乙二醛酶–在皮肤细胞中有效预防损害的天然系统

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解毒与抗糖氧化系统。

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在细胞核产生的蛋白质变性会随著时间而造成细胞的不可逆损害,最终会导致组织损害。乙二醛酶(GLO)是人体内可有效预防损害的天然机制,根据UPMC-索邦大学与迪奥科学中心的研究人员完成的最新实验,此一系统的确存在于皮肤内。GLO系统由乙二醛酶1(GLO1)与乙二醛酶2(GLO2)两种胞内酶组成,两者共同合作,排出由每日代谢与暴露于阳光紫外线和污染等其他氧化应激因子所产生的一些有害二羰基产物。

最新发表的研究结果指出这些改变,尤其是由二羰基化合物乙二醛(GO)和甲基乙二醛(MGO)造成的改变,无论皮肤内是否存在活性氧类(ROS),都会影响弹性蛋白与胶原蛋白等细胞外结构蛋白质,以及细胞内蛋白质。GLO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细胞组成成分,如脱氧核糖核酸和蛋白质。

GLO系统以两阶段方式发挥保护作用:第一阶段由GLO1负责,第二阶段由GLO2进行。这些酶会生产乙醇酸(由乙二醛转化而来)等无毒分子。

由迪奥科学研究中心的Carine Nizard和UPMC的Isabelle Petropoulos领导的研究团队首次发现GLO系统存在于人类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)中。GLO似乎会随著时间而衰弱,功效也随之减弱。不幸的是,当皮肤暴露于紫外线时,会使GLO加速减弱。

找出GLO酶在皮肤中的位置

为了了解这种现象的成因,研究人员决定找出GLO酶在年轻、年老或光暴露人类肌肤样本中的位置。研究人员使用名为免疫组织化学组织染色法的技术进行研究。在实验中,Nizard、Petropoulos与博士班学生Sabrina Radjei以抗人类抗体在样本横截面进行染色,这种抗体可与GLO1或GLO2结合。

研究人员使用的样本来自从腹部皮肤手术取得的年老与年轻人类皮肤活体切片。年老皮肤样本的捐赠者的平均年龄为63.2 +/- 1.6岁,年轻皮肤样本的捐赠者的平均年龄为27.5 +/- 1.7岁。他们也研究正常人类成人表皮角质形成细胞(NHEK),捐赠者的年龄从26岁到65岁。这些细胞经过复制性衰老,也就是说,这些细胞经人工方式老化,所以它们除了不会再增殖以外,也会出现老化征象(特定生物标记)。最后,研究人员观察经阳光暴露的皮肤细胞(取自前臂)与防晒皮肤细胞(来自上臂内侧)。这些样本也来自生物切片。

GLO的表现与活性

研究人员发现,在所有样本中,GLO1主要出现于表皮基底层(干细胞所在之处),GLO2则是出现于上层角质形成细胞中。虽然GLO在真皮成纤维细胞中的整体表现不会因为老化而有所改变,但是GLO1的活性与表现的确会随之减弱。这些改变意味著当皮肤老化,GLO无法正确执行工作,而受损蛋白质会在细胞中积累。这些蛋白质积累现象也会发生于光老化年老皮肤样本中,但是在未受光暴露的年轻细胞中则较不那么严重。

相反地,在GLO1表现明显的表皮基底层,无论是在年老或年轻皮肤样本中,受损蛋白质的数量都未增加。这表示GLO系统似乎可以保护祖细胞不受损害。

「长时间以来,我们已经知道暴露于紫外线会加速皮肤老化,因为这会造成ROS的产量增加,改变脱氧核糖核酸的结构,以及导致蛋白质氧化。」Nizard和Petropoulos解释道。「在研究中,我们发现GLO1在阳光暴露皮肤与防晒皮肤样本中的表现未有明显差异。然而,我们发现在年老肌肤样本中,当皮肤暴露于阳光中时,会造成大量糖化蛋白质累积在细胞里,主要是在真皮,但也存在于表皮。至于GLO2酶,在年轻和年老皮肤样本中,与防晒表皮相比,这种酶在阳光暴露的皮肤中的表现较差。」

研究结果显示紫外线会改变乙二醛酶对角质形成细胞的保护方式。所以,当乙二醛酶的运作开始减缓时,或是在减缓现象发生之前,如果我们以简单方式尽可能长久保护乙二醛酶(如使用防晒产品)或提高其活性(使用可局部涂抹的具针对性的科技活性成分),是否可以让皮肤更持久地保持年轻?

参考资料:Experimental Dermatology, 2016, 25 475-494 / doi: 10.1111/exd.12995

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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.