硅释放氢气保护紫外线皮肤损伤
最新研究论文发表在《抗氧化剂》 2021, 10(1), 76。论文题目是“生成氢的硅材料防止紫外线诱导的细胞氧化应激、细胞死亡、人体细胞和3D皮肤中的胶原蛋白丢失和黑色素生成”。论文作者来自日本牙科大学东京生命牙科学院药理学.
氧化应激是皮肤老化过程的主要原因。环境因素(如紫外线暴露、香烟烟雾和空气污染物)诱导皮肤细胞大量产生活性氧(ROS)。活性氧的过量产生会摧毁细胞内的抗氧化防御系统(包括酶和非酶抗氧化剂)。因此，发生氧化应激活性氧包括超氧阴离子，羟基自由基，过氧化氢、次氯酸、过氧化自由基(ROO•)和过氧化氢自由基(HOO•)。这些氧化剂可破坏细胞成分，如核酸、脂类、蛋白质和碳水化合物，破坏细胞功能，最终导致细胞死亡。
角质形成细胞、成纤维细胞和黑素细胞是人类皮肤中的主要细胞类型。这些细胞的氧化应激损伤导致细胞数量下降，胶原合成下降，色素沉着。
最近，氢分子作为一种选择性抗氧剂已引起人们的关注。氢可以与毒性最强的活性氧羟基自由基反应，并将其解毒为无害的水。许多研究报告说，氢气不仅表现出抗氧化应激作用，还具有多种抗炎、抗过敏作用。这项研究中测试了名为ULH-002的含氢微孔硅产氢材料对紫外线a (UVA)诱导的细胞活性氧生成、细胞死亡、胶原蛋白丢失和人类角质形成细胞、成纤维细胞、黑素细胞和三维皮肤当量中的黑素生成的影响。
紫外线a (UVA)辐射对皮肤细胞产生有害影响，并通过氧化应激加速皮肤老化。在这项研究中，研究了一种名为ULH-002的产氢硅材料对人体细胞和3D皮肤等效物UVA损伤的影响。氧自由基吸收能力(ORAC)测定结果表明，新鲜制备的ULH-002溶液和7天的ULH-002溶液清除过氧自由基(ROO·)的能力均呈浓度依赖性。CellROX ®绿色/橙色染色显示，ULH-002能够降低紫外线诱导的人角质形成细胞HaCaT和人牙龈成纤维细胞(HGFs)的氧化应激。通过Annexin V/PI凋亡实验和PrestoBlue实验，ULH-002显著防止紫外线诱导的凋亡/坏死细胞死亡和人牙龈成纤维细胞和角质形成细胞活力下降。免疫染色显示，ULH-002阻止了紫外线诱导的IV型和I型胶原在3D皮肤等效物中的表达恶化，在单层人牙龈成纤维细胞中也是如此。紫外线增强的黑素生成在人类黑素细胞HMV-II和含有3D皮肤等效物HMV-II细胞中被观察到，但根据Fontana-Masson染色显示，ULH-002显著阻止了黑素生成。
总之，研究数据表明，氢气释放硅材料ULH-002可以保护人类角质形成细胞和成纤维细胞免受紫外线诱导的损伤，防止IV型和I型胶原的丢失，以及减少黑素生成。氢气释放硅材料ULH-002可被开发为化妆品行业的皮肤护理试剂。
图 NC是正常细胞，UVA是紫外线处理，不同浓度的材料。红色和橘色代表活性氧水平，越鲜艳活性氧越多
紫外线包含UVA (320-400 nm)， UVB (280-320 nm)和UVC (200-280 nm)。作为最有害的紫外线，来自太阳的紫外线C被臭氧层消除了。因此，UVA和UVB是导致皮肤老化的主要因素。与UVB(主要通过对DNA的直接辐射作用来损伤皮肤细胞)不同，能量较低的UVA光子通过产生氧化应激对细胞成分产生有害影响。
氢气可通过选择性地与有毒活性氧发生反应，减少氧化应激 基因表达。目前，氢气主要是通过饮用溶氢水，进行氢浴或吸入氢气。给药的氢分子通常在数小时内通过呼吸系统迅速排出。然而，紫外线诱导的氧化应激在白天经常发生在皮肤中，尤其是在夏季。因此，为了美观，氢需要在介质中储存很长一段时间。二氧化硅是一种有益矿物，广泛应用于化妆品和食品添加剂中。无定形微孔硅经过热熔处理，在高压氢气下逐渐冷却后，具有限氢储存能力。在本研究中，我们首先通过ORAC法检测了硅封氢ULH-002的抗氧化能力。数据表明，ULH-002溶液具有良好的ORAC容量，且呈浓度依赖性。ULH-002水溶液室温保存1周后仍保持相同的ORAC容量。这些数据表明，硅封氢在很长一段时间内是非常稳定的。事实上，ULH-002干粉可以在室温下储存多年而不失去其ORAC容量(数据未显示)。测试了ULH-002溶液是否能清除人角质形成细胞和成纤维细胞中的细胞ROS。发现可显著降低UVA诱导细胞质和细胞核活性氧，提示ulh - 002可以防止皮肤细胞氧化应激可能通过双重渗透进入细胞膜和细胞核膜,在消除氢从阻挡硅微孔泡沫蛀牙。
与人类真皮成纤维细胞相比，人类牙龈成纤维细胞表现出更高的伤口愈合能力。在本研究数据显示HGFs表达真皮成纤维细胞标记物TE-7，干细胞标记物CD29、CD44和CD90。HGFs也表达丰富的IV型和I型胶原。这些数据表明，HGFs不仅具有真皮成纤维细胞的特性，而且具有一些干细胞的特性。它们可能有能力分化成其他类型的皮肤细胞，当构建在皮肤等效物。氧化应激对HGFs的有害影响可能是其他类型干细胞的反映。数据显示UVA为32 J/cm 2HGFs、HaCaT角质形成细胞和3D皮肤等量细胞严重受损，HGFs和HaCaT细胞的细胞活力显著降低，HGFs和皮肤等量细胞的胶原蛋白表达均受到抑制。ULH-002溶液显著保护HGFs, HaCaT细胞和皮肤等量物免受上述UVA的有害影响。其机制可能与抗uva诱导的氧化应激有关。
综上所述，ULH-002具有良好的抗氧化性能，可保护成纤维细胞、角质形成细胞和黑素细胞等皮肤细胞免受UVA损伤。ULH-002长期稳定，适用于化妆品、皮肤保护、抗衰老。
Xiao, L.; Mochizuki, M.;Nakahara, T.; Miwa, N. Hydrogen-Generating Silica Material Prevents UVA-Ray-Induced Cellular Oxidative Stress, Cell Death, Collagen Loss and Melanogenesis in Human Cells and 3D Skin Equivalents. Antioxidants 2021, 10, 76.
