皮肤光老化机制及治疗制剂研究进展

何 丽，林雪霏，陈 慧，隋长霖，李 曼，朱 威

现今，人类对年轻皮肤外观的追求与不可逆转的衰老之间日益成为矛盾。在自然界中，来自太阳的紫外线、可见光和红外线对人体皮肤影响最大。太阳光中到达地面的紫外线主要包括长波紫外线（ultraviolet A，UVA）、中波紫外线（ultraviolet B，UVB）、短波紫外线（ultraviolet C，UVC）[1]，其中UVA 有很强的穿透力，可直达真皮层，破坏弹性纤维和胶原纤维，也称为黑斑效应紫外线；UVB 易累及表皮，是引起日晒性红斑的最主要部分，也称晒斑光谱；UVC 是诱发红斑和杀灭细菌最有效的紫外线，但在到达大气之前基本被吸收和散射，故在太阳紫外线中，UVA和UVB 主要参与光老化的致病过程。紫外线辐射可导致色素沉着、松弛、粗糙、皱纹加深等皮肤损害，紫外线引起的皮肤损害已成为皮肤科医生急切需要解决的问题。本文对皮肤光老化发生机制、相关信号通路及抗光老化制剂进行综述。

1 紫外辐射引起的皮肤变化

皮肤基本结构主要分为表皮层、真皮层、皮下组织及皮肤附属器，其中表皮层和真皮层在皮肤生理、病理发病机制中发挥着主要作用。紫外线照射引起皮肤细胞产生活性氧（reactive oxygen species，ROS），进而引发氧化应激反应及炎症反应[2]。ROS 作为一种氧自由基，能够可逆或不可逆的破坏各种化合物，包括核酸、蛋白质、游离氨基酸、脂质、脂蛋白、碳水化合物和结缔组织大分子。真皮层内成纤维细胞合成的纤维型胶原与基底膜胶原均与皮肤关系密切，其中纤维型胶原可分为Ⅰ-Ⅲ型、Ⅴ型和Ⅵ型，皮肤真皮层内广泛分布着Ⅰ型和Ⅲ型胶原。成纤维细胞还可合成各种降解基质的酶，即基质金属蛋白酶（matrix metalloproteinases，MMPs），MMPs 是 一 个 锌 依 赖的酶家族。MMPs 在胶原蛋白降解过程中起关键作用，紫外线照射可诱导MMPs 合成并抑制成纤维细胞功能，降低成纤维细胞合成及分泌胶原蛋白能力。MMPs 特异性降解细胞外基质成分，破坏胶原蛋白的正常结构，最终导致皮肤光老化。表皮层内的角质形成细胞和真皮层内的成纤维细胞可产生多种细胞因子及炎性因子，如白细胞介素（IL）-1β、IL-2、IL-6、肿瘤坏死因子（TNF）-α、IL-10 等，它们参与免疫反应及炎症反应的调节过程。如IL-1β 刺激活性氧的积累，损害皮肤组织和细胞，亦可增加MMPs的表达降解胶原蛋白，破坏细胞外基质的结构和功能[3]。

2 光老化相关信号通路

皮肤光老化的发生涉及多种机制，主要包括以下4 条信号通路。

第1 条为MAPK 信号通路，紫外线辐射诱发ROS 大 量 产 生，ROS 可 激 活MAPK 家 族，引 起JNK、P38、ERK 3 条信号通路活化[4]，诱导C-Jun、C-Fos 蛋白的表达，C-Jun 和C-Fos 组成异源二聚体，并与其他蛋白因子结合形成转录因子激活蛋白AP-1，AP-1 与MMPs 的启动子结合诱导MMPs 表达，MMPs 可降解各类胶原、蛋白多糖及其他基质蛋白。

第2 条为NF-κB 信号通路，NF-κB 是调节生长基因表达的通用转录因子，通常情况下，NF-κB 二聚体与NF-κB 抑制蛋白形成三聚体。紫外线照射时，IKB 激酶IKK 被激活，活化的IKK 诱导IKK 磷酸化。后者可使 NF-κB 转移到细胞核，进一步结合MMPs启动子的NF-κB 位点，从而调控MMPs 的转录[5]，并调节胶原蛋白的降解。

第3 条为Nrf2/ARE 信号通路，胞质蛋白Keap1作为负调控因子，与转录因子Nrf2 结合以维持胞内 Nrf2 的稳态[6]。当细胞发生氧化应激时，Nrf2 与Keap1 解离，并转入核内调节转录，Nrf2 活化并进入细胞核，可与抗氧化元件结合，调控相应基因表达，发挥抗氧化应激作用。目前许多研究已证实了多种生物或化学制剂可通过keap1/ARE 信号通路对光老化产生影响。Shin 等[7]发现栀子苷可上调光老化人皮肤成纤维细胞转录因子Nrf2 的表达，从而激活下游信号通路发挥抗光氧化应激作用。

第4 条为TGF-β/Smad 信号通路，转化生长因子TGF-β 是一组调节细胞生长和分化的TGF-β 超家族。TGF-β1 通过与TGFβ 受体Ⅱ结合，使TGFβ 受体Ⅱ磷酸化，继而激活TGFβ 受体Ⅰ。TGF-β 受体被磷酸化，诱导Smad2 和Smad3 激活并结合Smad4，该复合物进一步入核调控胶原蛋白合成基因表达。另外，Smad7 通过反馈抑制机制调节 TGF-β/Smad 信号通过，Smad7 既可抑制Smad2 / 3 的激活，又降低了TGF-β 受体的稳定性[8]。紫外线照射皮肤后，TGF-β/Smad 信号通路受抑制，成纤维细胞分泌的胶原纤维减少，同时还可诱导免疫反应及炎症反应。

此外，通过芳烃化合物激活细胞内芳烃受体AHR 可引起皮肤老化，且端粒的缩短与光老化亦有关。有研究显示紫外线照射皮肤成纤维细胞后，发现细胞端粒缩短，且辐射剂量与缩短程度有关[9]。综上，皮肤光老化是一个网络式的信号调节过程，还涉及诸多信号通路。

3 外源物质对光老化的影响

3.1 外用制剂

研究发现外用各种植物提取物可改善皮肤光老化，这些物质可通过调节氧化应激防御系统减少紫外线辐射引起的氧化应激反应、炎症反应，并通过降低胶原蛋白的降解或促进其合成而发挥光保护作用。Xiao 等[10]给光老化小鼠外用红毛丹果皮酚醛树脂，发现小鼠皮肤胶原蛋白及透明质酸含量、抗氧化酶活性、炎症因子及MMP-1、MMP-3、MMP-9 表达均较对照组升高，且用药组较未用药组表皮厚度、胶原纤维排列均有恢复，提示红毛丹果皮酚醛树脂可改善紫外线诱导的皮肤氧化应激反应、炎症反应及胶原蛋白合成等。Yun[3]等研究了地榆皂苷的护肤霜对无毛小鼠光老化的保护作用，发现该护肤霜能抑制小鼠IL-1β、MMP-2、MMP-9 的mRNA 的表达，从而对光老化无毛小鼠皮肤皱纹的形成和胶原蛋白降解有一定改善作用。Jia 等[11]研究了一种由积雪草酸和氨基葡萄糖组成的高生物利用度的氨基酸对人皮肤成纤维细胞的抗光老化作用，发现该氨基酸可通过降低细胞凋亡率和P53、BAX、Caspase 3 和Caspase 9 基因的表达来减弱UVB 诱导的细胞增殖抑制状态。与未处理组细胞相比，谷胱甘肽过氧化物酶1（glutathione peroxidase1，GPX-1）基因表达增加，ROS 及炎性因子IL-1、IL-6、IL-8、IL-17 和 TNF-α 表达均减少。当光老化小鼠外用该氨基酸后，小鼠皮肤厚度和胶原蛋白含量均较未用药组有所恢复，同时发现MMPs表达降低，Ⅰ型胶原蛋白和TGF-β1 表达升高。Ying等[12]发现从紫菜提取的类菌胞素氨基酸可上调光老化小鼠皮肤超氧化物歧化酶（superoxide dismutase，SOD）、GPX、过氧化氢酶（catalase test，CAT）的表达，下调NF -κB, IL -1β，IL- 6 及IL- 10 的表达，说明菌丝状氨基酸可通过增加抗氧化酶活性和抑制炎症反应保护皮肤细胞免受光损伤。Rui[13]同时也发现从紫菜中提取的类菌胞素氨基酸可抑制转录因子NF-κB 的表达，并通过 NF-κB 和MAPK 信号通路下调 MMP-1，MMP-3 和TNF-α 的表达，即类菌胞素氨基酸通过阻断MAPK 信号通路抑制紫外线辐射诱导的MMPs 的表达。Lin 等[14]研究发现芝麻素可下调UVB 辐射小鼠皮肤MMP-1、IL-6、NF-κB 和i-NOS的表达，从而减少小鼠皮肤胶原的降解，并减轻皮肤炎症反应。Mai 等[15]发现铁皮石斛原球茎可上调紫外线辐射小鼠CAT、SOD、GPX 表达，并下调硫代巴比妥酸反应产物和MMPs 表达，从而使皮肤免受紫外线诱导的光老化。Tang 等[16]发现乙醇酸可抑制紫外线辐射小鼠皮肤皱纹的形成，减少真皮层的坏死和胶原纤维的分解。Wiraguna 等[17]研究了紫荆茎提取物凝胶对紫外线辐射小鼠皮肤光老化的保护作用，发现用药组小鼠皮肤胶原蛋白表达量更高，且胶原结构保存更好，MMP-1 和8-OHdG 表达水平更低。Kim 等[18]发现发酵的黑莓可通过调节MAPK 和NF-κB 信号通路降低UVB 辐射无毛小鼠皮肤胶原的降解，减少小鼠的背部皮肤皱纹形成和表皮的增厚。Bora 等[19]将4 个美国食品药品管理局批准的紫外线过滤剂和褪黑激素、南瓜籽油结合，生产出广谱防晒霜，用于光老化大鼠皮肤后，发现该光谱防晒霜可上调体内SOD、GPX 和CAT 的表达，同时下调IL-6，IL-1β，TNF-α 和 TGF-β1 等炎性因子的表达。且可通过TGF-β/Smad 信号通路促进胶原蛋白的生成，抑制紫外线辐射诱导的组织结构变化、胶原蛋白和弹性蛋白纤维排列的变化。Bi 等[20]发现外用维生素D3 脂质体可以修复大鼠光老化模型中皮肤的表面形态，促进新胶原纤维的产生，在光老化的组织学中显著改善皮肤外观和修复损伤。

3.2 口服制剂

除外用制剂，目前已研究报道了口服制剂可影响光老化皮肤的氧化应激系统。Barcelos 等[21]给予紫外线辐射的大鼠分别喂食脂肪酸、反式脂肪酸，发现反式脂肪酸可增加大鼠皮肤皱纹评分、ROS 的产生量及Na-K-ATP 酶活性，并降低还原型谷胱甘肽的表达，增加皮肤的氧化应激损伤。Ozkol 等[22]研究了木芙蓉提取物花青素对UVC 引起损伤的作用，发现UVC 照射后大鼠皮肤总氧化剂状态，氧化应激指数，脂质过氧化和蛋白质氧化显著升高，且总抗氧化状态、还原型谷胱甘肽和超氧化物歧化酶显著下降，而应用花青素喂养大鼠几乎在所有组织中逆转除总氧化剂以外的上述指标的变化，提示木芙蓉提取物花青素可能具有抗氧化和自由基消除作用。此外，胶原肽亦可对Ⅰ型胶原和其他细胞外基质分子有刺激作用。Lee 等[23]给光老化大鼠口服胶原肽，发现口服胶原肽可减弱光老化大鼠皮肤MMP-1 的产生，并增加成纤维细胞中 型原胶原的合成。Defeng 等[24]研究发现给紫外线辐射的SD 大鼠口服核桃蛋白水解物可抑制MMP-1 活性，促进胶原蛋白、羟脯氨酸及透明质酸的合成，减轻表皮增生，修复受损的皮肤结构。Han 等[25]发现口服绣球花叶提取物可使UVB 辐射无毛小鼠皮肤MAPK/AP-1 信号通路失活，防止胶原降解，从而减少小鼠背部皮肤皱纹的形成，缓解表皮增厚和皮肤脱水。

3.3 其他

此外，除了传统外用和口服制剂可对光老化皮肤产生影响，尚有其他方法用于研究光老化皮肤。Xu等[26]通过给大鼠光老化皮肤皮下注射脂肪来源干细胞和应用二氧化碳激光，发现两者均可上调成纤维细胞活性，改善光老化皮肤细胞功能。Gong 等[27]通过给光老化小鼠背部皮肤移植脂肪干细胞，发现脂肪干细胞可抑制UVB 诱导的 MMP-2 和MMP-13 的过表达，抑制炎性因子（磷酸化NF-κB、P65、NLRP3、VCAM-1、COX2 和 TNF-α）的释放，并促进Ⅰ型胶原蛋白的合成。且发现脂肪干细胞的抗光老化机制与TGF-β2 的激活和 NF-κB 信号通路的抑制有关，脂肪干细胞通过抑制炎症反应和细胞外基质降解来逆转UVB 诱导的光老化。马旭等[28]将脂肪干细胞皮下注射至UVB 辐射小鼠背部皮肤，发现小鼠背部皮肤厚度较未用药组薄，且接近对照组。同时，用药组整合素α-2、Ⅲ型胶原蛋白、抗凋亡蛋白Bcl-2 的表达均高于未用药组，而MMP-2、MMP-9 和增殖细胞核抗原的表达低于未用药组。此外，Hu 等[29]研制了一种人皮肤成纤维细胞制成的球形三维体，并以此制成外泌体通过无针注射器作用于光老化裸鼠皮肤内，发现该外泌体可诱导裸鼠皮肤内MMP-1、TNF-α 表达下降，同时上调TGF-β、Ⅰ型原胶原蛋白的表达，证明该外泌体具有抗皮肤老化的特性。

4 总结

在皮肤光老化过程中，外源因素引起ROS 大量产生，ROS 作为启动剂可激活体内氧化应激系统，进而引发氧化应激反应、炎症反应、细胞外基质降解等。除上述文献中的植物多酚、植物多糖等各种植物提取物可发挥一定抗光老化作用。各种维生素，如维A 酸类、维生素C、维生素E 等，各种微量元素，如锌、铜、硒等，各种中药材，如黄芪、青蒿素、甘草、红景天等亦具有抗光老化作用。无论哪一种类型的制剂，亦或是外源性、内源性刺激物，均作用于不同环节来干扰或阻断氧化应激系统反应、免疫反应及炎症反应等，从而减弱炎症因子的产生，抑制胶原蛋白的降解，发挥光老化保护作用。