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紫外線誘導膚色改變及其生物學結果

日光照射可導致日曬傷、色素沉著異常和光老化,甚至可能引發(fā)皮膚癌。這些有害影響的發(fā)生率和損傷程度主要受皮膚組成性色素沉著程度的影響。人類的膚色取決于皮膚內(nèi)黑素總量、黑素在表皮內(nèi)的分布、以及棕黑色真黑素與黃紅色褐黑素之間的比例。黑素的類型和數(shù)量受幾個含大量等位基因的基因調(diào)控,導致了人類膚色的多樣性。Fitzpatrick皮膚光反應類型分類系統(tǒng)能夠評估膚色,盡管其在定量及可靠性方面有局限,但仍被皮膚科醫(yī)生廣泛使用。該系統(tǒng)最初是為白種人皮膚分類創(chuàng)立的,以自述皮膚對日光誘導的紅斑敏感度和被曬黑能力為基礎。此外,這種分類系統(tǒng)已被證實對某些人群不適用,包括亞洲人、非洲裔美國人和西班牙裔人。

為了促進皮膚科學和美容皮膚科學的研究,需要一種客觀的皮膚分類法。為此,建立了另一種以色度參數(shù)L*(亮度)和b*(黃/藍構成)以及皮膚個體類型角(ITA)的測定為基礎的分類系統(tǒng)。使用這種分類系統(tǒng),可以將膚色由淺至深分為6組。ITA與組成性色素沉著關系的有效性已通過Fontana-Masson染色得到證實,該染色技術能夠突出不同組間黑素含量與分布上的差異。

該研究目的:①通過測定居住在不同地域女性的ITA值,在體評估ITA色度分類法的生理學相關性;②體外研究紫外線(UV)照射對膚色的影響。

一、方法和結果

1.ITA的測定與膚色:根據(jù)公式測定ITA:°ITA=[arc tan(L*-50)/b*]×180/3.14159。據(jù)此可以將膚色類型由淺至深分為6組:極淺膚色＞55°＞淺膚色＞41°＞中間色＞28°＞黃褐色＞10°＞棕褐色＞-30°＞深膚色。

2.ITA色度分類法與膚色類型地理分布間的生理相關性:色度測量:志愿者的色度參數(shù)L*和b*由歐萊雅公司Chromasphere?測得。參數(shù)L*為亮度或灰度,從黑色(0)到白色(100)。參數(shù)b*為黃藍色構成,即黃色(正值)與藍色(負值)間的平衡,該值的增加與色素沉著的強度有關。

對居住于不同地域的3 500名女性進行ITA色度分類法的生理學相關性評估,包括:法國、美國、墨西哥、巴西、俄羅斯、中國、日本、泰國、印度。在面頰部測量參數(shù)L*和b*,確定相應的ITA值。

根據(jù)視覺表型標準和種族來源,將不同地域的志愿者皮膚界定為白種人、非洲人、西班牙裔和亞洲人。

3.地理分布:白種人皮膚:306名居住在法國、217名居住在美國和329名居住在俄羅斯的白種人女性的ITA值顯示其皮膚屬于淺膚色組、中間色組和黃褐色組。

非洲人皮膚:126名居住在法國和101名居住在美國的非洲裔女性的ITA值顯示,非洲裔女性的皮膚類型為中間色組至深膚色組。

西班牙裔和巴西人皮膚:67名居住在巴西、37名居住在墨西哥和105名居住在美國的西班牙裔女性的ITA值顯示,從淺膚色組至棕褐色組,西班牙人的皮膚類型具有明顯的異質(zhì)性。

亞洲人皮膚:1082名居住在中國(上海682名,廣州400名)和464名居住在日本的亞洲女性ITA值顯示,亞洲東北部的皮膚類型為淺膚色、中間色和黃褐色。158名居住在印度和58名居住在泰國的亞洲女性的ITA值顯示,南亞皮膚類型的色素沉著程度明顯各異,從淺膚色組至深膚色組不等。

4.分類相關性:上述結果表明,ITA色度分類法具有生理學相關性。對所有志愿者ITA值的整體繪圖提供了膚色類型地理分布的整體視圖,揭示了其地理學特異性。提示來自法國、美國、俄羅斯的白種人皮膚具有相似的膚色屬性,而來自法國和美國的非洲裔女性也是如此。西班牙裔和亞洲人的膚色異質(zhì)性特點更為明顯。另外,南亞人的膚色深于亞洲東北部人的膚色。這些結果提供了不同地域內(nèi)膚色多樣性的概況,闡明了使用色度值與使用Fitzpatrick分類系統(tǒng)精確評估組成性色素沉著時存在的不同差異。Fitzpatrick分類系統(tǒng)常被用于評估日光敏感度和皮膚癌風險,由于其最早是被開發(fā)用于白種人皮膚研究,并且其依據(jù)是皮膚的紅斑敏感度和被曬黑能力,所以此方法對深色皮膚人群的分類具有局限性。

5.UV誘導的日曬傷相關性生物標記:皮膚樣本的色度測量:使用高強度瞬時閃光光譜色度計測量皮膚樣本的L*和b*參數(shù)值。每次測量之前校準儀器。每個皮膚樣本在不同區(qū)域連續(xù)讀數(shù)5次,取平均值。

為了解組成性色素沉著與UV敏感度之間的關系,研究還從接受乳房縮減術的健康個體上獲得了39個乳房皮膚樣本來進行分析。樣本提供者均簽署了知情同意書,并根據(jù)其ITA值將皮膚樣本分類。從每個皮膚樣本上多次鉆取直徑8 mm的活檢組織,將其放在氣-液平面的網(wǎng)格上。采用日光模擬照射器進行UV照射。將網(wǎng)格上的皮膚樣本(無培養(yǎng)基)暴露于劑量增加的UV,每個條件重復進行2次或3次。樣本曝光后立刻或于24 h后進行組織學(HE、藏紅花)和Fontana-Masson染色固定,或者凍存在液氮中,用于免疫標記。曬傷細胞是紅斑反應(日曬傷)的標志性生物事件。該研究中根據(jù)誘導出現(xiàn)的曬傷細胞及其數(shù)量來確定每個樣本的生物有效劑量。該研究發(fā)現(xiàn),所有的膚色類型在UV曝光后24 h存在曬傷細胞的劑量依賴性誘導,且較淺膚色誘導的起始劑量較低。ITA值與生物有效劑量之間存在顯著相關性(P＜0.001),即膚色越深,生物有效劑量越高,與最小紅斑劑量(MED)相似。生物有效劑量和MED已被證實具有可比性。該研究發(fā)現(xiàn),在相同的曝光條件下,淺色皮膚的平均生物有效劑量等于7.3 J/cm2,光反應類型為Ⅱ型的皮膚MED等于2～6 J/cm2,具有臨床相關性。同時,在UV曝光后即刻收集樣本,使用小鼠單克隆抗體H3和熒光異硫氰酸偶聯(lián)的二抗分析UV誘導的DNA損傷。檢測淺膚色、中間色及黃褐色皮膚時發(fā)現(xiàn),UV誘導的DNA損傷存在于表皮全層,包括基底層和真皮淺層細胞內(nèi);而在棕褐色和深色皮膚中,DNA損傷僅存在于基底層上方的細胞內(nèi)。這種發(fā)生在表皮增殖性基底層潛在突變的損傷源可以從生物學角度解釋UV誘導淺膚色類型發(fā)展成皮膚癌的高易感性。色素沉著較重的皮膚更易出現(xiàn)這種類型的損傷,即中間色和黃褐色皮膚類型,包括西班牙裔人、非洲裔美國人和亞裔人。

另外,淺膚色、中間色和黃褐色皮膚的成纖維細胞DNA損傷突顯了真皮是UV作用的靶點,也可以解釋這幾種皮膚類型對光老化較高的易感性。

6.黑素細胞內(nèi)的DNA損傷:黑素細胞內(nèi)DNA損傷的檢測也已證實了上述結果?？紤]到黑素瘤和色素沉著異常的發(fā)病率與組成性色素沉著的程度有關,該研究對DNA損傷和酪氨酸酶相關蛋白(TRP)-1(黑素合成中的工具酶)進行雙染色,分析膚色與DNA損傷尤其是出現(xiàn)在黑素細胞內(nèi)的損傷之間的相關性。為了進行黑素細胞和DNA損傷的雙檢測,使用小鼠單抗H3抗體進行DNA損傷檢測,使用Alexa Fluor 488偶聯(lián)的二抗?？筎RP1的小鼠單抗用于黑素細胞的檢測。UV照射后即刻收集樣本,使用Alexa Fluor 568偶聯(lián)的二抗。結果顯示,黑素細胞內(nèi)的DNA損傷呈劑量依賴性快速增加,生物有效劑量時淺膚色、中間色和黃褐色皮膚中會出現(xiàn)大量的DNA損傷陽性黑素細胞。與之相比,棕褐色和黑色皮膚中的大多數(shù)黑素細胞是DNA損傷陰性。深色皮膚樣本在曝光劑量等2倍或3倍于生物有效劑量時,結果同上。DNA損傷陽性黑素細胞與黑素細胞總量之比顯示,在黃褐色至淺色皮膚中,DNA損傷陽性黑素細胞百分率分別達到79%和100%,而在黑色和棕褐色皮膚中分別不超過15%和17%。結果清楚地顯示,紅斑等效劑量對黑素細胞的DNA損傷在不同膚色類型中無可比性。黑素細胞內(nèi)的DNA損傷可解釋膚色越淺,發(fā)展成為黑素瘤的風險越高。此外,還可以說明色素沉著異常在亞洲裔人、西班牙裔/拉丁裔美國人和非洲裔人個體中黃褐色皮膚類型中的高發(fā)性。這些發(fā)現(xiàn)完善并證實了之前使用膚色分類法根據(jù)種族來源或種族標準所獲得的數(shù)據(jù)。同時強調(diào),中間色和黃褐色皮膚類型中色素沉著較重的黑素細胞可能是UV作用的靶點。

二、討論

客觀的膚色分類法對于皮膚科學和美容皮膚科學的研究都至關重要。該研究的在體試驗證實,ITA膚色分類法具有生理學相關性。通過使用這種膚色分類系統(tǒng),可以清楚地闡明膚色類型的地理學分布,揭示了其地域特異性。同時,此分類還顯示了在既定地理區(qū)域內(nèi)膚色具有多樣性。闡明了Fitzpatrick皮膚光反應類型分類系統(tǒng)的局限性和此局限性與亞洲裔人和(或)非洲裔人皮膚分類的相關性。

該研究的體外實驗對組成性色素沉著與UV誘導的DNA損傷之間的關系有了新的認識。已證實UV照射淺膚色、中間色和黃褐色皮膚,能夠誘導其表皮基底層角質(zhì)形成細胞、黑素細胞和真皮淺層成纖維細胞內(nèi)DNA的損傷。似乎只有色素沉著非常明顯的皮膚類型(棕褐色和深色)可以避免此類損傷。這說明為什么某些皮膚類型對光致癌(包括黑素瘤)以及色素沉著異常和過早老化有較高的易感性。因此,ITA值的測定是一種客觀的膚色分類法,可以預測個體對UV的敏感度,并依次推測皮膚接受UV照射后短期及長期的臨床效應,尤其是光老化和色素沉著異常甚至是光致癌的風險。

該研究還強調(diào),黃褐色皮膚中色素沉著型黑素細胞可能是UV作用的靶點,因此充分的光防護措施不僅局限于極淺色皮膚類型的人群,也應對皮膚色素沉著中度的人群進行光防護。因為,黃褐色膚色不僅存在于白種人中,還廣泛存在于亞洲人、西班牙裔人、非洲人和非洲裔美國人中,其中部分人會以為自己罹患曬傷或皮膚癌的風險較低。但曬傷在西班牙裔黑人、亞洲人/太平洋島民和美國印第安人/阿拉斯加土著人群中均有報道。盡管皮膚癌在非白人/膚色較深的個體中較少見,但是由于這些人缺乏對此類疾病的了解,延誤診斷,因此使得其發(fā)病率和死亡率增加。

美國人口調(diào)查局預測,到2050年,50%的美國人將是西班牙裔人、亞洲人和非洲裔美國人?？紤]到人口結構的變化和不同族裔混血人群的增加,在評估日光照射的風險時,需要對膚色進行精確定義而不考慮其種族的來源。因此,與組成性色素沉著相關的ITA膚色分類法有助于識別皮膚對UV照射的不同應答。針對不同膚色類型對UV的敏感度不同,該研究的結論還進一步支持了一種更加個體化的光防護法。

[陳旭 孔佩慧 摘自Br J Dermatol,2013,169(Suppl 3):33-40.]