·医学简讯·

紫外线诱导肤色改变及其生物学结果

日光照射可导致日晒伤、色素沉着异常和光老化,甚至可能引发皮肤癌。这些有害影响的发生率和损伤程度主要受皮肤组成性色素沉着程度的影响。人类的肤色取决于皮肤内黑素总量、黑素在表皮内的分布、以及棕黑色真黑素与黄红色褐黑素之间的比例。黑素的类型和数量受几个含大量等位基因的基因调控,导致了人类肤色的多样性。Fitzpatrick皮肤光反应类型分类系统能够评估肤色,尽管其在定量及可靠性方面有局限,但仍被皮肤科医生广泛使用。该系统最初是为白种人皮肤分类创立的,以自述皮肤对日光诱导的红斑敏感度和被晒黑能力为基础。此外,这种分类系统已被证实对某些人群不适用,包括亚洲人、非洲裔美国人和西班牙裔人。

为了促进皮肤科学和美容皮肤科学的研究,需要一种客观的皮肤分类法。为此,建立了另一种以色度参数L*(亮度)和b*(黄/蓝构成)以及皮肤个体类型角(ITA)的测定为基础的分类系统。使用这种分类系统,可以将肤色由浅至深分为6组。ITA与组成性色素沉着关系的有效性已通过Fontana-Masson染色得到证实,该染色技术能够突出不同组间黑素含量与分布上的差异。

该研究目的:①通过测定居住在不同地域女性的ITA值,在体评估ITA色度分类法的生理学相关性;②体外研究紫外线(UV)照射对肤色的影响。

一、方法和结果

1.ITA的测定与肤色:根据公式测定ITA:°ITA=[arc tan(L*-50)/b*]×180/3.14159。据此可以将肤色类型由浅至深分为6组:极浅肤色＞55°＞浅肤色＞41°＞中间色＞28°＞黄褐色＞10°＞棕褐色＞-30°＞深肤色。

2.ITA色度分类法与肤色类型地理分布间的生理相关性:色度测量:志愿者的色度参数L*和b*由欧莱雅公司Chromasphere®测得。参数L*为亮度或灰度,从黑色(0)到白色(100)。参数b*为黄蓝色构成,即黄色(正值)与蓝色(负值)间的平衡,该值的增加与色素沉着的强度有关。

对居住于不同地域的3 500名女性进行ITA色度分类法的生理学相关性评估,包括:法国、美国、墨西哥、巴西、俄罗斯、中国、日本、泰国、印度。在面颊部测量参数L*和b*,确定相应的ITA值。

根据视觉表型标准和种族来源,将不同地域的志愿者皮肤界定为白种人、非洲人、西班牙裔和亚洲人。

3.地理分布:白种人皮肤:306名居住在法国、217名居住在美国和329名居住在俄罗斯的白种人女性的ITA值显示其皮肤属于浅肤色组、中间色组和黄褐色组。

非洲人皮肤:126名居住在法国和101名居住在美国的非洲裔女性的ITA值显示,非洲裔女性的皮肤类型为中间色组至深肤色组。

西班牙裔和巴西人皮肤:67名居住在巴西、37名居住在墨西哥和105名居住在美国的西班牙裔女性的ITA值显示,从浅肤色组至棕褐色组,西班牙人的皮肤类型具有明显的异质性。

亚洲人皮肤:1082名居住在中国(上海682名,广州400名)和464名居住在日本的亚洲女性ITA值显示,亚洲东北部的皮肤类型为浅肤色、中间色和黄褐色。158名居住在印度和58名居住在泰国的亚洲女性的ITA值显示,南亚皮肤类型的色素沉着程度明显各异,从浅肤色组至深肤色组不等。

4.分类相关性:上述结果表明,ITA色度分类法具有生理学相关性。对所有志愿者ITA值的整体绘图提供了肤色类型地理分布的整体视图,揭示了其地理学特异性。提示来自法国、美国、俄罗斯的白种人皮肤具有相似的肤色属性,而来自法国和美国的非洲裔女性也是如此。西班牙裔和亚洲人的肤色异质性特点更为明显。另外,南亚人的肤色深于亚洲东北部人的肤色。这些结果提供了不同地域内肤色多样性的概况,阐明了使用色度值与使用Fitzpatrick分类系统精确评估组成性色素沉着时存在的不同差异。Fitzpatrick分类系统常被用于评估日光敏感度和皮肤癌风险,由于其最早是被开发用于白种人皮肤研究,并且其依据是皮肤的红斑敏感度和被晒黑能力,所以此方法对深色皮肤人群的分类具有局限性。

5.UV诱导的日晒伤相关性生物标记:皮肤样本的色度测量:使用高强度瞬时闪光光谱色度计测量皮肤样本的L*和b*参数值。每次测量之前校准仪器。每个皮肤样本在不同区域连续读数5次,取平均值。

为了解组成性色素沉着与UV敏感度之间的关系,研究还从接受乳房缩减术的健康个体上获得了39个乳房皮肤样本来进行分析。样本提供者均签署了知情同意书,并根据其ITA值将皮肤样本分类。从每个皮肤样本上多次钻取直径8 mm的活检组织,将其放在气-液平面的网格上。采用日光模拟照射器进行UV照射。将网格上的皮肤样本(无培养基)暴露于剂量增加的UV,每个条件重复进行2次或3次。样本曝光后立刻或于24 h后进行组织学(HE、藏红花)和Fontana-Masson染色固定,或者冻存在液氮中,用于免疫标记。晒伤细胞是红斑反应(日晒伤)的标志性生物事件。该研究中根据诱导出现的晒伤细胞及其数量来确定每个样本的生物有效剂量。该研究发现,所有的肤色类型在UV曝光后24 h存在晒伤细胞的剂量依赖性诱导,且较浅肤色诱导的起始剂量较低。ITA值与生物有效剂量之间存在显著相关性(P＜0.001),即肤色越深,生物有效剂量越高,与最小红斑剂量(MED)相似。生物有效剂量和MED已被证实具有可比性。该研究发现,在相同的曝光条件下,浅色皮肤的平均生物有效剂量等于7.3 J/cm2,光反应类型为Ⅱ型的皮肤MED等于2～6 J/cm2,具有临床相关性。同时,在UV曝光后即刻收集样本,使用小鼠单克隆抗体H3和荧光异硫氰酸偶联的二抗分析UV诱导的DNA损伤。检测浅肤色、中间色及黄褐色皮肤时发现,UV诱导的DNA损伤存在于表皮全层,包括基底层和真皮浅层细胞内;而在棕褐色和深色皮肤中,DNA损伤仅存在于基底层上方的细胞内。这种发生在表皮增殖性基底层潜在突变的损伤源可以从生物学角度解释UV诱导浅肤色类型发展成皮肤癌的高易感性。色素沉着较重的皮肤更易出现这种类型的损伤,即中间色和黄褐色皮肤类型,包括西班牙裔人、非洲裔美国人和亚裔人。

另外,浅肤色、中间色和黄褐色皮肤的成纤维细胞DNA损伤突显了真皮是UV作用的靶点,也可以解释这几种皮肤类型对光老化较高的易感性。

6.黑素细胞内的DNA损伤:黑素细胞内DNA损伤的检测也已证实了上述结果。考虑到黑素瘤和色素沉着异常的发病率与组成性色素沉着的程度有关,该研究对DNA损伤和酪氨酸酶相关蛋白(TRP)-1(黑素合成中的工具酶)进行双染色,分析肤色与DNA损伤尤其是出现在黑素细胞内的损伤之间的相关性。为了进行黑素细胞和DNA损伤的双检测,使用小鼠单抗H3抗体进行DNA损伤检测,使用Alexa Fluor 488偶联的二抗。抗TRP1的小鼠单抗用于黑素细胞的检测。UV照射后即刻收集样本,使用Alexa Fluor 568偶联的二抗。结果显示,黑素细胞内的DNA损伤呈剂量依赖性快速增加,生物有效剂量时浅肤色、中间色和黄褐色皮肤中会出现大量的DNA损伤阳性黑素细胞。与之相比,棕褐色和黑色皮肤中的大多数黑素细胞是DNA损伤阴性。深色皮肤样本在曝光剂量等2倍或3倍于生物有效剂量时,结果同上。DNA损伤阳性黑素细胞与黑素细胞总量之比显示,在黄褐色至浅色皮肤中,DNA损伤阳性黑素细胞百分率分别达到79%和100%,而在黑色和棕褐色皮肤中分别不超过15%和17%。结果清楚地显示,红斑等效剂量对黑素细胞的DNA损伤在不同肤色类型中无可比性。黑素细胞内的DNA损伤可解释肤色越浅,发展成为黑素瘤的风险越高。此外,还可以说明色素沉着异常在亚洲裔人、西班牙裔/拉丁裔美国人和非洲裔人个体中黄褐色皮肤类型中的高发性。这些发现完善并证实了之前使用肤色分类法根据种族来源或种族标准所获得的数据。同时强调,中间色和黄褐色皮肤类型中色素沉着较重的黑素细胞可能是UV作用的靶点。

二、讨论

客观的肤色分类法对于皮肤科学和美容皮肤科学的研究都至关重要。该研究的在体试验证实,ITA肤色分类法具有生理学相关性。通过使用这种肤色分类系统,可以清楚地阐明肤色类型的地理学分布,揭示了其地域特异性。同时,此分类还显示了在既定地理区域内肤色具有多样性。阐明了Fitzpatrick皮肤光反应类型分类系统的局限性和此局限性与亚洲裔人和(或)非洲裔人皮肤分类的相关性。

该研究的体外实验对组成性色素沉着与UV诱导的DNA损伤之间的关系有了新的认识。已证实UV照射浅肤色、中间色和黄褐色皮肤,能够诱导其表皮基底层角质形成细胞、黑素细胞和真皮浅层成纤维细胞内DNA的损伤。似乎只有色素沉着非常明显的皮肤类型(棕褐色和深色)可以避免此类损伤。这说明为什么某些皮肤类型对光致癌(包括黑素瘤)以及色素沉着异常和过早老化有较高的易感性。因此,ITA值的测定是一种客观的肤色分类法,可以预测个体对UV的敏感度,并依次推测皮肤接受UV照射后短期及长期的临床效应,尤其是光老化和色素沉着异常甚至是光致癌的风险。

该研究还强调,黄褐色皮肤中色素沉着型黑素细胞可能是UV作用的靶点,因此充分的光防护措施不仅局限于极浅色皮肤类型的人群,也应对皮肤色素沉着中度的人群进行光防护。因为,黄褐色肤色不仅存在于白种人中,还广泛存在于亚洲人、西班牙裔人、非洲人和非洲裔美国人中,其中部分人会以为自己罹患晒伤或皮肤癌的风险较低。但晒伤在西班牙裔黑人、亚洲人/太平洋岛民和美国印第安人/阿拉斯加土著人群中均有报道。尽管皮肤癌在非白人/肤色较深的个体中较少见,但是由于这些人缺乏对此类疾病的了解,延误诊断,因此使得其发病率和死亡率增加。

美国人口调查局预测,到2050年,50%的美国人将是西班牙裔人、亚洲人和非洲裔美国人。考虑到人口结构的变化和不同族裔混血人群的增加,在评估日光照射的风险时,需要对肤色进行精确定义而不考虑其种族的来源。因此,与组成性色素沉着相关的ITA肤色分类法有助于识别皮肤对UV照射的不同应答。针对不同肤色类型对UV的敏感度不同,该研究的结论还进一步支持了一种更加个体化的光防护法。

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