主要缩略词表
ABBREVlATloNS
UV(Ultraviolet)紫外线
中波紫外线
UVBfUltravioletB1
UVAfUltravioletA1长波紫外线
ROS(Reactiveoxygenspecies)氧自由基
SSR(Sun—simulatingradimion)模拟目光光源
MMP(Matrixmetalloproteinase)基质金属蛋白酶
MTT(3,4,5-dimethythiazol一2-yl一2,5?diphenyl-tetrazoliumbromide)
噻唑兰
NBS烈eonatalbovineserum)小牛血清
PI(Proliferationindex)增殖指数
SOD(Superoxidedismutase)超氧化物歧化酶
MDA(Malondialdehyde)丙二醛
ECM(Extracellularmatrixl细胞外基质
MAPK(MAPkinasel丝裂原活化的蛋白激酶
MED(Minimalerythemaldose)最小红斑量
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I.z^{镕±#&*i
检测皮肤SOD活性和MDA含量,以Weigert染色法展示弹力纤维表达的变化,
以Siriured染色法结合偏光显微镜观察分析1,III型胶原纤维表达的改变。豚鼠
在每次照射蕊40rain外Hj5mg/ml或0.5mg/ml的Tempol,探讨Tempol对上述指
标变化的保护作刖。
结果:
第一部分体外细胞试验结果显示,UVAl或UVB照射可以抑制人真皮成纤维细胞的增殖,与来照射组相比,15J/cm2UVAI和40mJ/cm2UVB照射组即具有
显著性(P<O.05),随着照射剂量增加,细胞增殖率逐步下降,两者具有显著的
相关性(P<0.01)。15J/cm2UVAl照射使更多的细胞滞留于G0/G1期,增殖指数
(P1)鼹著下降。15J/cm2UVAl照射或40mJ/em2UVB照射可以显著抑制细胞内
SOD活性,提高细胞培养上清液。_}JMDA含量,上调MMP.】,MMP一3的表达,
同时抑制1,III型前胶原蛋白表达,与未照射组相比,具有显著意义(P<o.05)。
细胞在接受UVAl或UVB照射的同时,加入不同浓度的Tempol(O.03,0.5,
8mM),可以恢复细胞的增殖,使更多的细胞进入S期和G2/M期,提高P1值,
不同程度的保护SOD活性,抑制MDA堆积,抑制MMP.1,MMP.3的表达及
恢复】,11l型前胶原蛋白的表达.综合分析各项研究结果,其中O.5mMTempol
的保护作用最强,与已知的抗氧化剂VitC(0.I%)相比,有相当甚至更强的保
护作用。
第二部分整体动物试验结果显示,豚鼠在以松香蜂蜡混合液脱毛后接受亚红斑量SSR照射,每周三次,连续照射17周,光照部位真皮浅层出现了典型的
“光化性弹力纤维变性”的损害,成纤维细胞损伤甚至破碎,弹力纤维和I,珊
型胶原纤维断裂,排列紊乱,弹力纤维样物质异常增生,I,IIl型胶原纤维含量
下降,同时伴有单核炎症细胞的浸润,皮肤组织内SOD活性下降,MDA异常堆
积。照射前外用o.5m2/ml及5mg/ml的Tempol可以不同程度地减轻真皮浅层光
化性弹力纤维变性,抑制弹力纤维异常增生,成纤维细胞的损伤减轻,I,1IJ型
胶原纤维破坏减少,排列趋于整齐,含量升高,同时炎症细胞浸润明显减少,与
SSR照射组相比,皮肤组织中SOD活性显著升高.MDA含量显著下降,其中.
5mg/mlTempol的保护作用更强,并且这种保护作用与溶解药物的基质无关。
结论:
1.uv照射可以破坏真皮结构,干扰真皮内的正常代谢。uv照射可破坏成纤维细胞结构,抑制其增殖;削弱皮肤的抗氧化防御功能,增强氧化性损伤:
抑制胶原纤维的合成代谢;上调MMP一1,MMP.3的表达,加速真皮细胞外
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,:B^掌博±掌n*文英文擅姜InfluenceofUltravioletIrradiationonSkinDermisandProtectiveEffectsofTempol,oneofNitroxides,againstUltravioletIrradiation
Abstract
Background:
Photoagingisduetochronicultravioletradiation(uv)whichcontributestOaprematureageingphenotypeofskinatsun—exposedareaandcharacterizedbycoarselywrinkled,yellowishskininclinicalappearanceand‘"solarelastosis’’change
ofdermisinhistologicalappearance.Itisacomplex
pathologicalprocesswiththemajordamageseenintheconnectivetissueofthedermisandcompletelydifferent
fromintrinsicalageingasrelatedtomorphological
phenotypeandunderlyingmechanisms,SOphotoagingcanbeprevented.Consideringtheimportantroleof
reactiveoxygenspeciesinthepathogenesis
ofphotoaging,supplementwithexogenic
antioxidantstostrengthentheantioxidantsystemoftheskinis
alwaysoneofimportantstrategiestoprotectagainstphotoaging.Sincenitroxidehasbeenreportedtohaveantioxidantandsomephotoprotectiveproperties,itmaybehopefultoimportthisagenttofightagainstphotoaging.
objective:
1.TostudytheinfluenceofUVonthedermalstructureandmetabolism.including
thestructureandproliferationofdermal
fibroblasts,theoxidativedamage,the
structureandexpressionofcollagenI,collagen111,elasticfiberandthe
expressionofmatrixmetalloproteinase(MMP)一1,MMP一3.
2.Todeterminetheprotectivee仃ectsofTempol,oneof
nitroxides,againstultravioletirradiationandtoconfirmitsproperconcentration.
Methods:
Theresearchwasdividedntoin—vitrostudyandanimalstudy.
Humandermalfibroblastswereusedinthein—vitrostudy.Fibroblastswereirradiated
byasingleexposuretoUVA1(340-400nm)orUVB(280-320nm)andatthesame
timeincubatedwith,orwithout.Tempolanddetectedtwenty—fourhourslater.Cell
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兰苎查兰兰±兰竺兰兰苎查兰兰mononuclearcells.SODactivitywasinhibited,meanwhileMDAlevelintheskinincreased.Tempolatconcentrationof5mg/mlor0.5mg/mlwaseffectiveinthepreventionofphotodamagetoconnectivetissuewhenappliedtopicallybeforeeach
exposure.Tempolatconcentrationof5mg/mlhadstrongerprotectiveeffects.VehiclehadnOprotectivefunction.
Conelusions:
I.UVirradiationcoulddamagethedermalstructureanddisturbthemetabolismindermis.Itdamagedthedermalfibroblastsandinhibitedtheirproliferation.Italsocompromisedskinantioxidantcapacity,inhibitdtheexpressionofprocollagen,stimulatedtheexpressionofMMP—JandMMP-3whichwere
responsibleforthebreakdownofvariouscomponentsintheextracellularmatrix.TherewaselastoticmaterialdepositedintheUV-exposeddennis.Whenthesedegradativeprocesses
inducedbyUVirradiationoverwhelmedthe
repairingprocesses,photoagingwasformed.
2?ThedoseofUVAlneededtoachievethesamedamagingeffectsOndermal
fibroblastsinvitrowasapproximately400times
greaterthanwithUVB.
3.TempolhadphotoprotectivepropertiesagainstUVirradiationinvitroandonguineapigphotoagingmodel.Withantioxidantability,Tempolinhibited
extracellularmatrixdegradationandpreservedcollagen
productionindermisandmaybeusedasallanti—photoagingagent.
4?UsingthephysicaldepilationmethodandproperUVirradiationregimen,albino
guineapigCanbe
appliedasausefulanimalmodelforthesystematicstudyof
photoaging.
Keywords:ultravioletradiation,reactiveoxygenspecies,photoaging,dermis
fibroblast,nitroxide
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,:E.^掌*±掌。&{e‘l前7言
用|6】。正常情况下,皮肤自身存在酶及非酶的抗氧化防御机制,但在大剂量或长
期UV作用下,ROS的产,仁可以超过其被清除的速度,进而引起抗氧化酶(包
括超氧化物歧化酶(SOD),过氧化氢酶(CAT),谷胱甘肽过氧化物酶(GSH—Px))
含量下降,非酶自由基清除剂(包括VitC,VitE,符胱甘肽)耗竭_l,而损伤的
皮肤抗氧化防御体系会导致更多ROS的产生,以正反馈形式加剧皮肤组织和细
胞的损伤,最终形成光老化的各种表现。
由于认识到ROS在光老化发病中的重要作用,长期以来,人们一直探讨外用或补充摄入抗氧化剂来恢复并加强皮肤的抗氧化防御体系,从而防治uV引起
的各种损伤。传统的抗氧化剂VitE,VitC及B.胡萝b素已有了较广泛的研究悼J。
研究发现,大部分的抗氧化剂在清除氧自由基的同时,自身可形成新的自由基衍
生物,因此,许多抗氧化剂在某些情况下又会表现出促氧化的作用,究竟哪种作
用占主导,受到PH,产生的自由基衍生物的活性以及是否能获得金属离子催化
等多种因素的影响。例如,硫醇的抗氧化作用依赖于反应体系的PH,B-胡萝h
素的抗氧化作用依赖于氧浓度,而由于VitC可以清除VitE反应产生的脂类自由
基,VitE需和VitC混合使用才有较好的抗氧化效果19’”J,等等。近年来,氨氧化
物受到了我们的关注。氮氧化物是一类拥对稳定的低分子量自由基化合物,在
N.O共价键中存在~个不成对电子。长期以来,氮氧化物在电磁共振(EPR)中
作为生理探针被广泛应用,部分研究还将其作为参照物质应用于核磁共振
(MRI),由于氮氧化物在细胞内可被还原成无磁性的羟氨(EPR.silent)从而反
应局部组织的氧浓度,所以在提供解剖结构信息的同时,还能提供组织的代谢信
息。受氮氧化物在EPR检测中具有上述特性的启发,Samuni首先在1988年发
现氮氧化物具有类SOD活性…J,此后又证实氨氧化物可在细胞内迅速将Fe”氧
化成Fe”,从而阻止H202,02一通过Fenton’S反应在特定部位产生破坏作用更强
的OH’并能直接清除碳,氧,硫等为中心的多种自由基Il2,”J,是一类新的抗
氧化剂。与以上传统的抗氧化剂4i同,氮氧化物在清除不成对电子的同时,仅在
自身与相应的羟氨还原形态之间转换,从而终1E自由基的链式反应,I司时不会产
生新的自由基反应。最初的研究主要集中在应用氮氧化物减轻放疗的副反应,同
时提高放疗的耐受剂量,结果是令人振奋的114.15]近期己在美国国家癌症研究所
的主持下完成了外用Tempol防治全脑放疗引起秃发的1期临床试验【l“。此后的
研究显示氮氧化物在保护细胞免受化疗药物的氧化性损伤,减少缺血后再灌注损
伤和抵抗炎症反应中的氧化性损伤方面都显示出了有价值的应用前景。近来发
现,在体外,两种氮氧化物Tempol及Tempo(4mM)可保护人皮肤角质形成
细胞免受H202的氧化性损伤,避免细胞内抗氯化酶活件减弱117J,Tempo/
(100mM)还可抑制UVB及UVA诱导的转摹因光老化鼠模型真皮成纤维细胞
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夏且大掌饽.士掌位论文第一节LV照射对细胞增殖的最}响alempo】的保护作用
第一部分
uV照射对真皮成纤维细胞的影响及Tempol保护作用的研究lnfluenceofultravioletirradiationonhumandermalfibroblastsand
protectiveeffectsofTempolonultravioletexposeddermalfibroblasts
成纤维细胞是真皮中的主要细胞,uv照射可以引起成纤维细胞结构和功能的改变,从而影响真皮的结构和功能,导致光老化的产生。由于细胞培养技术
具有研究条件易于控制、结果便,‘观察且经济易行等优点,并且培养的正常体细
胞可保持体内原细胞一定的性状、结构和功能,因此本部分研究将采用从正常的
皮肤组织中分离获得的真皮成纤维细胞,建立有限细胞系,以它为研究对象,分
别观察长波紫外线(UVAl,340—400nm)及中波紫外线(UVB,280.320nm)照
刳对细胞增殖率,抗氧化酶,脂质过氧化程度的影响以及对成纤维细胞表达
MMP一1,MMP.3,J,JlI型前胶原蛋F1的作用,同时选用一种市售的水溶性氮氧
化物Tempol(4.羟基.Tempo,分予式:C9H18N02),研究不同浓度Tempol在体
外,对UVAI或UVB照射引起的人真皮成纤维细胞各种损伤的保护作用,并摸
索出合适的作用浓度。
第一节uV照射对成纤维细胞增殖的影响及Tempol的保护作用
材料与方法
1.试剂
Tempol(美国Aldrich公司,分子结构式见图1.1.1);DMEM培养基(美国GibcoBRL公司);胰酶(美国Ameresco公司);小牛血清(杭州四季青公司);
胰岛素(上海生物化学制药厂);青霉素(苏州第_制药厂);链霉素(上海四药
股份有限公司)
鼠抗广谱角蛋F1(pancytokeratin)抗体和抗波形蛋白单克隆抗体(美国Sigma公司武汉博士德公司分装);SABC试剂盒(武汉博士德公司):噻唑兰
(3,4,5一dimethythiazol一2一yl一2,5一diphenyl-tetrazoliumbromide.MTT.美国Fluka公
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第一,UVm#目自m《’n∞*自&[empol∞*p”月
于37。C培养箱内3h以利r组织块的贴附。然后小一O,hH入含10%NBS的DMEM
培养液,并将培养瓶小心翻转,置于培养箱内。2天后换液,以后每2-3天换液
一次。观察细胞的牛长情况,当细胞牛长融合率达90%时,进行细胞的传代。
3.2成纤维细胞的传代
当细胞生长至融合率达90%以上时,去除培养基,用滴管轻轻将贴壁的组织块挑除,细胞用D.PBS漂洗3次,用0.25%的胰酶消化,当细胞皱缩变圆时,
倾去胰酶,加入含10%NBS的DMEM轻轻吹打,收集细胞并离心,计数细胞,
用DMEM将细胞浓度调整为1×100接种于75cm2培养瓶中。待生长至融合率达
90%以上时,进行下一次传代。取3-8代细胞进行实验。
3.3成纤维细胞免疫组化鉴定
皮肤成纤维细胞以1×105个细胞/平皿密度接种于35mm培养皿中,待生长达80%融合时,吸弃,卜清液,PBS洗涤细胞三次,95%乙醇固定细胞20min,PBS
洗涤两次(5min/次),正常血清(1:50)封闭30min。培养皿中分别加入用PBS
稀释的抗广谱角蛋白单克隆抗体(1:200)或抗波形蛋白单克隆抗体(1:200),4℃
F作用过夜。次IAPBS洗涤两次(5min/次).然后加入生物素化山羊抗鼠
lgG(】:loo),窜温下30min,PBS洗涤两次(5min/次),室温加入SABC(1:100)
30min,DAB显色,以ddH20洗涤终JP反应,并用苏木素对细胞核进行染色,
光镜下观察细胞质,有相应抗原的应为黄色。
3.4UV光源
UVAl光源:UVA】紫外线辐射仪由四根并排的TLK40w/IOR灯管(Philips公司)组成,波长范围340.400nm,波谱曲线如图1.1.2所示。细胞照射时摘掉
原培养皿盖,并覆盖上经过消毒的无菌的石英玻璃以防污染,照射时距离灯管
15cm,由PMA2110探测头连接PMA2100辐照计测定此处透过石英玻片的辐照
强度为10mW/cm。。
UVB光源:UVB紫外线辐射仪由八根交叉排列的‘PL.S’9w/12H型灯管(Philips公司)组成,光源能量主要集中存280.320nm,波谱曲线如图1.1.3所
示。细胞照射时摘掉原培养皿盖,并覆盖上经过消毒的无菌的石英玻璃以防污染,
照射时距离灯管15cm,由PMA2106探测头连接PMA2100辐照计测定此处透过
石英玻片的辐照强度为1.1mW/cm。。
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,.1^#镕±#&镕i¥一々UV月*对自_№mH的t;响aTempo】白々女p”月
4.统计分析
实验结果以均数±标准著表示,所有数据处理应用统计软件SPSS】I.0进行单因素方差分析(ANOVA),多重比较采用LSD法,显著性榆验水平为O.05。
结果
1.皮肤成纤维细胞鉴定
原代培养的皮肤成纤维细胞自第二周起从皮片边缘或从角质形成细胞的边缘爬出,相差显微镜卜观察细胞呈梭形,贴壁生长(图1.1.4)。传代后的细胞,在
10代以内,生长良好,无明显形态学改变(图1.1.5)。随着传代数口增多,细胞
逐渐变大,轮廓增强,胞质中出现空泡和颗粒状物并逐步增多,同时出现核分裂
现象,凶此我们选择3-8代的细胞进行试验。应用抗成纤维细胞表面抗波形蛋白
抗体免疫组化染色鉴定,成纤维细胞胞浆染色呈棕褐色(图1.1.6),而抗角蛋白
单克隆抗体染色为阴性(图1.1.7),证明所培养的细胞是成纤维细胞,而非上皮
细胞。
2.uv照射对成纤维细胞增殖的影响及Tempol的保护作用
2.1UVAI照射对成纤维细胞增殖率的影响及Tempol的保护作用
MTT法测定结果显示,随着UVAI照射剂量的升高(5,10,15,20J/cm2),24h后细胞的增殖率逐步下降,15J/cm2UVAl照射使细胞增殖率降至非照射组的
(89.9±2.3)%,与非照射组相比有显著意义(尸<O.05),照射剂量增至20J/cm2时,
细胞增殖率进+步下降至非照射组的(74.3+9.3)%(尸<O.01)(图1.1.8)。UVAI
照射剂量的增高与增殖抑制程度之间具有明显的相关性(Pearson相关系数:
O.834,P<0.01)。当细胞接受20J/cm2UVAI照射同时加入不同浓度的Tempol(O.03,
0.125,0.5,2,8mM),24h后的测定结果显示Tempol可以减少UVA】对细胞增
殖的抑制作用,且保护作用随药物浓度升高而增强,8mMTempol可使细胞增殖
率恢复至(90.5+6.21%,与不加Tempol的照射组相比,有显著意义(P<O.01)(图
】1.9)。
2.2UVB照射对成纤维细胞增殖率的影响及Tempol的保护作用
MTT法测定结果显示,随着UVB照射剂量的升高(20,40,60,80mJ/cm2),24h后细胞的增殖率逐步下降,40mJ/cm2UVB照射使细胞增殖率降至非照射组
的(80.5+1.o)%,与非照射组相比有显著意义(Jp<O.01),照射剂量增军80mJ/cm2
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,:旦^掌博士掌位论文)宵一’节IV照射对细胞增埴的影响ATempo]的保护r}用
Tempol(0.5,2,8mM),结果显示Tempol可以抑制UVAI的上述作用,使更多的细胞进入S期和G2/M期,恢复PI值,且这种保护作用随药物浓度升高而增强,8raMTempol可使细胞P】值恢复至(55.79-11.87)%,与不加Tempol的照射组相比,有显著意义(尸.<0.01)(表1.1.1)。
5J/cm2UyAl躁魁塑纲!哩凰塑舱垦獭爨五凰鎏廪Temp91堕堡螋塑……一…~、
墨搜她亘坌警(墅)(銎s)
GO/G1S
末照射组
44.25+0.7650.77+3.9015J/cm2UVAl照射组55.89+5.67“42.75+4.79。UVAl+m5mMTempol4789+5.02*51.68+539¨UVAI+2mMTempol4533+2.668+51.82+1.88+}UVAl+8mMTempol4421+1.87++5206+044+}
UVAl+01%VitC
48.35+0.64*49.47+0.46*
G2/M4.98+3_33136+088“042+0372.86+2.283.73+1842.】8+J.04
注:与未照射组相比:#P<0.05,##P<O0l;£jUVAl照射组相比:+P<0.05
讨论
PJ(%)
5575+0.76
4411+567““
52.10+5.02+
54.67+267++
5579+l87*+,,鄹竺熹!?!!:++.P<0.0l,n=3。
日光中的紫外线主要分为三个波段,其中UVC(200.280nm)被大气层阻隔而无法到达地球表面,因此到达地球表面对人体皮肤产生作用的主要是UVB
(280.320nm,占到达地表uv总量的5%)和UVA(320.400nm,占到达地表
UV总量的95%),而UVA又可进一步分为UVA2(320.340nm)和
UVAl(340-400nm),认为UVA2的生物学作用与UVB类似。由于UVA和UVB
具有不同的物理学特性,因此在不同地点,不同季节,时间和天气状况下,日光
中UVA和UVB的含量都是不同的,而对于隔着普通玻璃的室内,虽然UVB无
法到达,但UVA还是存在的。以往,由于在产生生物学效应方面,UVB致红斑
的作用要比UVA强1000倍,因此人们一直较关注UVB的各种损伤作用,近来
开始逐步认识到UVA,尤其是UVAl对皮肤的损伤作用,I如于UVAJ可以到达
真皮更深的部位,因此在光老化的发生中具有非常重要的作用。考虑到UVAl
和UVB不同的作用特点及在光老化发病中的重要作用,奉研究选择了可提供
UVB和UVAI的两种光源,分别研究这两种uV对真皮成纤维细胞增殖圾各种
功能的影响,以期较系统全面的了解日光中的UVB和UVAl引起光老化的机制,
为进一步的合理防护提供试验依据。虽然‘PL—S’9w/12灯管的波谱曲线覆盖了
280—400nm的范闱,但其能量主要集巾在280—320nm(图1.1.3),而且在试验过
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第一节UV脚u时对细胞增殖的熏;响及Tempo]的保护作用
毒理学研究认为.任何化学物到达一定浓度时均可日l起器官、组织或细胞的损伤,因此,在进行Tempol抗UV损伤的各项研究之前,确定Tempol安全的,
对细胞无损伤的作用浓度是十分必要的,故本节研究也为后续的试验奠定了基
础。在预实验中,己存较大的范围内筛选Tempol合适的作用浓度,通过反复的
MTT试验测定结合相差显微镜下对细胞形态的观察,结果显示Tempol在
0.03.8mM的浓度范围,对体外培养的人真皮成纤维细胞无毒性作用,同时能够
减弱20J/cm2UVAl或40mJ/cm2UVB照射对真皮成纤维细胞增雅的抑制作用,因
此在以后的实验中,我们选择了该浓度范围中的乏个浓度(O.03,0.5,8mM)
进行研究。
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