皮膚光老化：UVA誘導的光損傷和皮膚類型

一、引言

到達地球表面的紫外線包括UVB（290～320 nm）和UVA（320～400 nm）。現已證實，UVA照射在光損傷中發揮主要作用。UVA是日光紫外線中的主要成分，在皮膚中比UVB穿透深，能夠導致真皮結締組織發生改變。近年來，通過適當的方法可鑒別UVA作用的生物靶點以及由此導致的細胞功能損傷和組織降解的級聯反應，從而能夠從細胞和分子水平更為確切地闡述UVA的損傷效應。

二、UVA在皮膚光老化中發揮主要作用

1.紫外線照射：到達地球的UVB約占地面上日光的0.5%，但能量高。相反，UVA占到達地面紫外線的95%，至少是UVB的20倍，但能量較低。

紫外線照射受地球軌道和諸多環境參數影響，包括緯度、季節、晝夜時間、氣象條件和臭氧層的厚度。與UVB相比，UVA照射受這些參數的影響少，且變化幅度小。如，UVA照射受季節的影響較少，在冬季減少幅度較小。UVA在一天中的大部分時間都存在，遵循著可見光的變化規律。而UVB則在上午10點與下午4點之間最高，尤其是在中午時分。UVA可以穿透玻璃，而UVB則幾乎被完全吸收。因此，即使在室內條件下也會受到高劑量UVA照射，而紅斑劑量的UVB則被濾除。

到達皮膚的UVB有70%被角質層吸收，20%到達活性表皮，僅有10%穿透至真皮最上部。UVA部分被表皮吸收，20%～30%可到達真皮深部。因此，UVB主要作用于表皮，而UVA還能作用于真皮。這就是為什么目前認為UVA是皮膚光老化過程中的一個主要因素以及參與了光致癌作用。

2.UVA照射誘導光老化相關的生物學改變——體內驗證：體內研究證實，長期UVA照射對真皮結構的損傷和光老化的臨床癥狀具有顯著的影響，是光老化早期癥狀的原因所在，包括皮膚片狀斑點狀色素沉著、皺紋、松弛、下垂、干燥等。發生光老化的主要作用機制之一是產生氧化應激。

已有研究探討重復性亞紅斑劑量UVA照射的生物學效應。一項臨床研究中，對14名志愿者連續13周、每周3次UVA照射，并逐漸增加UVA照射劑量。結果顯示，UVA照射可引起基底層及基底上層角質形成細胞和真皮間質細胞內鐵蛋白表達增加。鐵蛋白是一種重要的抗氧化活性標志物，它的增加證實UVA照射可誘導氧化應激。UVA照射還可以引起真皮-表皮連接部下方腱生蛋白表達明顯增加，溶菌酶沉積顯著增加。溶菌酶已被證實與許多組織中彈性纖維的損傷有關。在皮膚中可以觀察到溶菌酶沉積在日光損傷區域的彈性纖維上，含有溶菌酶的彈性纖維數量似乎與日光損傷的程度相關。還有研究認為，溶菌酶特異性結合受損的彈性纖維，從而抑制彈性蛋白酶對受損纖維的降解。這可能與日光性彈性組織變性有關。重復性亞紅斑劑量UVA照射可明顯增加皮膚色素沉著。

皮膚色素沉著是亞洲人皮膚光老化的主要癥狀。亞洲人皮膚黑素小體是單體狀態（約60%）與聚集狀態（約40%）混合，而在歐洲人皮膚中聚集狀態（85%）占主導地位。亞洲人皮膚中黑素小體的密度及大小不同，可能是光老化相關的不規則、斑點狀色素沉著的原因。有研究證實，在膚色較深的個體中，UVA可引起比UVB照射更顯著的色素沉著效應。

3.UVA照射可引起光老化相關性生物學改變——體外驗證：在重建皮膚模型中，UVA照射可以通過產生活性氧引起真皮部發生重要改變。位于真皮等效物上部的真皮成纖維細胞在經25 J/cm2UVA照射后48 h內發生細胞凋亡，但表皮的結構和組織未受到顯著影響，表明單純UVA照射后真皮成纖維細胞的生存能力低于表皮角質形成細胞，且真皮成纖維細胞對UVA誘導的氧化應激比角質形成細胞更敏感。

在重建皮膚模型中UVA照射可以直接誘導真皮成纖維細胞產生基質金屬蛋白酶1（MMP-1）。在UVA照射后立即去除表皮并不會改變這種誘導效應。相反，UVB誘導產生MMP-1需要有表皮的存在。

通過分析體外重建皮膚模型和人皮膚活檢樣本中UVA照射所誘導的基因表達，從分子水平對UVA的影響進行研究。結果顯示，UVA照射可誘導MMP-1、血紅素加氧酶1和超氧化物歧化酶2基因表達增加。應用體外重建皮膚模型可更準確地了解成纖維細胞和角質形成細胞在基因表達調控中的作用。一項基于重建皮膚模型的轉錄組研究探討了日常紫外線照射（DUVR）生物學影響中UVA的作用，將重建皮膚模型暴露在13 J/cm2DUVR或25 J/cm2UVA下，對幾個功能家族（氧化應激、細胞外基質、轉錄、信號傳導、熱休克蛋白、細胞因子）相關基因的調控進行定量。結果顯示，在成纖維細胞中發現的60個受調控的基因中，92%對于DUVR和UVA照射是共同的，只有5%是UVA和3%是DUVR照射時特有的。在角質形成細胞中，絕大多數受調控的基因在DUVR或UVA照射下完全相同，20%是DUVR特有的。該研究證實，DUVR中包含的UVA對體外重建皮膚模型的成纖維細胞和角質形成細胞具有強烈的影響。

總之，上述這些現象可能涉及光老化過程中出現的早期事件，而光老化可以導致真皮結構的劇烈改變和“日光性彈性組織變性”。體內研究和體外研究均確認了UVA照射在皮膚光老化中的基本作用。

三、日本人的膚色類型及其對紫外線及光損傷的敏感性

1.膚色類型：膚色類型基本取決于組成性色素沉著，黑素是皮膚顏色的主要決定因素。黑素是一種混合色素，包括彌散的非保護性黃紅色的褐黑素和保護性棕黑色的真黑素。根據種族和光照的不同，這兩種類型的黑素按照不同的比例結合，深色皮膚黑素及真黑素的含量高于淺色皮膚。皮膚色素沉著的差異性受黑素的數量、組成及其在整個表皮中分布的顯著影響。

按照Fitzpatrick皮膚分型進行膚色評估的方法已被廣泛使用，但這種方法在定量可靠性、可重復性以及與某些人群特別是亞洲人的相關性方面存在一定局限性。為了解決該問題，另一種根據色度參數L*（亮度）和b*（黃/藍組成）計算個人類型學角度（ITA）的膚色分類法被提出，計算公式為°ITA=［Arc Tan（L*－50）/b*）× 180/3.14159］。該方法可以客觀地將膚色類型從非常淺色至深色分為6組。一項研究對464名日本女性的膚色差異進行了分析，根據ITA的測定結果評價膚色類型。結果顯示，日本人的皮膚類型多數屬于中間膚色組，但有的也分布在淺色和黃褐色組。

2.膚色類型和對紫外線的敏感性：有研究者對42例離體皮膚樣本進行分析，通過ITA值確定膚色類型，探討膚色與紫外線誘導的皮膚反應之間的關系。將皮膚樣本暴露在劑量漸增的模擬日光中。使用免疫標記法檢測經典DNA損傷標志物環丁烷嘧啶二聚體（CPD）的形成。結果顯示，組成性色素沉著與CPD形成之間成反比關系。嘧啶二聚體的免疫標記顯示，在淺色、中間色和黃褐色皮膚的整個表皮層（包括基底層）以及真皮上層，DNA損傷呈劑量依賴性蓄積。與之相反，在棕色（brown skin）和深色皮膚（dark skin）中，只在表皮的基底層上方檢測到DNA損傷。真皮上層細胞的損傷可能與對光老化更加敏感。在淺色（light）、中間色（intermediate）、黃褐色（tan）組中，位于表皮基底層內的黑素細胞則也可能是光損傷的靶點。

根據ITA值對皮膚進行分類顯示，日本人皮膚對紫外線尤為敏感。皮膚類型從淺色組至黃褐色組都有特別高的DNA損傷風險，后者可能導致光致癌傾向和早期發生光老化。

四、如何預防光老化？

1.日常均衡的光防護能夠預防色素沉著過度：如上所述，亞洲人皮膚對紫外線（尤其是UVA）誘導的色素沉著敏感。許多研究證實，將防曬霜的吸收光譜從UVB拓寬到UVA，可以增強防曬霜對抗日光照射誘導的色素沉著。

有研究模擬標準日常紫外線照射，評估含有UVA和UVB吸收劑但SPF/UVA-PF比率不同的6種防曬霜的防曬效果。志愿者為來自亞洲的健康男性或女性，Fitzpatrick皮膚分型Ⅲ型，ITA°值為28°～ 41°（中間型膚色）。結果顯示，在SPF值相同的條件下，UVA-PF最高的產品抗色素沉著的保護作用較高，SPF/UVA-PF比率低于3的產品比高于3的產品更有效。具有均衡光防護作用的產品對于防護紫外線誘導的色素沉著更為有效。

一項雙盲隨機試驗就日常護理防曬霜對預防皮膚色素沉著的重要性進行研究。結果顯示，在第42天，涂抹防曬霜區的色素沉著評分明顯低于涂抹基質成分區，證實使用含有廣譜防曬功效的防曬霜可對經歷慢性UVA1照射的日本人皮膚進行有效防護。

2.日常均衡的光防護能防止真皮改變：體外和體內研究證實，UVA照射對于長期的真皮結構退化和光老化有明顯的促進作用。對于光老化相關的生物學標記物來說，可濾除UVB和UVA的產品比只能吸收UVB的產品能提供更好的保護作用。單獨的SPF值似乎不足以預測在日光照射條件下防曬霜的效應。

一項基于體外重建皮膚模型的研究在標準日常紫外線照射條件下評價了兩種SPF值相同、但UVA-PF曲線不同的防曬霜的防護作用（SPF/UVA-PF：防曬霜A＜3，防曬霜B＞3）。劑量反應實驗顯示，UVA-PF較高的防曬霜（A）可以更好地對抗真皮損傷。結果證實，對于光老化相關的生物學標記物（即，真皮成纖維細胞的改變和基質金屬蛋白酶的生成）來說，SPF/UVA-PF（PPD）＜3的防曬霜比SPF/UVA-PF（PPD）＞3的防曬霜具有更高的防護性能。因此，對于一個SPF值既定的防曬霜，高效的光防護作用需要有顯著的UVA吸收能力。

在重建皮膚模型上，還可從分子水平評估均衡光防護作用。有研究通過半球基因表達分析，評價廣譜防曬霜（SPF：67.5± 6.2，UVA-PF：31.1± 6.4）的防護作用。結果顯示，UVA照射可以誘導涉及細胞外基質、氧化應激反應、熱休克反應、細胞生長、炎癥和表皮分化的基因的變化。提前使用防曬霜可以消除或明顯降低該效應。表明廣譜防曬霜能避免皮膚細胞出現UVA誘導的基因應答及相應的細胞事件。

五、結論

UVA照射在早期階段對光老化發生或多或少發揮作用。基因表達研究顯示，UVA照射可以誘導一些基因的調控，真皮成纖維細胞對UVA照射高度敏感。色素沉著是亞洲人皮膚光老化的主要表現。已有研究證實，皮膚對光老化改變的敏感性還取決于皮膚的組成性色素沉著。皮膚對紫外線敏感已被證實與膚色類型有關。該研究更為關注的是日本人皮膚對紫外線的高度敏感性。UVA照射誘導的效應可能比UVB更為隱密，后者可通過引起日曬傷而發出警報。因此，只有真正廣譜、可濾除UVB和UVA、均衡的防曬霜才可提供有效的光防護作用，有效地對抗光老化和色素沉著過度。