乙二醛酶预防皮肤老化

迪奥科学中心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)的研究人员证实皮肤拥有与生俱来的天然保护系统。

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皮肤老化是岁月流逝的明显痕迹之一。皮肤老化的过程相当复杂,由慢性老化和光老化共同造成。前者为内在因素,后者是因暴露于阳光紫外线而造成的外在因素。皮肤会因老化逐渐失去弹性,表皮与真皮会逐渐变薄,而细胞更新速率也大幅下降。表皮与真皮接合层亦会日渐松弛。皮肤老化不只会导致皱纹产生,也会许多损害生理功能,举例而言,伤口需要更多时间才能愈合。  

所有的这类改变主要因生物分子受到破坏而引起,如蛋白质可能会因在体内进行的氧化反应而产生改变。这种氧化反应每天都在发生,因为这是由呼吸、进食和活动而自然产生的结果。然而,在皮肤内,紫外线暴露与其他所有形式的氧化应激(如污染和香烟)都有可能会加速氧化反应。  

蛋白质受到破坏的例子之一:在不同代谢途径中产生的二羰基化合物乙二醛(GO)和甲基乙二醛(MGO)与蛋白质发生反应。这些化合物具有高反应性,会改变细胞与其组成成分,如脱氧核糖核酸与蛋白质。有些改变会随著时间而导致不可逆的细胞损伤。  

幸运的是,人体内存在由乙二醛酶1(GLO1)与乙二醛酶2(GLO2)组成的乙二醛酶系统,这是可对抗GO与MGO的天然防御机制。这两种胞内酶会共同合作,起到解毒GO与MGO的作用。  

UPMC-索邦大学与迪奥科学中心的研究人员目前首次透过实验证实皮肤内的确存在这种乙二醛酶系统。UPMC-索邦大学的副教授Isabelle Petropoulos和迪奥研究人员Carine Nizard解释道:「研究结果值得令人注意,因为结果显示由二羰基应激诱导所引起的糖氧化反应不只会影响弹性蛋白与胶原蛋白等细胞外蛋白质,也会影响细胞内蛋白质,」这两位团队领导者接著说明:「这种细胞内糖化反应不只会造成皮肤的『结构』部分(弹性蛋白与胶原蛋白)的细胞功能发生改变,也会导致组成皮肤的『活动』部分的细胞功能发生改变。有鉴于此,GLO系统在预防这些改变方面扮演重要角色,因它可维持皮肤稳态。」  

GLO系统存在皮肤细胞的核心-表皮的角质形成细胞(负责组织更新)与真皮的成纤维细胞(皮下组织下方的皮肤层),可在GO与MGO生成时马上发挥侦测与抑制作用,以预防它们攻击细胞与其组成成分。GO和MGO所造成的蛋白质变性会造成细胞老化,最终会导致组织老化,而GLO系统可抑制由GO和MGO所引起的蛋白质变性。一开始,先由GLO1负责清除和转化GO与MGO,再轮到GLO2生成乙醇酸(以GO为例)等无毒分子。

 然而,研究人员表示,美中不足的是,GLO系统的功效似乎会随著时间而减弱,功效也随之减退。而活力衰退这点在光老化肌肤上尤其明显。

乙二醛酶存在于皮肤的何处?  

在活体外实验中,研究人员使用对抗GLO1和GLO2的抗体,以年轻与年老(或衰老)的人类肌肤细胞的初代角质形成细胞与成纤维细胞为研究环境,研究乙二醛酶的表现。研究人员也观察这两种酶在这些样本中的活性。他们发现当皮肤细胞老化时,GLO在成纤维细胞中的表现并未改变,但是GLO1的活性与表现减弱。研究人员也在初代角质形成细胞中观察到GLO2的表现,而其表现亦会因光暴露而减弱。  

「皮肤内的GLO系统似乎能保护皮肤的蛋白质稳态,尤其是在干细胞所在的表皮基底层。」Petropoulos与Nizard解释道。「我们所获得的初步结果显示乙二醛酶可能在角质形成细胞的增殖和分化过程中扮演重要角色。」  

两位研究团队领导者补充说明:「在衰老的角质形成细胞中进行的GLO活体外实验显示GLO1的活性大幅减退,但是表现并未改变。这个变化导致受GO和MGO改变的蛋白质在细胞中积累。这些变性蛋白质也积累在光暴露年老皮肤的样本中,尤其在真皮中。然而,在未经光暴露的皮肤样本中,积累情况较不严重。」  

「相对于此,在GLO1表现明显的表皮基底层中,受损蛋白质的数量并未增加。因此,这个系统似乎可以保护增殖细胞不受伤害。」  

在年轻与年老人类皮肤切片的体外研究中,研究人员发现GLO1表现于表皮表层,而其表现会随著年纪而增加。然而,无论皮肤样本的年纪为何,暴露于紫外线中都会使其表现减弱。GLO的表现在已出现许多老人斑的皮肤中减弱,正如在以人工方式受二羰基分子「应激」24小时的皮肤细胞。

  最後,迪奧科學中心與UPMC的科學家們希望能透過這些全新研究結果,尋找能讓GLO系統維持年輕活性的方式。要達到此一目標,或許可透過鑑定抗氧化物科技,找出可有效瞄準與活化GLO系統的抗氧化方式。


标题:年龄、光暴露与乙二醛酶的表现

在慢性老化肌肤中定位与定量乙二醛酶,并观察皮肤老化时由光暴露所造成的影响


(A)
(A)
(B)
(C)
(C)
(D)
(E)
(E)
(F)

B: GLO1在基底层的标准化数量(AU)

D:GLO2在表皮的标准化数量(AU)

F:GLO2在表皮的标准化数量(AU)

© 在老化与光老化时,乙二醛酶在表皮的不同位置与调控, Experimental Dermatology 2016, Sabrina Radjei et al.

说明:研究人员以DAPI为角质形成细胞与成纤维细胞的细胞核染色(DAPI为在萤光显微镜中广泛范围使用的萤光染色),再以特别的多株抗体侦测乙二醛酶。

(A)、(C)图片显示10位年轻捐赠者(平均年龄27.5 +/- 1.7岁)与10位年长捐赠者(平均年龄63.2 +/- 1.6岁)的皮肤活体组织切片。图片以共聚焦激光显微镜取得。以定量与标准化方式显示乙二醛酶的相关表现:观察GLO1在基底层的细胞数目与相关表现,观察GLO2在表皮表层的细胞数目与相关表现。(E)图片代表10位年长捐赠者(平均年龄63.2 +/- 1.6岁)的光保护(PP)与光暴露(PE)皮肤活体切片。图片亦以共聚焦激光显微镜取得。观察标准化GLO2在表皮表层的相关表现。

Ep:表皮;De:真皮。

实线代表最上层皮肤,虚线代表基底层。 (B)、(D)定量GLO1在表皮基底层的数量,以及GLO2在整个表皮的数量。(F)定量GLO2在表皮的表现。

说明框: 乙二醛酶系统

GLO系统是可在生物细胞中起到二羰基化合物解毒作用的主要酶系统,它可将具反应性的α-羰基醛催化转化为相对应的α-羟基酸。GLO系统含GLO1和GLO2两种酶,需要谷胱甘肽(GSH)作为辅酶因子共同发挥作用。GLO1是一种透过演化而在人体产生的二聚体酶,亦存在于细菌、真菌、植物、酵母与哺乳类中。它可催化异构化缩硫醛,这是一种当GSH谷胱甘肽聚合物与MGO 和GO等醛类发生反应时自然产生的物质。之后,GLO2(作为单体参与反应的巯酯酶)会进行羟基酰谷胱甘肽水解酶衍生物的水解作用,使GSH再生并产生羟酸。MGO被转化为D-乳酸盐,而GO被转化为乙醇酸。GLO2为细胞补充GSH,而GLO1消耗GSH。

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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.