Parahydroxybenzoic acid

摘要 皮肤作为人体最大的外在器官，暴露于阳光、污染等多种环境因素，以及化妆品中某些合成成分的影响之下。在这些因素作用下，随着年龄增长，关键结构蛋白——I型胶原的含量逐渐减少，导致皮肤外观和状态恶化。在化妆品和制药工业中，长期以来人们尝试通过含天然化合物的产品来延缓皮肤衰老，主要利用其高抗氧化活性。本综述汇总了对人皮肤成纤维细胞I型胶原具有刺激和保护作用的天然化合物（以多酚类为主），并阐述其作用机制。其中部分化合物已在小鼠、大鼠及临床试验中进行了测试，多数结果令人鼓舞。然而，仍需加强临床研究以确定其适宜剂量、安全性和有效性。 关键词：I型胶原；皮肤；成纤维细胞；衰老；多酚类 引言 I型胶原由两条α1链和一条α2链组成，是结缔组织细胞外基质（ECM）中最丰富的成分。它占人体全部28型胶原的90%以上，是皮肤（占真皮ECM的80%~85%）、骨骼、肌腱、韧带和角膜的主要结构蛋白。作为关键的纤维成分，I型胶原负责维持结缔组织的结构完整性、稳定性和抗拉强度，对皮肤健康、机械强度、弹性和光滑外观至关重要。除结构作用外，I型胶原还参与细胞黏附、细胞增殖与迁移的调控、细胞-基质相互作用及血管生成。 随着年龄增长，I型胶原含量下降，许多内源性和外源性因素会加速这一过程，其中最重要的是光老化。紫外线（UV）辐射产生活性氧（ROS），引发皮肤炎症，并激活调控皮肤ECM降解的转录因子。基质金属蛋白酶（MMPs）进一步降解I型胶原。在衰老皮肤中，除了胶原合成减少、降解增加外，胶原纤维还发生结构改变，变得碎裂、分布粗疏。异常的胶原稳态不仅出现在自然衰老皮肤和UV暴露皮肤中，也见于长期暴露于环境污染物、重金属（如烟草烟雾）或日常化妆品某些成分（如对羟基苯甲酸酯类和紫外线吸收剂）的皮肤。 皮肤ECM基本结构成分稳态的破坏会加速皮肤临床改变的出现：皮肤厚度减少、皱纹、老年斑，以及皮肤色调、完整性和弹性的丧失。近年来，人们对含海洋鱼类胶原的抗衰老补充剂兴趣日益增长，但由于其分子量高，无法穿透皮肤。保护皮肤、延缓衰老的关键策略是使用能刺激这种关键蛋白生物合成的天然化合物。局部应用天然化合物可刺激胶原生物合成、通过抑制MMP活性阻止其降解，从而对皮肤产生有益影响。由于氧化应激是影响胶原、导致皮肤衰老的关键因素，大多数治疗策略聚焦于具有强抗氧化特性的低分子量酚类化合物。本综述总结了对I型胶原具有刺激和保护作用的多酚类及其他天然化合物，并阐述其作用机制。 胶原生物合成与调控 胶原生物合成是一个复杂过程，涉及胶原基因的转录、新生前胶原链向内质网（rER）的翻译和转运、翻译后修饰、三股螺旋形成、通过高尔基体网络的运输、分泌、细胞外加工，最终形成原纤维。COL1A1和COL1A2基因转录后，mRNA在rER上翻译为前胶原α1和α2链。在形成三股螺旋之前，多肽链需经历多种酶和分子伴侣参与的重要修饰。首先，N端信号肽被信号肽酶切除，三条前胶原链组装成三聚体单体，由C前肽区内链二硫键稳定。未参与三股螺旋的前胶原链在脯氨酰4-羟化酶、脯氨酰3-羟化酶和赖氨酰羟化酶催化下，发生特定脯氨酸和赖氨酸残基的酶促羟基化。羟脯氨酸残基通过形成分子内氢键贡献于三股螺旋结构域的热稳定性；羟赖氨酸残基参与纤维形成过程中的分子间共价交联，部分还发生糖基化。 右手超螺旋由三条左手多肽链绕自身轴缠绕形成，是胶原结构的特征。三股螺旋以“拉链式”进行，脯氨酰-脯氨酰顺反异构酶（FKBP10、CypB、FKBP14）催化顺反异构化。热休克蛋白47（Hsp47/SERPINH1）作为I型胶原特异性分子伴侣，在前胶原正确折叠中发挥关键作用，保护螺旋结构并防止从前胶原从ER向高尔基体输出过程中的原纤维形成和聚集。分泌后，N前肽和C前肽被金属蛋白酶（ADAMTS和BMP1）切除，形成胶原原纤维，由赖氨酰氧化酶催化的赖氨酸和羟赖氨酸残基间的分子内和分子间交联稳定。 胶原生物合成在不同细胞内和细胞外阶段受到复杂调控。调控人皮肤成纤维细胞胶原稳态的最重要因子之一是转化生长因子β（TGF-β），它通过Smad依赖和非依赖通路影响胶原生物合成与降解。TGF-β信号由TβRI和TβRII受体介导。结合后，TβRII招募并磷酸化TβRI，后者进而磷酸化激活Smad2和Smad3。激活的Smad2/3与Smad4形成异源复合物并转位至细胞核，与靶基因启动子区域的Smad结合元件相互作用。I型胶原基因上调，而MMP基因下调。Smad7通过反馈机制抑制胶原生物合成。TGF-β还可通过非Smad通路（包括MAPK和PI3K/Akt信号）调控胶原合成。胰岛素样生长因子1（IGF-1）是诱导真皮成纤维细胞胶原生物合成的另一个主要生长因子，通过IGF-1受体（IGF-1R）及下游PI3K和MAPK级联介导。 对皮肤I型胶原具有刺激和保护作用的天然化合物 多酚类是植物的次生代谢产物，参与防御紫外线辐射和病原体侵袭，因高生物活性而备受关注。它们主要存在于草药、水果、蔬菜、谷物、蜂胶以及果汁、茶、咖啡和葡萄酒等饮品中。大量体外和体内研究表明，它们在治疗循环系统疾病、糖尿病、神经退行性疾病、炎症性疾病、自身免疫病、肥胖和癌症等方面具有强效。长期以来，天然产物尤其是植物产物被用于改善皮肤衰老的不良征象，因此成为许多药物和化妆品的常见成分。它们表现出多方面活性，如抗氧化、抗炎、抗菌、抗病毒、抗皱、保湿、美白、吸收紫外线和抗癌等。 对皮肤I型胶原具有刺激和保护作用的天然化合物主要属于多酚类，可分为以下主要类别：黄酮类（黄酮、黄酮醇、异黄酮、花青素、多甲氧基黄酮、黄烷醇、黄烷酮）、酚酸类、木脂素类、二苯乙烯类、鞣质类、蒽醌类和香豆素类。最大的一类是黄酮类，其结构含有典型的C6–C3–C6黄酮骨架。酚羟基的数量和位置对自由基捕获起关键作用；C2-C3位双键对抗氧化能力也很重要。此外还有一些非酚类化合物对皮肤胶原具有刺激作用，如人参皂苷、茴蒿素、反式肉桂酸、β-拉帕醌、茴香脑等。 图1. 对皮肤I型胶原具有刺激和保护作用的天然化合物分类 表1.  对皮肤I型胶原具有刺激和保护作用的代表性天然化合物 天然化合物对皮肤I型胶原的作用机制 图2. (a) I型胶原生物合成调控机制。(b) 天然化合物对I型胶原的作用机制。绿色箭头表示上调，红色表示下调。↑ 刺激；↓ 抑制。 TGF-β/Smad通路 TGF-β/Smad是调控人皮肤成纤维细胞胶原生物合成的关键通路。该通路上调其他重要ECM成分（核心蛋白多糖、纤连蛋白、多功能蛋白聚糖），同时下调胶原降解酶（MMPs）。许多天然化合物——包括芹菜素、木犀草素、高良姜素、杨梅素3-O-β-半乳糖吡喃糖苷、大豆苷元、黄豆黄苷、染料木素、矢车菊素-3-葡萄糖苷、绿原酸、没食子酸、倒捻子素、果脂素、Santonin和β-拉帕醌——通过激活TGF-β1、增加Smad2/3磷酸化、增加Smad4表达和降低Smad7表达，刺激I型胶原基因表达。芹菜素还通过增加Smad2/3磷酸化刺激III型胶原生物合成；在衰老小鼠真皮给药1个月后，真皮厚度和胶原密度显著增加。高良姜素抑制hsa-miR-4535（靶向Smad4）并激活Smad2/3/4复合物；该效应在C57BL/6裸鼠体内经局部应用后得到证实。 MAPK信号通路 MAPK（ERK、JNK、p38）在细胞信号传导中发挥关键作用。ERK调控胶原生物合成，而p38参与ECM（包括胶原）的降解。磷酸化后，MAPKs进入细胞核并激活转录因子（AP-1、c-myc、COX-2、NF-κB），导致MMP活性增加、胶原降解和皮肤衰老加速。 在ERK1/2通路上，大多数所列化合物抑制ERK1/2磷酸化，而部分化合物（高良姜素、杨梅素3-O-β-半乳糖吡喃糖苷、丁香脂素、七叶亭、大黄素、Santonin）激活ERK1/2激酶——两种效应均与I型胶原的正向作用相关。p38/JNK/AP-1通路是MMP表达的主要调控因子；木犀草素、杨梅素3-O-β-半乳糖吡喃糖苷、圣草酚、没食子酸、咖啡酸和芥子酸、果脂素、丁香脂素、绣球酚和反式肉桂酸等化合物抑制p38和JNK磷酸化，从而降低c-Fos和c-Jun表达及MMP-1表达。MAPK/NF-κB通路：NF-κB的激活与衰老相关分泌表型（SASP）有关。多种多酚（高良姜素、圣草酚、杨梅素3-O-β-半乳糖吡喃糖苷、丁香脂素、咖啡酸和芥子酸、芹菜素）抑制NF-κB激活及促炎介质（IL-6、IL-1β、IL-8、TNF-α、COX-2）的产生。 PI3K/Akt/mTOR与IGF-1/IGF-1R通路 在高良姜素、黄豆黄苷和七叶亭作用下，磷酸化Akt水平显著升高，表明除MAPK通路外，PI3K/Akt通路也参与了胶原调控。黄豆黄苷刺激I型胶原生物合成中该通路介导的证据是：在Akt/PI3K/mTOR抑制剂存在时，该效应消失。IGF-1是诱导真皮成纤维细胞胶原生物合成的主要生长因子，通过IGF-1R及下游PI3K和MAPK级联介导。在芹菜素7-O-葡萄糖醛酸苷、高良姜素和四羟基二苯乙烯葡萄糖苷作用下，已证实IGF-1和/或其受体表达增加。AG1024抑制IGF-1R导致I型和III型胶原表达降低，证实了该受体参与高良姜素诱导的胶原生物合成。 Nrf2/ARE通路 核因子E2相关因子2（Nrf2）是保护细胞免受氧化应激和氧化损伤的抗氧化蛋白表达的主要调控因子。在氧化应激下，Nrf2从Keap-1释放，转位至细胞核，与抗氧化反应元件（ARE）结合，诱导抗氧化/解毒酶（HO-1、γ-GCLC、NQO-1、GCLM、GCLC）表达。UVA诱导的Nrf2缺陷导致皮肤成纤维细胞中MMP表达增加。多种多酚刺激Nrf2激活：高良姜素增加Nrf2磷酸化和HO-1；Santonin逆转UVA对Nrf2介导的抗氧化反应的抑制；反式肉桂酸增加Nrf2核转位和Nrf2依赖性抗氧化基因上调；绣球酚在UVB诱导光老化小鼠中主要促进Nrf2和HO-1表达。 其他机制 金属蛋白酶组织抑制剂（TIMPs）是MMPs的细胞内抑制剂。MMP水平过高而TIMP不足的失衡会促进ECM降解。在杨梅素、雌马酚、大豆苷元、圣草酚、迷迭香酸和阿魏酸处理中，已观察到TIMP-1和/或TIMP-2水平升高。脯肽酶是一种胞质亚氨基二肽酶，在从胶原降解产物中回收脯氨酸用于胶原再合成中发挥重要作用；其活性受β1整合素受体刺激而增加。芹菜素7-O-葡萄糖醛酸苷、芹菜素7-O-甲基葡萄糖醛酸苷和pectolinarin在成骨不全患者成纤维细胞中增加脯肽酶活性并使胶原水平正常化。修饰胶原的重要酶（脯氨酰4-羟化酶、半乳糖基转移酶）和分子伴侣（HSP47、PDI）也是天然化合物的作用靶点；迷迭香酸可抵消化妆品防腐剂和紫外线吸收剂诱导的这些酶的变化。 天然化合物对外源性不利因素影响I型胶原的保护作用 图3. 天然化合物对抗外源性因素（UV、H₂O₂、TNF-α、颗粒物/细粉尘、化妆品成分）对人皮肤成纤维细胞I型胶原负面影响的机制 紫外线辐射 UVA可穿透真皮到达合成胶原的成纤维细胞；UVB可穿透表皮和真皮上层，引起氧化应激和红斑。UV暴露导致纤维组织硬化、变性和皮肤衰老加速。光老化表现为表皮厚度增加、色素不均和ECM损伤，由ROS和促炎细胞因子过量产生、DNA损伤和细胞凋亡引起。促进胶原生物合成的信号通路（TGF-β/Smad、MAPK/ERK）受到干扰，而促进胶原降解的NF-κB和AP-1通路被激活。对抗这些效应的天然化合物包括木犀草素、黄芩苷、高良姜素、杨梅素3-O-β-半乳糖吡喃糖苷、3,5,6,7,8,3′,4′-七甲氧基黄酮、圣草酚、绿原酸、新绿原酸、没食子酸、咖啡酸和芥子酸、倒捻子素、果脂素、丁香脂素、绣球酚、七叶亭、大黄素、Santonin、反式肉桂酸、EGCG和白藜芦醇。 图4. 天然化合物在实验小鼠/大鼠模型中对抗UVA/UVB辐射对I型胶原和皮肤负面影响的体内结果 在动物模型中，局部应用高良姜素（12–24 mg/kg）可减轻UVA/UVB诱导的皮肤损伤，减少表皮增生和皱纹形成；木犀草素（60–120 mg/kg/天）增加I型胶原含量并减少大鼠皮肤损伤；白藜芦醇富集稻米在重建人皮肤组织中增加胶原纤维密度。 空气污染 颗粒物（PM）——分为PM10、PM2.5和超细颗粒——通过毛囊穿透皮肤，通过诱导炎症反应和氧化应激造成皮肤损伤。PM是多环芳烃和金属的载体，这些物质可额外产生ROS并损伤线粒体。PM诱导皮肤成纤维细胞中MMP-1和MMP-3表达，从而增加维持皮肤完整性的ECM蛋白（如I型胶原）的降解。PM处理HDFs显示I型胶原生物合成受到抑制，MMP表达通过MAPK、NF-κB和AP-1通路激活而诱导。绿茶EGCG（12.5–50 μM）显著改善胶原生物合成并降低MMP表达；藻源多酚通过相同机制对I型胶原显示出有益作用。 化妆品中的化学成分 对羟基苯甲酸酯类（尼泊金甲酯MP、尼泊金丙酯PP）是最常用的合成防腐剂之一。尽管低浓度下被认为是安全的，但许多科学报告提供了过度使用有害的证据。在与人体暴露相对应的浓度下，它们可导致细胞增殖减少、凋亡增加、总胶原生物合成减少、I/III/VI型胶原基因表达降低、MMP-2活性增加和TIMP-1/2活性降低。迷迭香酸（50–150 μM）保护皮肤成纤维细胞免受这些不利影响。二苯甲酮-3（BP-3）是广泛使用的化学防晒剂，同样可降低HDF活力、减少I型胶原和PDI基因表达、增加GLT25D1基因表达，并增加ECM降解酶（MMP-1/2、弹性蛋白酶、透明质酸酶）的活性。100 μM迷迭香酸可显著减少或逆转这些负面影响。 刺激I型胶原的天然化合物临床研究实例 在一项临床研究中，含2%芦丁的乳膏（40名30–50岁女性，每日两次，持续4周）增加了真皮厚度，改善了皮肤弹性，并显示出抗皱效果，无不良事件。含14%阿魏酸的化学剥脱（25名45–60岁光老化女性，间隔1周共8次剥脱）在首次治疗后8–12周显示皮肤水合、黑色素水平和红斑严重程度有统计学显著改善。白藜芦醇乳膏（20名志愿者，每日两次，持续6周）改善了皮肤水脂屏障功能和水合作用，无过敏反应。在55名女性（40–60岁）每晚面部和颈部应用白藜芦醇联合黄芩苷和维生素E 12周的研究中，皮肤弹性和厚度得到改善；细纹和皱纹减少，皮肤紧致度增加，粗糙度和色素沉着减少。0.5%雌马酚外消旋体乳剂（64名40–60岁女性，每日两次，持续8周）减少了皮肤粗糙度，改善了质地和光滑度。 然而，存在重要局限性：剂量、剂型、递送系统、研究持续时间和评估方法缺乏标准化；受试者样本量小；研究持续时间短；种族多样性有限。天然化合物通常被认为是安全的，但也有不良反应报告（皮肤油腻增加、粉刺）。主要挑战是生物利用度低和向靶部位（真皮）的穿透有限；创新的包封方法可提高其在皮肤护理和抗衰老应用中的功效、有效性和安全性。 结论 随着平均预期寿命的提高，通过预防衰老征象来保持健康皮肤外观已成为非常重要的社会需求，这得到了快速发展的制药和化妆品行业（特别是基于天然成分的产品）的支持。因此，旨在评估天然化合物治疗潜力及其在皮肤上应用安全性的科学研究具有重要意义。应当强调的是，刺激I型胶原生物合成的天然化合物还具有许多对皮肤有益的其他特性，如减少氧化应激和炎症、改善皮肤屏障和水合作用，这使其成为有吸引力的治疗剂。它们的高治疗潜力已在小鼠和大鼠体内研究及志愿者研究中得到证实，实现了皮肤状态的显著改善。值得注意的是该领域的局限性：首先，未纳入对皮肤I型胶原有刺激作用的植物提取物；其次，仅提供了临床研究实例。分析这些研究强调了标准化的必要性，以及增加长期临床试验数量（包括更大样本和不同种族群体）的必要性，从而使这些化合物能够有效、安全地应用于皮肤。 参考文献：略 贡献者|李柔柔 主编|李柔柔 编辑|邓茹钰 注：本文非广告，仅供专业人士作为学术交流目的阅读和参考，不具有商业推广或者服务目的。本文著作权（含图片）归作者所有，如需转载，请联系编辑人员，对未经许可而进行复制或传播本文内容的行为，将依法追究责任。 关于文章转载的声明 往期推荐 期待您的 点赞 关注 分享