乙二醛酶在皮膚所扮演的保護角色

专访迪奥科学中心科学研究员Carine Nizard与法国巴黎第六大学(皮埃尔和玛丽.居里大学(Université Pierre et Marie Curie ,缩写UPMC)-索邦大学)副教授Isabelle Petropoulos。

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UPMC与迪奥科学中心的合作始于18年前,当时由UPMC实验室领导人Bertrand Friguet与LVMH实验室的研究科学家Carine Nizard共同发起这项研究计划。科学记者Bel Dumé这次特别访谈Carine Nizard女士以及与其长期合作的UPMC研究人员Isabelle Petropoulos,请她们分享这项团队研究。  

Bel Dumé:是否可以请您解释贵团队的研究工作的背景?

Carine Nizard和Isabelle Petropoulos:人体内的所有细胞都仰赖能正确调节蛋白质内稳态的机制,以维持蛋白质组的稳定与有效运作。随著时间,细胞的蛋白质组越来越难维持稳定,这会日渐导致蛋白质发生变化,继而造成正常肌肤老化。  

皮肤内有许多系统可排除未折叠蛋白质和/或无功能蛋白质,我们的研究始于探索最重要的系统之一-存在于细胞与细胞核的蛋白酶体。这个系统会因为老化、紫外线暴露与所有形态的氧化应激(如污染、抽烟等)而发生改变。与细胞中的蛋白酶体相似的LON蛋白酶存在于线粒体中。  

只有少数几个系统可以修复蛋白质(相对之下,有许多系统可修复脱氧核糖核酸),因为在蛋白质被氧化的情况下,只有两种胺基酸可被修复。其中一个系统名为PMSR 或MSR(Methionine Sulfoxide Reductase,甲硫胺酸硫氧化物还原酶),这个系统存在于皮肤中,可保护皮肤不受氧化应激伤害。

 

BD:是否可以请您解释贵团队的MSR 研究工作,以及这项研究如何将研究方向引领至乙二醛酶系统?

CN和IP:我们以活体内研究方式观察暴露于紫外线的肌肤细胞,发现MSR的表现与活性会因为年龄与光暴露而减退。MSR的功效因此受到影响,保护细胞的功能也随之减弱。我们也研究重组皮肤模型,发现受到氧化伤害的皮肤所能反射的光线量较少(也就是说,它的反射率降低-以辐照度计测量的结果)。  

根据这些研究结果,我们研发了一种含二甲基甲氧基苯并二氢吡喃醇的护肤产品,这种活性成分是一种维生素E的卓效抗氧化替代物,能有效清除由污染或紫外线等环境因子所产生的活性氧类物质(ROS)与活性氮类物质(RNS)。二甲基甲氧基苯并二氢吡喃醇可提高MSR的活性。  

GLO系统是另一种广为人知的人体内解毒与抗糖氧化系统,它与蛋白酶体和MSR相似,但是在不同阶段运作,因为它在上述两者之前发挥功效,负责除去一些对蛋白质有害的毒性成分。最近,一些研究学者发现GLO系统在动物的寿命扮演重要角色,这些结果激发我们的灵感,引领我们研究这个系统如何在人类肌肤运作。

 

BD:可否请您简单解释贵团队的乙二醛酶研究,以及至目前为止最重要的研究结果?

CN和IP:我们观察乙二醛酶(GLO)如何除去一些因代谢机制与氧化应激而衍生的产物,如会损害蛋白质与细胞的乙二醛等二羰基化合物。到目前为止,研究学者对这个系统的认识主要是它在对抗糖尿病血管并发症或心脏血管疾病所扮演的角色。事实上,GLO系统在皮肤细胞内也发挥消除二羰基化合物的解毒功能,这个重要功效之前一直被人忽略。  

GLO可消除二羰基化合物,并透过此一机制保护细胞不被进一步的氧化反应侵袭。正如之前所提过的,GLO是一种解毒系统,但是到目前为止,我们不知道它是否存在于皮肤内。我们的研究首次证实GLO系统确实存在正常人类皮肤中,此外,研究亦证实二羰基应激会影响角质形成细胞的蛋白质,因为细胞内的糖化与糖氧化反应会导致细胞运作发生改变。有鉴于此,GLO系统的功能不容忽视,因它可预防这些变化并维持皮肤稳态。

   

BD:乙二醛酶存在于皮肤何处?可发挥什么功能?

CNIP乙二醛酶主要存在于表皮的角质形成细胞与真皮的成纤维细胞中。它似乎与其他我们曾研究过的系统一样,都具有保护蛋白质内稳态的功能,尤其是在表皮基底层。我们的初步研究结果显示乙二醛酶在角质形成细胞的增殖与分化可能扮演重要角色。  
 


BD:可否请您简单解释GLO系统的保护功能?

CNIP乙二醛酶系统由乙二醛酶1(GLO1)与乙二醛酶2(GLO2)组成,可消除与转化乙二醛(GO)和甲基乙二醛(MGO),这些是直接(GO)或间接(MGO)在葡萄糖与其他碳水化合物的代谢过程中所产生的二羰基化合物。GO与MGO是对细胞有害的毒性物质,会与细胞内蛋白质发生反应,继而改变蛋白质并损害其功能。GLO1和GLO2会轮流将这些产物转化为毒性较弱的物质,如乙醇酸(GO)。

透过解毒作用,GLO系统可预防GO和MGO在细胞中积累,继而抑制蛋白质结构被破坏。蛋白质结构受损一开始会导致细胞老化,最终会造成组织老化。

 

BD:是否可以请您说明贵团队最重要的实验?

CNIP我们以活体外研究方式观察GLO在衰老角质形成细胞和/或来自年长捐赠者皮肤内的活性,发现GLO1的活性在这些细胞中大幅下降(其表现不受影响)。这个系统所发生的变化会导致因GO和MGO而变性的蛋白质积累在细胞内。相对于非光暴露皮肤,这些蛋白质会积累在光暴露的年老肌肤中,尤其是在真皮中。  

相对地,在这些样本中,在GLO1表现明显的表皮基底层,受GO改变的蛋白质的数量并未增加。因此,我们推论GLO似乎可以保护增殖细胞不受损害。



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Bel Dumé

Science Writer & Editor

Bel Dumé PhD is a science and technology writer and editor based in Paris, France. She has over 10 years experience in science communication, both within a major publishing house and several press agencies.