体外科学111-炎症后色素沉着机制及对策-附评测方法-上

文摘   2024-09-26 08:49   上海  

炎症后色素沉着(post-infammatory hyperpigmentation, PIH)对于任何肤色的人都是问题,对于亚洲人群尤其重要,其发生率高达30-40%。PIH对于18岁以下的年轻人同样重要,比如:(a)导致痣和雀斑倾向,(b)晒伤后效应,(c)加重防晒剂和紫外线敏感化妆品的副作用。

皮肤是多层细胞及胞外基质构成的非均质结构,皮肤中的任何一种细胞都有可能受到内部或外部致炎因素的干扰。在皮肤色素沉着的研究评价中,炎症中期和后期的调整和干预,对于皮肤色素沉着的及时补救、延缓和改善是美妆产品研发的主要策略。

炎症中后期的色素沉着涉及到复杂的信号通路调控,包括:黑色素合成相关酶(如酪氨酸酶)的活性是否已经抑制,炎症介质水平,免疫细胞(IC)与黑色素细胞的互作,炎症因子谱系,炎症指数(II)和黑色素小体转运相关蛋白表达及定量等。

在产品开发和研究评价过程中,需要通过对炎症后色毒素沉着相关的信号通路,如PI3K/AKT, cAMP/PKA, SCF/c-Kit/ERK, Wnt/β-catenin, p38/MSK1,以及影响这些信号通路的细胞因子的深入了解,才能精准研究抑制炎症中后期黑色素沉着的可能作用机制,为化妆品美白产品原料筛选和配方研究提供数据支持。

PART 01

致炎因素和炎症启动过程

—— 紫外线 ——

紫外线是最重要的非感染性致炎因素,人体皮肤暴露于紫外线,会引起多种细胞的炎性反应,其中以UVB对PIH的作用最为突出。UVB可以诱导角质形成激素类分子或炎症因子,如黑色素皮质素(POMC)、内皮素(ET-1)、IL-1、PGE、SCF等,从而刺激黑色素细胞产生黑色素。UVB 也能引起 DNA 的损伤,刺激黑色素细胞分化,激活色素相关酶如TYR的转录激活,从而增加TYR 的活性,刺激黑色素的合成,增加了低分子黑色素和高分子黑色素的含量,在照射数天后(炎症后期)造成色素沉着,即迟发型色素沉着。而UVA的作用是通过加速已有色素或黑色素前体的氧化或聚合反应,增加高分子色素的含量,成比例降低低分子色素的含量。

—— 病原微生物 ——

微生物是导致炎症反应的另外一种外界因素,例如金黄色葡萄球菌、链球菌等。在微生物侵袭下,皮肤角质细胞和免疫细胞产生多种趋化因子或炎性因子,如CCL8, CCL18,CXCL10,等。形成所谓病原相关分子模式(pathogen-associated molecular patterns,PAMPs),体外科学实验室常用脂多糖或肽聚糖诱导炎症后色素沉着模型就是这个原理。 

—— 除紫外线外的理化损伤 ——

创伤、热、缺血、缺氧等可诱导损伤相关分子模式(damage-associated molecular patterns,DAMPs),诱导无菌炎症反应。同样,也会引起炎症后色素沉着,例如PRRS家族包括Toll样受体(TLRs),C型凝集素受体(CLRs),视黄酸诱导基因(RIG)-I样受体(RLRs)和NOD样受体(NLRs)。其中,TLRs作为DAMP和PAMP相互作用的结果,主要参与炎症反应后色素产生的激活。

—— 炎症因子 ——

急性和慢性炎症反应均可导致PIH,如皮炎和银屑病等造成的皮肤病理学环境中,就会出现异常的皮肤色素脱失。在伤口愈合过程中,黑色素细胞的形态、黑色素合成能力也都会发生改变。在这些过程中,各种细胞因子的大量表达是导致PIH或色素脱失异常的主要原因,比如IL-4,可以由T淋巴细胞阳性亚群CD8、嗜酸性细胞、嗜碱粒细胞以及激活的肥大细胞所分泌,在特应性皮炎中会上升,它的上升可以减小黑素细胞痣的数目。其它炎症因子白介素17A(IL17A)和γ干扰素(IFN)可以促进白介素6(IL-6)的基因转录与分泌,可以间接调控黑色素的合成。其中,IL-6 是一种角质形成细胞所合成分泌的白介素,它可以抑制黑色素细胞中的黑色素合成和皮肤中的色素沉着。

—— 其他因素 ——

激素:在黑色素合成过程中,除了a-MSH、ET-1和促肾上腺皮质激素(ACTH)外,还有多种激素起着重要作用。比如前列腺素E2(PGE2),可以由角质形成细胞和黑色素细胞经UVB照射后所分泌,然后通过激活PGE2受体4(EP4)增加cAMP 的含量,虽然也可以激活PGE2 受体 、EP3降低cAMP的含量,但整体上的cAMP含量是上升的,从而激活下游因子,增强 TYR 活性和黑色素的生成。有文献报导,孕酮和雌激素在色素沉着中起着重要作用,这些激素可以激活相应的受体,刺激色素沉着。

氧自由基:氧自由基是由机体自身代谢或紫外线照射所产生的,不仅可以攻击大分子物质,如蛋白质、核酸和不饱和脂肪酸,造成皮肤失去弹性、DNA受损、老年斑的形成甚至老年痴呆症的产生等,同时也可以通过刺激黑色素激活因子如PGE₂ 和a-MSH的分泌来促进黑色素的合成与色素沉着。如 NO,可以通过激活可溶性鸟苷酸环化酶增加cGMP 含量,激活蛋白激酶 G,从而使 TYR磷酸化,最终增强了TYR活性和黑色素的生成。


PART 02

炎症后色素沉着过程

 图1 皮肤黑色素形成模式图 

黑色素细胞在炎症因子作用下,启动黑素体合成过程,黑色素包括真黑素和褐黑素,前者是一种棕黑色或深色不溶性聚合物,后者是一种红黄色可溶性聚合物。黑色素合成过程极其复杂,主要涉及酪氨酸酶基因家族中的3种酶,即酪氨酸酶(Tyrosinase,TYR)、酪氨酸酶相关蛋白1 (Tyrosinase-related protein-1,TRP-1)、酪氨酸酶相关蛋白2 (Tyrosinase-related protein-2,TRP-2),这3种酶都是与膜结合的糖蛋白。TYR参与了2种黑色素生成过程,而TRP-1、TRP-2在真黑素合成过程中发挥重要作用。

炎症细胞因子诱导黑色素生成,在炎症后期仍然持续,见图2。包括IL-33IL-18GM-CSF在内的炎症因子通过单独或同步刺激MAPKPKA途径促进黑色素生成。此外,PGE2PGF2IL-1通过刺激cAMP依赖性途径促进黑色素生成。相反,IL-4IL-13IL-6IL-17IL-1·TNFIFN-通过抑制PKAMAPKJAK-STATNF-K·JNK途径来抑制黑色素生成。

图2 参与黑色素生成炎症因子

PGF2α:前列腺素F2αGM-CSF:粒细胞巨噬细胞集落刺激因子;PKA:蛋白激酶AMAPK:丝裂原激活蛋白激酶;JNK:C-Jun N端激酶;JAK-STATJanus激酶信号转导和转录激活因子;核因子Kappa-BTRRP1:酪氨酸酶相关蛋白-1trrp2:酪氨酸酶相关蛋白-2。红箭表示抑制;绿箭头表激发

PART 03

炎症相关的黑色素合成通路(见下期)

附 A

实验室评测方案

炎症后色素沉着模型

(微生物因子诱导型)

目的:研究评价化妆品对抗病原相关炎症后色素沉着的作用及美白功效

模型:表皮模型与黑色素细胞共培养,含黑色素皮肤模型,黑色素皮肤芯片(模型来源于Episkin)

诱导:金黄色葡萄球菌肽聚糖(PEG)/脂多糖/灭活病原菌,病原相关炎症因子组合

分组:表皮模型组,黑色素细胞组,共培养互作组,实验组,模型组,阳性对照组,空白/阴性对照组。

过程:在试验样品处理前,先用10µg/mLPEG或细菌毒素或病原因子诱导炎症反应,充许24小时后炎症模型组产生黑色素。实验组在炎症诱导10h时,将不同浓度的样品作用于炎症过程中的模型中,继续作用48 h后,进行各项指标参数的检测和分析。

参数1:病原相关趋化因子检测,如CCL8,CCL18,CXCL10

参数2:抗炎因子检测,如TGF-β, IL-4,IL-10,

参数3;抗酪氨酸酶活性

参数4:表皮组化和免疫组化

参数5:黑色素定量

参数6:电镜

参数7;MITF通路组学测试

参数8:其它

技术:细胞培养、重建皮肤模型、共培养、WB、ELISA、分子生物学、组学、组织病理学、免疫学及图像分析、生物信息学,等。

统计:

结果(部分)

组间表观比色法比较(部分结果展示)

【体外科学连载经华代学术委员会审核】

 【体外科学精选

体外科学60--炎症相关色素沉着机制及美白方法-V 基于信号通路的美白剂研究
体外科学59--炎症相关色素沉着机制及美白方法-IV FM对话与信号通路研究
体外科学58--炎症相关色素沉着机制及美白方法-III KM对话与共培养美白剂快筛平台
体外科学57--炎症相关色素沉着机制及美白方法-II 炎症反应和炎症因子
体外科学56--炎症相关色素沉着机制及美白方法-I

参考文献:

[1]Davis EC, Callender VD. Postinfammatory hyperpigmentation: a review of the epidemiology, clinical features, and treatment options in skin of color. J Clin Aesthet Dermatol. 2010;3(7):20–31.
[2]Rzepka Z, Buszman E, Beberok A, et al. From tyrosine to melanin: Signaling pathways and factors regulating melanogenesis. Postepy Hig Med Dosw (Online). 2016,70(0):695-708.
[3]Park J, Jung H, Jang B, et al. D-tyrosine adds an anti-melanogenic effect to cosmetic peptides. Sci Rep. 2020.14;10(1):262.


华代生物技术平台

关于我们

华代生物成立于2010年1月,是国际知名国内领先的致力于体外科学和替代技术研发的高新技术企业,是国内首家获得CMA和CNAS认可的体外科学服务机构。提供化妆品原料及产品的安全性和功效性(实验室方法和临床测试)的科研、标准、咨询、评测和备案服务,实力雄厚,值得信赖。

公司地址:

广州市黄埔区开源大道11号B3栋7,9楼

上海市奉贤区茂园路260号57栋6楼

电话:020-82510567

业务联系人:

屠子润 15891720256

马若梅 17853879650

李静(上海):15921719599

微信公众号:华代检测中心

客服电话:

广州 18022390701;上海 13564840042

华代检测中心
华代生物成立于2010年,是国际知名国内领先的致力于体外科学和替代技术研发的高新技术企业,是国内首家获得CMA和CNAS认可的体外科学服务机构。提供化妆品原料及产品的安全和功效的科研、标准、咨询、评测和备案服务。业务涵盖体外、动物、临床。
 最新文章