蓝光对皮肤的损伤及其防护剂的研究进展
▍《照明工程学报》版权所有©
蓝光对皮肤的损伤及其防护剂的研究进展
夏艾婷，田燕
中国人民解放军空军总医院皮肤科
摘 要：蓝光能通过多种方式对皮肤造成损伤。LED照明灯具的广泛使用，使人体皮肤暴露在蓝光照射的时间增加，蓝光对皮肤的损伤以及蓝光的防护逐渐引起人们的重视。本文介绍了蓝光对皮肤的几种损伤和损伤机制，给出了蓝光损伤的防护措施。
关键词：蓝光；皮肤损伤；LED照明
引言
长时间暴露在阳光照射下会对皮肤造成光损伤，既往人们主要关注阳光中的紫外线对人体皮肤的损害，但是，可见光的作用，特别是光谱的蓝光区域在很大程度上被忽略了。蓝光是可见光谱中波长最短，能量最高的波段，其穿透能力较紫外线更强，对人的皮肤也能产生类似紫外线的损伤。除了阳光中的蓝光外，人造光源如LED灯,也能产生蓝光对皮肤造成一定的损伤。随着LED照明设备的广泛使用，暴露在蓝光辐照时间增多，蓝光的防护也渐渐引起人们的关注。本文综述高能量的短波可见光——蓝光对皮肤造成的损伤。
1蓝光对皮肤的损伤
皮肤光损伤与光辐射的波长、强度、时间、年龄、部位等情况有关。在可见光中以波长400—480nm的蓝光对皮肤的损伤较明显。近年来LED照明设备在生活中使用的非常广泛，而LED白光通常采用混合方式获得，其中蓝光LED芯片激发黄色YAG荧光粉组合成白光较常见，极大的增加了人们日常生活中暴露在蓝光照射的时间[1]。Christian Opländer等[2]分别以不同波长（410，420，453，480 nm）的蓝光照射人真皮成纤维细胞进行研究发现，蓝光（410，420 nm）的照射使细胞产生氧化应激和细胞毒性；蓝光（410，420，453 nm）的照射能降低成纤维细胞的抗氧化能力，抑制成纤维细胞增生，减少细胞外基质，导致光老化。此外，有研究表明蓝光可以诱导AS52（中国仓鼠细胞）DNA损伤[3]。蓝光可以抑制猪肾胚胎细胞，黑色素瘤细胞和牙龈成纤维细胞的有丝分裂和细胞增殖[4-6]。蓝光能穿透皮肤组织，并且具有光毒性，能影响上皮细胞的生长、代谢、DNA损伤甚至可以导致细胞功能障碍及诱导细胞凋亡。蓝光照射与皮肤光老化、年龄相关的疾病和肿瘤发生有一定关系。
2蓝光损伤皮肤的机制
光辐射主要通过光物理效应、光热效应以及光化学效应三个途径对皮肤产生影响，但蓝光损伤皮肤的具体机制尚未完全清楚，但目前的研究显示线粒体、脂褐素、黑色素及溶酶体、氧自由基等在其中发挥了重要的作用[7]。
2.1线粒体介导的蓝光损伤
目前研究发现细胞接受蓝光照射后，在线粒体中产生活性氧包括单线态氧、超氧阴离子、羟基自由基，这些高活性的氧自由基能与线粒体及DNA碱基发生氧化反应，损伤线粒体和DNA。氧自由基还能与细胞膜，线粒体膜，溶酶体等含脂质成分的细胞结构发生氧化反应，生成过氧化脂质，造成细胞膜功能障碍影响细胞生长发育，破坏细胞结构，引起细胞损伤导致细胞凋亡。
Godley BF等[8]研究发现蓝光照射能诱导视网膜色素上皮细胞（RPE细胞）产生氧自由基并损伤线粒体DNA，高活性氧（超氧阴离子、单线态氧、羟基自由基）损伤细胞线粒体氧化呼吸链引起细胞活力下降及功能障碍，细胞功能障碍与蓝光照射呈时间相关，时间越长细胞损伤越明显。蓝光导致的RPE细胞损伤与细胞内线粒体、溶酶体等结构密切相关，因为线粒体主要负责有氧呼吸为机体供能，蓝光刺激人RPE细胞产生的ROS主要来自于线粒体电子呼吸传递链[9]。线粒体中的黄素氧化酶和细胞色素系统均具有吸收蓝光的特性，黄素氧化酶可吸收450至520nm的蓝光；细胞色素氧化酶约在420和440 nm有吸收峰[10-11]。在有氧情况下，接受蓝光照射后产生氧自由基，氧自由基降低ATP酶的活性，使ATP生成减少，引起细胞水钠代谢障碍，造成细胞水肿，细胞膜与线粒体膜功能障碍，细胞氧化呼吸障碍，细胞色素C大量释放，诱使溶酶体启动细胞凋亡程序[7]。Hockberger P E等[12]研究也支持这一观点，该研究使用三种类型的细胞（小鼠成纤维细胞（NIH 3T3细胞）、非洲绿猴肾上皮细胞（CV1细胞），和人包皮角质形成细胞）研究紫蓝光照射细胞后产生ROS的机制，研究表明，紫蓝光诱能导过氧化物酶和线粒体产生H2O2，其产生的机制可能与黄素氧化酶的活化有关。
Nakashima Y等[13]使用表达roGFP(氧化还原反应敏感的绿色荧光蛋白)的小鼠研究蓝光对皮肤的影响发现，蓝光能诱导活体皮肤产生氧化应激，且主要发生在线粒体线中，而绿光、红光或者远红外线都没引起这种反应；蓝光照射人体皮肤时，可以使皮肤中的黄素自体荧光减少，推测黄素可能是蓝光的光敏剂；蓝光照射角质形成细胞也会使细胞产生氧化应激；细胞接受蓝光照射主要产生超氧阴离子，而接受UVA照射主要产生单线态氧，两者都是通过ROS途径介导的皮肤损伤，这表明蓝光导致皮肤光损伤的机制与UVA类似，但是蓝光产生氧化应激的效能较UVA弱。
2.2 脂褐素与溶酶体介导的蓝光损伤
蓝光除了诱导线粒体产生氧自由基促使细胞产生氧化损伤外，与脂褐素也有密切的关系。脂褐素是细胞衰老的标志，在有丝分裂后的细胞中累积，是溶酶体内由铁催化氧化形成的具有自发荧光特性的棕黄色物质[14]。人RPE细胞内代谢物脂褐素中的最主要的荧光基团为N视黄基N视黄乙醇胺(A2E)，A2E受蓝光激发后可进一步诱导ROS的产生。且A2E氧化物可特异性作用于细胞色素c氧化酶，启动凋亡[15]。含脂褐素的RPE细胞暴露在蓝光照射中，细胞活力下降，ROS产生增加[16-17]。脂褐素颗粒可以被蓝光激发产生自由基，使细胞线粒体等结构损伤后，氧化损伤的亚细胞器和蛋白质（线粒体和其他细胞结构部分）通过自吞噬作用进入溶酶体[18]。经溶酶体自噬的亚细胞器及蛋白质氨基酸残基等生物大分子物质被具有氧化还原活性的铁催化进一步氧化形成脂褐素并大量累积在溶酶体中，最终使溶酶体的自吞噬作用失效。而线粒体损伤后，会导致溶酶体内更多的脂褐素的形成并积累，促使溶酶体功能障碍，这表明在蓝光照射后线粒体和溶酶体会相互促进放大细胞损伤甚至启动凋亡[19]。蓝光照射可诱导含脂褐素的溶酶体产生氧自由基，引起溶酶体和线粒体氧化损伤，溶酶体破坏启动细胞凋亡[13]。脂褐素使细胞对蓝光敏感性增加，在RPE细胞培养基中添加脂褐素培养后，蓝光照射后显示细胞线粒体DNA与细胞核DNA均出现损伤，未添加脂褐素的细胞在蓝光照射后仅显示线粒体DNA损伤[8]。除此之外，近年来广泛使用的光动力技术，使用可见光联合光敏剂进行治疗各种皮肤疾病有效可以推测，只要有合适的光敏剂，可见光也可以诱导产生氧自由基对组织细胞产生相应的氧化损伤。
总之，这些研究结果表明，虽然蓝光光子的能量没有紫外线强，但是蓝光可穿透至皮肤真皮层，通过诱导细胞产生ROS导致真皮层成纤维细胞损伤，使细胞外基质减少，导致皮肤过早老化。
3蓝光损伤的防护措施
1）物理防护：使用物理的防蓝光膜、仪器的滤光装置能有效滤过蓝光，物理防晒保护皮肤免受蓝光损伤。
2）抗氧化剂：多种抗氧化剂均被证实能够有效预防细胞损伤。目前临床上采用强效抗氧化剂对抗氧化损伤。维生素C，蓝光照射对 RPE细胞的线粒体DNA造成损伤，但有研究显示同时给予维生素C能对细胞氧化损伤起到一定的保护作用[20]。维生素E，蓝光能诱导培养人RPE细胞衰老，加入抗氧化剂VitE后能抑制细胞衰老的发生，保护细胞免受蓝光损伤[21-23]。白藜芦醇具有对人RPE细胞内活性氧自由基的强效抗氧化作用[24]。抗氧化物在一定程度上可减轻细胞的氧化损伤。
3）生物酶作用抗自由基损伤：超氧化物歧化酶SOD可以抑制超氧阴离子的产生，过氧化氢酶可以抑制羟基自由基的产生，叠氮化钠过氧化氢酶可以抑制单线态氧的产生，多种活性酶可以有效的保护皮肤免受氧自由基的损伤，起到保护皮肤，抗衰老的作用[8]。
4）天然的蓝光保护剂：类胡萝卜素如叶黄素有两个吸收峰分别位于446 nm以及476nm、玉米黄质的吸收峰约为460 nm，均可吸收蓝光，具有抗蓝光损伤作用，可通过吸收蓝光和抗氧化作用保护皮肤免受蓝光损伤[25]。
4总结
LED光源在手机、电脑等电子设备以及LED照明设备中广泛应用，大大增加了人们皮肤暴露在蓝光照射的时间，并且在生活中难以避免。研究显示蓝光对视网膜有损伤作用，是引起视网膜黄斑变性的病因。但蓝光对皮肤损伤的研究较少，针对皮肤蓝光损伤的防护剂也较少，目前皮肤防晒产品多针对紫外线，人们在关注阳光中UVA及UVB防护的同时，更要加强对可见光尤其是蓝光对皮肤光老化及光损伤的认识。需要进行更多蓝光对皮肤的作用及蓝光防护剂的研究来指导蓝光在皮肤科的应用以及防护。
参考文献：（略）
作者简介：田燕，空军总医院皮肤科副主任医师、教授，《照明工程学报》编委，主要从事皮肤光生物学研究，包括紫外辐射对皮肤的损伤和防护，光治疗皮肤病和皮肤美容。2012年获中照照明奖教育和学术贡献三等奖。承担或完成了国家自然科学基金、全军“十二五”课题、中华国际医学交流基金等多项课题，目前正在承担的国家自然科学基金课题主要研究皮肤光老化的发生机制和防护手段，曾获国家广电总局科技创新二等奖一项。在国内外专业期刊上发表科研论文30余篇。参与编写了《皮肤科学与化妆品功效平评价》《美容皮肤科学》《紫外辐射的科学基础与应用》等多部专著。
引文格式：夏艾婷，田燕. 蓝光对皮肤的损伤及其防护剂的研究进展[J].照明工程学报,2017,28（6）:20-23.
▌全文刊载于《照明工程学报》2017年第28卷第6期
☞延伸阅读