不同抗氧化劑對皮膚抗氧化效果的對比研究

吳昱萱，劉昌樹，劉建國，李可欣，劉大松*，周鵬

1(食品科學與技術國家重點實驗室(江南大學)，江蘇 無錫，214122)2(佳格食品(中國)有限公司，江蘇 蘇州，215000)

紫外線是導致皮膚老化的重要外源性因素，其中對人體皮膚造成損害的主要是UVA(320～400 nm)和UVB(290～320 nm)波段[1]。UVA和UVB誘導機體過度產生活性氧(reactive oxygen species，ROS)是導致皮膚損傷的重要原因，ROS積累使得內源性抗氧化系統受損，機體趨于氧化應激狀態，進一步刺激基質金屬蛋白酶(matrix metalloproteinase，MMPs)上調， MMPs能降解大部分的細胞外基質，如膠原蛋白、彈性蛋白[2]。另一方面，ROS在促炎信號級聯反應中充當第二信使，在機體處于氧化應激狀態時，可刺激產生促炎細胞因子，加劇炎癥反應[3-4]。機體最終表現出泛紅、干燥、缺乏彈性、皺紋加深等一系列皮膚損傷，嚴重影響人們的外表自信。隨著審美水平的不斷提高，預防和延緩紫外線導致的皮膚老化顯得十分必要。

氧化應激能引發皮膚基質的降解和炎癥因子的激增，最終導致皮膚老化。核因子紅細胞系-2相關因子2/抗氧化反應元件(nuclear factor erythroid-2 related factor 2/ antioxidant response element，Nrf2/ARE) 信號通路是調節氧化還原平衡的重要途徑，可控制下游多種抗氧化酶的表達，從而清除ROS，中和過氧化產物，維持氧化還原穩態，在保護皮膚免受紫外線誘導的氧化損傷方面發揮著重要的作用，因而以Nrf2/ARE信號通路為作用靶點的天然抗氧化劑是抗皮膚光老化的潛在原料[5-6]。

因此，本研究以石榴提取物、雨生紅球藻提取物、針葉櫻桃提取物、維生素E這4種常用的天然抗氧化劑為原料，以UVA+UVB紫外線造模的裸鼠為研究對象，比較不同抗氧化劑灌胃處理對皮膚抗氧化效果的影響，以期為具有皮膚改善效果產品的開發提供依據。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

紅石榴濃縮粉(安石榴甙：33.2%，鞣花酸：1.1%)，西班牙Euromed公司；雨生紅球藻蝦青素微囊粉(蝦青素：2.4%)，大連醫諾生物股份有限公司；針葉櫻桃濃縮粉(維生素C：18%)，浙江天草生物制品有限公司；天然維生素E粉(混合生育酚濃縮物：30.96%)，陜西海斯夫生物工程有限公司；BALB/c Nude裸鼠(SPF級、7周齡、雄性)，維通利華實驗動物有限公司；超氧化物歧化酶(superoxide dismutase，SOD)、丙二醛(malondialdehyde，MDA)試劑盒，南京建成生物研究所；ROS試劑盒，上海貝博生物科技有限公司；谷胱甘肽過氧化物酶(glutathione peroxidase，GSH-Px)、過氧化氫酶(catalase，CAT)、蛋白質羰基(protein carbonyl，PC)、白細胞介素-6(interleukin-6，IL-6)、腫瘤壞死因子-α(tumor necrosis factor-α，TNF-α)、基質金屬蛋白酶-1、9、12(matrix metalloproteinase-1、9、12，MMP-1、9、12)Elisa試劑盒，上海酶聯生物科技有限公司；總蛋白試劑盒，美國Thermo Scientific公司；組織總RNA提取、反轉錄聚合酶鏈反應(reverse transcription-polymerase chain reaction，RT-PCR)、SYBR qPCR Master Mix試劑盒，南京諾唯贊生物科技有限公司；其他實驗試劑均為分析純，購于國藥集團化學試劑有限公司。

1.2 儀器與設備

UVA紫外燈管(波長320～400 nm，峰值波長340 nm)、UVB紫外燈管(波長290～320 nm，峰值波長313 nm)，荷蘭皇家飛利浦公司；UV-313/UV-340雙通道紫外輻照計，北京師大光電技術有限公司；皮膚彈性測試儀，德國Courage+Khazaka Electronic GmbH(CK)公司產品；CR-700 d色彩色差計，柯尼卡美能達(中國)投資有限公司；Nanodrop One/OneC型分光光度計、Multiskan Sky型酶標儀，美國Thermo Scientific公司；ETC811型PCR擴增儀，北京東勝生物科技有限公司產品；LightCycler96實時熒光定量PCR儀，瑞士Roche公司。

1.3 實驗方法

1.3.1 動物實驗分組及處理

1.3.1.1 動物分組

適應性喂養1～2周后， 60只BALB/c Nude裸鼠隨機分為6組(n=10)：(1)空白組，灌胃等體積生理鹽水；(2)模型組，灌胃等體積生理鹽水；(3)石榴組，灌胃292 mg/kg bw紅石榴濃縮粉(即安石榴甙和鞣花酸為100 mg/kg bw)；(4)雨生紅球藻組，灌胃103 mg/kg bw雨生紅球藻蝦青素微囊粉(即蝦青素為2.5 mg/kg bw)；(5)針葉櫻桃組，灌胃556 mg/kg bw針葉櫻桃濃縮粉(即維生素C為100 mg/kg bw)；(6)針葉櫻桃+維生素E組，灌胃556 mg/kg bw針葉櫻桃濃縮粉和2.66 mg/kg bw天然維生素E粉(即維生素C為100 mg/kg bw，混合生育酚為0.82 mg/kg bw)。灌胃體積為10 mL/kg，灌胃樣品用生理鹽水現配現用。除正常組，其余均進行UV暴露處理，在飼養期間記錄小鼠體重變化與健康狀態。

1.3.1.2 光老化模型建立

根據文獻與預實驗確定[19]：兩支 UVA燈管和一支UVB燈管營造紫外線環境。紫外燈開啟穩定30 min后利用紫外輻照計測定紫外線輻照強度。將小鼠放入5 cm×9 cm×4 cm的透明小盒子中，盒子頂部用1 cm×1 cm鐵絲網固定小鼠，燈距離小鼠背部距離為30 cm。每周照射3次，連續2周，每次輻照劑量為5 600 mJ/cm2，UVA、UVB輻照強度分別1.44、0.14 mW/cm2。本次動物實驗倫理經江南大學動物倫理委員會認可，審核編號為JN.No20210630b0800812[236]。

1.3.1.3 樣品采集

實驗結束后，禁食不禁水12 h，異氟烷麻醉，摘眼球取血，3 500 r/min，4 ℃離心15 min，取上層血清保存于-80 ℃。取背部皮膚約0.1 g加入0.9 mL預冷的生理鹽水，利用快速研磨儀制成10%組織勻漿，3 000 r/min，4 ℃離心15 min，取上清液保存于-80 ℃。

1.3.2 指標測定

1.3.2.1 小鼠脾臟指數測定

取脾臟用濾紙擦干稱重，根據公式(1)計算脾臟指數：

(1)

1.3.2.2 血清、皮膚氧化應激和抗氧化酶指標測定

血清、皮膚組織上清液ROS、MDA、PC、SOD、GHS-Px、CAT根據試劑盒說明書進行測定。

1.3.2.3 皮膚Nrf2/ARE信號通路相關基因RT-PCR測定

根據試劑盒提取皮膚總RNA，測定濃度和純度，對OD260nm/OD280nm=1.8～2.0的樣品調整到相同濃度后逆轉錄為cDNA，采用RT-PCR擴增測定Nrf2、血紅素加氧酶-1 (heme oxygenase-1，HO-1)、還原型煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸醌氧化還原酶(nicotinamide adenine dinucleotide phosphatequinone oxidoreductase1，NQO1)的相對表達。引物信息如表1所示。

表1 RT-PCR引物序列

1.3.2.4 皮膚膠原降解指標測定

皮膚組織上清液MMP-1、9、12根據試劑盒說明書進行測定。

1.3.2.5 血清炎癥因子測定

血清IL-6、TNF-α根據試劑盒說明書進行測定。

1.3.2.6 皮膚表觀指標測定

分別利用色差計和皮膚彈性測試儀測定小鼠同一部位背部皮膚的a*、總彈性、凈彈性。取約0.1 g背部皮膚根據GB 5009.3—2016《食品安全國家標準 食品中水分的測定》測定皮膚水分。

1.4 數據處理

利用SPSS 26.0軟件，運用LSD和Tukey進行組間方差分析，結果均以“平均值±標準差”來表示，P<0.05表示組間具有顯著性差異。

2 結果與分析

2.1 不同抗氧化劑對小鼠生長指數的影響

由圖1可知，體重整體呈上升趨勢，其中石榴組體重下降，但該組飼養和解剖中也未發現其明顯異常，其體重下降原因可能與石榴提取物及其代謝產物具有降脂效果有關[20]。各組脾臟指數無顯著性差異(P>0.05)。

a-體重；b-脾臟指數

2.2 不同抗氧化劑對小鼠氧化還原穩態的影響

2.2.1 不同抗氧化劑對小鼠氧化應激程度的影響

紫外線照射誘導機體產生過量的ROS攻擊細胞膜，生物大分子被破壞，大量的脂質、蛋白質過氧化氧化產物積累，如MDA和蛋白質羰基，由此加快皮膚結構損傷[21]。如圖2所示，較空白組，紫外線照射導致模型組ROS、PC含量顯著增加，石榴顯著減少PC含量，針葉櫻桃顯著減少MDA含量，雨生紅球藻顯著減少ROS和PC含量，而針葉櫻桃+維生素E能顯著減少三者的含量(P<0.05)。說明石榴、雨生紅球藻、針葉櫻桃、針葉櫻桃+維生素E干預能夠降低紫外線照射導致的氧化損傷，其中針葉櫻桃+維生素E的效果較好，雨生紅球藻次之。前人研究已表明，攝入蝦青素[10]、維生素C[13]、維生素E[22]可降低體內氧化應激程度，進而保護皮膚免受損傷，但僅對單一抗氧化劑進行研究，未進行多種抗氧化劑之間的體內對比。

a-血清活性氧熒光強度；b-皮膚MDA含量；c-皮膚蛋白質羰基含量

2.2.2 不同抗氧化劑對小鼠皮膚抗氧化酶的影響

內源性抗氧化酶(SOD、CAT、GSH-Px)能夠抵消機體產生的ROS，維持氧化還原平衡，當紫外線照射產生ROS超出內源性抗氧化防御系統的調節能力時，動態平衡被打破，進而導致皮膚細胞氧化損傷，加劇皮膚光老化[3]。由圖3所示，較空白組，模型組GSH-Px、CAT顯著下調(P<0.05)，說明紫外線照射消耗機體內源性抗氧化酶；較模型組，雨生紅球藻顯著提高GSH-Px表達量，針葉櫻桃+維生素E可顯著提高GSH-Px、CAT表達量(P<0.05)，這與上述氧化應激的結果相對應。雨生紅球藻是天然蝦青素的理想來源，蝦青素由于其“極性-非極性-極性”的結構特性，使其可以跨膜穿插在脂質雙分子層中，兼具親水區和疏水區捕獲自由基的能力，使得少量的蝦青素即可達到較高劑量普通抗氧化劑的效果[23]。針葉櫻桃提取物富含維生素C，與維生素E在皮膚抗氧化方面是相互依賴的關系，維生素C是水溶性，存在于細胞質，維生素E為脂溶性，存在于細胞膜，紫外線照射產生的自由基攻擊細胞膜，誘導過氧化連鎖反應的發生，同時維生素E作為抗氧化劑轉變為維生素E自由基，后者被維生素C還原為維生素E，二者的協同再生作用可能是其效果優于其他干預組的原因[14]。FUCHS等[15]也證實，維生素C和維生素E協同作用優于單獨作用。提示親水和親脂互補可增強氧化應激的改善效果。

a-皮膚超氧化物歧化酶表達量；b-皮膚谷胱甘肽過氧化物酶表達量；c-皮膚過氧化氫酶表達量

2.2.3 不同抗氧化劑對小鼠皮膚Nrf2/ARE信號通路的影響

Nrf2/ARE是維持氧化還原平衡的重要調控通路，在外界刺激下， Nrf2移位進入細胞核，并結合抗氧化反應元件ARE，轉錄激活下游抗氧化酶，如NQO1、HO-1[24]。由圖4所示，較空白組，模型組NQO1相對表達量顯著下調，較模型組，針葉櫻桃+維生素E、石榴分別顯著上調Nrf2、HO-1相對表達量(P<0.05)。上述結果說明各抗氧化劑可通過調節氧化還原通路中相關因子表達，來提高皮膚抗氧化效果和抑制氧化損傷，與LOHAKUL等[25]研究結果相似。

a-皮膚Nrf2的mRNA相對表達量；b-皮膚HO-1的mRNA相對表達量；c-皮膚NQO1的mRNA相對表達量

2.3 不同抗氧化劑對小鼠皮膚膠原降解代謝的影響

真皮中最為豐富的成分是膠原蛋白，膠原蛋白的類型以Ⅰ和Ⅲ型為主，膠原蛋白交織成膠原纖維平行于皮膚表面，賦予皮膚抗拉強度；微纖維成分包埋在彈性蛋白中形成彈性纖維，維持皮膚彈性[1]。當機體處于氧化應激狀態時會激活一系列信號轉導途徑，如絲裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase，MAPK)信號通路，誘導下游MMPs表達，將膠原、彈性蛋白大分子降解為片段化，失去抗拉和彈性結構[2]。其中MMP-1、9是降解Ⅰ和Ⅲ型膠原蛋白的主要活性蛋白[2]；MMP-12除了能夠降解彈性蛋白，還能夠激活其他MMPs家族成員，加速細胞外基質降解的級聯反應[1]。如圖5所示，較空白組，模型組MMP-1、9、12均顯著增加，較模型組，石榴、雨生紅球藻、針葉櫻桃、針葉櫻桃+維生素E可顯著減少MMP-1、9或12(P<0.05)，說明各抗氧化劑均可抑制MMPs表達，維持膠原蛋白和彈性蛋白穩定性，延緩皮膚老化，其中針葉櫻桃+維生素E效果較好，這可能得益于其良好的抗氧化效果。不僅如此維生素C作為脯氨酸羥化酶、賴氨酰羥化酶的輔助因子，還能夠促進膠原蛋白合成，這已得到JEONG等[26]的證實。

a-皮膚基質金屬蛋白酶-1表達量；b-皮膚基質金屬蛋白酶-9表達量；c-皮膚基質金屬蛋白酶-12表達量

2.4 不同抗氧化劑對小鼠機體炎癥的影響

ROS積累促使核因子κB(nuclear factor kappa-B，NF-κB)活化，介導下游促炎細胞因子分泌，進而刺激炎癥反應，導致皮膚泛紅，另外炎癥不僅會加劇ROS生成，而且又會促進MMPs表達，加重皮膚損傷[4]。由圖6所示，較空白組，模型組IL-6、TNF-α含量顯著增加，雨生紅球藻顯著減少IL-6和TNF-α含量，針葉櫻桃+維生素E干預可顯著減少IL-6含量(P<0.05)，說明雨生紅球藻和針葉櫻桃+維生素E可抑制促炎因子表達，改善皮膚炎癥。該結果與上述雨生紅球藻和針葉櫻桃+維生素E提高皮膚氧化還原穩態以及抑制膠原降解的結果相一致。MELO等[4]也表明攝入含有酚類抗氧化成分的馬鞭草提取物可通過調節抗氧化-炎癥-膠原代謝三者關系，改善紫外照射導致的皮膚損傷。

a-IL-6含量；b-TNF-α含量

2.5 不同抗氧化劑對小鼠皮膚表型的影響

色差a*值代表紅綠值(紅色>0，綠色<0)，用以表征紫外照射導致的皮膚色差變化，過度暴露于紫外會導致皮膚泛紅，是皮膚炎癥的外在表現。由圖7可知，較空白組，模型組a*值顯著升高，較模型組，石榴、雨生紅球藻、針葉櫻桃、針葉櫻桃+維生素E顯著下調a*值(P<0.05)，直觀地反映了各抗氧化劑具有一定的皮膚炎癥改善效果。這與STAHL等[17]研究結果相似，即攝入抗氧化劑后可改善紫外照射導致的皮膚泛紅。除此之外，干燥、松弛也是常見的皮膚光老化問題，表現為水分流失以及彈性下降，石榴干預使得水分顯著增加(P<0.05)，但皮膚彈性未見顯著性改善，可能是由于干預時間過短而未能體現在皮膚表型上。

a-皮膚色差a*值；b-皮膚水分含量；c-皮膚總彈性；d-皮膚凈彈性

3 結論

本研究利用UVA+UVB聯合紫外照射建立小鼠皮膚光老化模型，準確真實地比較常見抗氧化劑對皮膚的改善效果。結果顯示，口服攝入抗氧化劑不僅具有上調抗氧化酶表達，減少氧化產物積累，平衡皮膚氧化還原調節的作用，其中雨生紅球藻和針葉櫻桃+維生素E效果較好。而且雨生紅球藻和針葉櫻桃+維生素E在抑制膠原、彈性蛋白降解相關酶和促炎因子的分泌上也表現出最優性，并使皮膚泛紅程度下降。上述結果可為今后開發護膚產品提供原料選擇，提升產品抗皮膚光老化效果，提高市場競爭力。

本文主要采用了單一天然抗氧化劑及其組合，進行皮膚抗氧化效果的對比研究，在后續的研究中，可考慮復配其他皮膚功效成分，如活性多肽，探究在維持皮膚健康方面是否有協同功效。此外，各抗氧化劑經體內消化吸收后的產物及其護膚作用機理，還可進一步研究。