗透，减少炎症和氧化应激以及影响多种光老化相关信号通路来保护皮肤，这将为光老化的有效防护提更加有力的依据，同时亦加速了天然抗氧化剂在护肤品尤其是药妆品中的应用。但是相关研究多局限于体外实验及动物实验，使用剂量较小，故大剂量使用的副作用、“类维生素A皮炎”的最小化等问题的解决需更多科学实验验证。综上所述，使用外源抗氧化剂增加皮肤细胞的抗氧化能力以延缓光老化进程值得更多的关注及探索。