安娜·杰苏斯 | 若昂·P·席尔瓦 | 奥诺里娜·西达德 | 玛丽亚·T·克鲁兹 | 埃米利亚·索萨 | 伊莎贝尔·F·阿尔梅达
i4HB附属实验室 - 波尔图大学药学院健康与生物经济研究所，葡萄牙波尔图4050-313
**摘要**
太阳辐射会影响皮肤的生物过程，导致皮肤过早老化。通过基于组织的模型准确识别和评估这些效应对于推进抗衰老研究以及验证化妆品成分的功效至关重要。然而，现有文献仍然非常分散，这阻碍了适合的光老化皮肤模型的确定和知识空白的研究。本研究提供了关于用于评估化妆品成分抗衰老效果的人类（临床和体外）光老化皮肤模型的全面和最新的综述，为开发更先进的模型奠定了基础。共识别并整理了43项使用人类皮肤的研究（24项临床研究和19项体外研究）。临床研究捕捉了综合的生理反应，其中大多数与临床表现的改善有关，而体外模型则能够控制地评估细胞和分子变化。这些研究中评估的关键生物标志物包括皮肤老化的主要特征，如炎症、氧化应激、细胞衰老和结构改变。近年来，由于临床研究中光谱技术的进步，对皮肤纤维和氧化产物的光诱导改变的评估有了显著改善。尽管取得了这些进展，但由于暴露条件、生物标志物选择和光型代表的差异，跨研究比较仍然存在困难。未来的研究应侧重于纳入更广泛的光型分类（Fitzpatrick光型），优化照射条件以模拟慢性日晒情况，并整合新的生物标志物，如晚期糖基化终产物和免疫抑制指标。实施新兴技术，如皮肤芯片系统和微流控技术，可以提高生理相关性和可重复性。总体而言，本综述总结了关键发现，强调了模型的优势和局限性，并指出了未来开发和实施准确的人类皮肤模型以评估抗衰老效果的重点方向。
**1. 引言**
皮肤是人体最大的器官，作为抵御外部因素（包括太阳辐射）的保护屏障[1]。过度日晒会对皮肤稳态产生负面影响，引发老化过程，导致皱纹形成、弹性和紧致度下降以及色素沉着[2][3]。过度暴露于太阳辐射还会诱发或加重皮肤疾病和免疫抑制事件，使个体更容易出现其他健康问题[2][3]。在太阳辐射的所有电磁成分中，紫外线（UV）是到达地球表面的能量最高的类型，对皮肤的威胁最大[1]。UV可以进一步分为UVA（400–320 nm）、UVB（320–280 nm）和UVC（280–100 nm）[2]。平流层有效吸收了UVC和大部分UVB辐射，而UVA和少量UVB能够到达皮肤[1][2][4]。UVB主要影响表皮，通过直接损伤DNA并引发炎症反应；而UVA则深入真皮层，通过产生活性氧（ROS）促进氧化应激[5][6]。这些活性分子会损害细胞成分和细胞外基质（ECM）纤维，特别是胶原蛋白和弹性蛋白以及糖蛋白（层粘连蛋白和纤维连接蛋白），从而导致结构变化[5][7]。过度日晒会破坏皮肤的正常功能，加速皮肤老化并降低免疫防御能力，从而增加患皮肤癌的风险[1][2][3][4]。临床上，过度日晒表现为皮肤发红、肿胀、干燥，以及皱纹和色素沉着障碍的出现。在分子水平上，阳光引起的氧化应激会改变参与DNA修复和细胞周期调节的蛋白质完整性和基因表达，从而损害皮肤的结构和功能稳态[8][9]。此外，可见光，尤其是蓝光，也能像UVA一样深入皮肤，导致色素沉着、红斑、ROS生成、皮肤屏障减弱、干燥和光老化，以及一些光毒性和光过敏反应[10][11]。根据波长不同，可见光可能激活参与色素沉着和其他光驱动细胞过程的特定光受体，产生有害或潜在有益的效果[10][11]。红外辐射可以到达皮肤的表层和深层[12]。过度暴露于红外辐射会升高皮肤温度，引发炎症反应，并通过激活MMPs促进ECM纤维的降解[12][13]。此外，红外辐射还会加重皱纹和松弛、色素沉着以及皮肤刺激[12][13]。组织学上，表皮的光损伤表现为黑色素细胞数量增加和肥大[14]。在真皮层，细胞外基质纤维（尤其是胶原蛋白）显著减少，同时伴随着非功能性且碎片化的胶原蛋白和弹性蛋白纤维的积累，表现为日光性弹性组织变性[3][14]。这些变化导致皮肤弹性丧失、脆弱性增加以及光老化的临床迹象（图1）[3]。表皮和真皮层的厚度也会发生变化，但这些变化与辐射类型和暴露程度有关[15]。临床上，光老化的症状包括皮肤干燥、粗糙、苍白以及粗细皱纹[3][16]。已经采用了多种方法，包括体外、体内和体外方法来深入理解光老化的机制。体外研究长期以来用于研究太阳辐射对皮肤细胞的影响以及化妆品成分的功效。然而，这些模型无法准确复制人类皮肤的复杂性和行为，因为人类皮肤包含多种细胞类型（如角质形成细胞、成纤维细胞、黑色素细胞和朗格汉斯细胞）以及支持皮肤结构的不同结构纤维[17]。体内研究可以探讨皮肤组织内不同细胞之间的复杂相互作用[18]，但由于禁止在化妆品中使用动物，需要寻找替代方法以确保可靠和伦理的评估[19][20]。因此，人们越来越关注开发更具生理相关性的体外模型（使用离体细胞）和体外模型（使用从生物体中新鲜提取的组织）。特别是，体外方法已经发展到更复杂的程度，包括多细胞共培养（而非单细胞培养）和三维（3D）结构，如重建的皮肤等效物或类器官。例如，体外3D细胞培养（无论是表皮、真皮还是全皮肤组织等效物）在组织学上更接近健康皮肤。然而，细胞培养存在批次间差异，不同供体样本之间的个体差异也可能导致数据显著偏差，使得实验室内部和实验室之间的可重复性、可扩展性和标准化变得具有挑战性[18][21]。不幸的是，3D模型缺乏皮肤附属结构（如毛囊和汗腺）的参与，限制了对其光老化效应及其对皮肤老化过程影响的评估。此外，大多数当前的3D模型缺乏功能性免疫成分（如朗格汉斯细胞、巨噬细胞浸润），无法模拟免疫介导的光炎症[22]。另外，3D皮肤模型在脂质组成方面也存在局限性，限制了它们评估活性成分在特定配方中的效果，甚至整个配方作为最终产品的效果[22]。体外模型通常使用手术切除的皮肤，其优点在于能够考虑皮肤系统的复杂性，从而更准确地模拟生物过程和对干预的反应，相比简单的体外模型更为准确[23]。此外，体外皮肤模型通过减少伦理问题和相关成本，为临床研究提供了有价值的替代方案，同时能够在受控实验条件下研究人类相关的生物反应[24]。然而，体外人类皮肤样本必须保持活力，保留代谢活性并支持功能性生物反应，以提供接近真实情况的可靠结果。尽管比传统的体外系统更复杂，但先进的体外模型保留了皮肤的天然3D结构，包括有助于形成功能性皮肤屏障的附属结构[24][25]。这些特点使得可以进行更生理相关的评估，例如活性成分的皮肤渗透性，并可用于高通量筛选化妆品配方和治疗候选物[24]。不过，体外模型也存在一些局限性。皮肤样本的活力有限，大约一周后组织完整性开始下降，两周后组织会显著退化，限制了实验时间范围[24][26]。此外，缺乏系统性的相互作用（如循环免疫细胞和神经血管成分）限制了体外模型完全再现体内复杂炎症或免疫反应的能力[24][27]。供体之间的差异也增加了标准化和可重复性的复杂性，需要仔细处理和储存皮肤样本以避免组织中的代谢和酶变化[18][28]。本综述旨在提供关于人类皮肤模型的关键概述，重点介绍用于评估抗衰老成分功效的临床和体外方法。通过整合和分析现有科学文献，我们旨在提供有价值的见解，包括现有皮肤模型（体外和临床研究）的当前优势、局限性和知识空白，从而支持开发更准确和可靠的人类皮肤模型。
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**图1. 正常皮肤与光老化皮肤的示意图。** 在正常皮肤（左）中，表皮具有均匀的厚度、波浪状的真皮-表皮交界处以及正常数量的黑色素细胞，而真皮则显示密集且组织良好的胶原蛋白和弹性蛋白纤维网络，覆盖在皮下组织上。在光老化皮肤（右）中，长期暴露于UVA和UVB辐射会导致表皮厚度改变、真皮-表皮交界处变平并萎缩、黑色素细胞数量增加，以及真皮明显变化，包括真皮厚度减少、胶原蛋白和弹性蛋白纤维紊乱和降解，以及日光性弹性组织变性，从而导致皮肤支撑力和紧致度下降。
**2. 方法**
科学文献的收集是通过在线科学数据库（Scopus、PubMed和Web of Science）进行搜索，使用了以下关键词组合：“体外”、“体内”、“临床研究”、“皮肤模型”、“光老化”、“皮肤老化”、“光损伤”、“紫外线损伤”和“模型”。在本综述中，我们将体外皮肤模型定义为保持代谢活性并支持功能性生物反应的活性人类皮肤样本。因此，在分析搜索结果时，我们仅考虑了包含样本代谢活性评估的研究和/或声明人类皮肤样本在实验过程中保持活力的研究。由于科学材料量庞大，采取了一些步骤来选择纳入本研究的研究，如图2所示。使用上述关键词，在2023年9月至2025年9月期间，从数据库中检索到总共613篇文章。在初步筛选中，613条记录中有405条被标记为重复项，另外165条根据预定义的排除标准被排除。这些标准包括：(a) 与主题无关或超出综述范围的研究，以及意见文章、社论、致编辑的信件和缺乏完整数据的会议摘要；(b) 临床前研究（体外和/或动物模型）；(c) 以非葡萄牙语或英语发表的文章和/或无法获取全文的文章；(d) 分析中未包含对照组或安慰剂组的研究；(e) 未获得机构或医院审查委员会伦理批准的研究和/或未获得患者同意的研究；(f) 同时使用局部制剂和系统干预（例如口服天然成分或补充剂）的研究。虽然引言中简要讨论了体外3D皮肤模型作为相关的新兴工具，但由于引言部分提到的局限性（a. 缺乏皮肤附属结构的参与，b. 缺乏功能性免疫成分，c. 脂质组成有限），这些模型被排除在最终数据集之外，未进行系统分析。这一过程最终确定了43篇符合条件的文章，包括24项临床研究和19项人体皮肤体外研究，纳入本综述。
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**图2. 研究中包含的文章的流程图：识别、筛选、资格评估和纳入/排除参数。** 通过数据库搜索共识别出613条记录。去除405条重复项后，剩余208篇文章用于评估。在这些研究中，有165篇因不符合纳入标准而被排除，最终共有43篇文章被纳入本综述。3. 临床研究我们共检索到24项临床研究，这些研究调查了太阳辐射对皮肤的影响以及化妆品配方（包括凝胶、精华液、面霜和医疗设备，如微针贴片）的有效性。参与研究的患者和健康捐赠者的数量相当多，年龄范围广泛（18至90岁）。这些研究中观察到的数据差异很可能与年龄差异有关。随着年龄的增长，皮肤的完整性和潜在的生物功能逐渐下降，导致屏障特性改变、再生能力减弱以及整体皮肤生理功能的改变[29]，[30]。在所有24项临床研究中，只有3项得到了医疗机构/医院研究中心的财政支持，5项得到了大学科研部门的支持。其余的研究则得到了生物技术公司以及化妆品和制药行业的合作支持，旨在评估新成分和配方的有效性和安全性。主要评估的终点是与减轻光损伤临床迹象相关的指标，还包括与氧化应激相关的生物标志物，如活性氧/氮物种和DNA氧化产物（例如脱氧-8-鸟苷（OhdG）[31]、胶原纤维的组织和密度变化[30]，[32]，[33]，[34]，[35]，[36]，以及黑色素生成失调，特别是对黑皮质素-1受体蛋白结构多态性的评估[37]。其中只有一项研究评估了化妆品配方的有效性[34]，其余研究主要使用不同技术来评估和识别紫外线辐射对生物和代谢过程的影响。光损伤模型也可用于评估医疗设备的效果，例如Lee等人描述的研究，其中评估了含有抗坏血酸的微针贴片的有效性和安全性[38]。本研究中提到的大多数临床研究被归类为干预性、随机、单中心、双盲和对照研究。值得注意的是，双盲研究确保了参与者和研究人员都不知道谁接受了实验治疗或安慰剂（或对照治疗）[39]，从而减少了偏倚。随机化则确保了组间差异不是由预先存在的因素造成的，而是由配方和/或安慰剂的随机分配引起的[39]。这进一步增强了结果的有效性，因为可以确定结果差异是由治疗引起的，而不是由其他外部变量引起的。对照研究意味着对照组可以根据研究设计接受安慰剂（无活性物质）或标准治疗[40]，[41]，使研究人员能够比较实验治疗与对照治疗的效果，从而更清晰地评估其真实影响。有8项研究已经采用了非侵入性方法，表明技术整合正在不断发展，例如基于光谱的技术。此外，在涉及医院和健康研究中心合作的研究中，还进行了医生的临床评估。临床研究将根据关键方面进行分析，包括辐射类型、剂量和暴露时间、使用的方法/技术以及评估的终点。
a) 辐射类型在评估的24项临床研究中，有18项涉及因累积终生暴露而已有皮肤损伤的志愿者，而其余6项研究招募的志愿者在研究期间接受了辐射暴露。其中5项研究关注UVB辐射[42]，使用氙灯或UVA和UVB辐射的联合效应[31]，[43]，[44]，[45]，只有1项使用模拟太阳辐射的设备[31]。Ali等人的研究[33]是唯一一项评估红外辐射单独效应的研究。这些临床研究中的参与者表现出光老化的迹象，如色斑（色素沉着）、眼周和口周皱纹以及皮肤发红[46]。考虑到大多数临床研究涉及已有皮肤损伤的志愿者，因此最常见的研究是评估将配方局部应用于面部、手臂和背部的效果，因为这些部位最容易受到阳光损伤。
b) 剂量和暴露时间在涉及皮肤暴露的6项研究中，辐射剂量差异很大，范围从0.1到68.4 J/cm²，暴露时间不超过60分钟。只有Ali等人的研究[14]评估了慢性暴露的效果，其中个体连续几天接受红外辐射（0-60分钟），累积剂量为68.4 J/cm²。Ali等人[33]、Behrens-Williams等人[42]、Bergeron等人[43]、Knott等人[44]和Murray等人[45]应用的最终辐射剂量基于最小红斑剂量（MED），而Albrecht等人[31]和Ali等人[33]的研究没有进行此类分析。在第一组研究中，暴露剂量介于每个个体确定的MED值的1.2倍到6倍之间。对照暴露设置有助于确定皮肤损伤与志愿者所暴露的辐射时间、剂量和/或类型之间的潜在相关性。在其余涉及长期暴露于太阳辐射的个体的研究中，每位参与者所经历的损伤程度尚未完全量化。这在很大程度上受到年龄、皮肤类型、生活方式和种族等混杂因素的影响。因此，只能在损伤程度相对较高或较低的参与者或组之间进行比较。
c) 方法/技术和终点在24项临床研究中，有17项研究报道了对光老化迹象的临床评估，同时评估了相关参数，即光滑度、光泽度、紧致度、细纹和皱纹的减少、皮肤水分以及色素沉着/色斑的减少[38]，[42]，[43]，[44]，[45]，[47]，[48]，[49]，[50]，[51]，[52]。在这17项研究中，有6项研究还设计了安全性评估，通过评估红斑[42]，[45]，[47]，[48]，[52]、过敏反应[38]、肿胀和瘙痒[45]，[48]，[49]，[52]以及治疗的整体耐受性[51]。在某些情况下，还进行了由皮肤科医生进行的额外皮肤外观评估[38]，[44]，[47]，[49]，[51]。大多数这些研究包括了不同年龄段的个体（20至60岁），这对于增强研究组的代表性至关重要。在大多数临床研究中，通常在暴露后两到四周的时间范围内分析了应用每种配方后的显著统计差异[34]，[35]，[36]，[38]，[43]，[44]，[45]，[47]，[49]，[50]，[51]，[52]。大多数研究包括了根据Fitzpatrick量表划分的不同皮肤光型（I-VI）的个体，该量表基于皮肤颜色和紫外线反应，其中较低的光型（I-II）容易晒伤且晒黑程度较轻，而较高的光型（V-VI）很少晒伤且晒黑程度较深。八项研究应用了光谱技术，如L波段电子顺磁共振[31]、共聚焦反射率[34]，[37]、共聚焦拉曼光谱[32]，[33]和多光子激光扫描显微镜[30]，[35]，[36]。这些技术通常提供强大且可靠的实验室间结果，不受个体对暴露的生物反应（如炎症谱型或紫外线敏感性的差异）的影响。然而，某些技术（如拉曼和多光子显微镜）与仪器依赖的显著变异性有关，需要严格的校准以最小化设备相关变异并解决标准化挑战[53]。为了通过L波段电子顺磁共振光谱检测光诱导的自由基，使用了不同时间点（0-10分钟）和剂量（0至0.03 J/cm²）的紫外线、可见光和近红外（NIR）辐射。十分钟的NIR照射在60%的IV型皮肤个体中引发了自由基的显著增加，而在II型和III型皮肤个体中观察到了类似的增加（57%），但这是针对紫外线辐射[31]。拉曼光谱能够识别与角质层中脂质氧化相关的峰值强度（1061 cm⁻¹和1296 cm⁻¹（C-C键的伸缩）以及DNA氧化（在492 cm⁻¹、852 cm⁻¹和885 cm⁻¹处没有峰值，这些位置存在于基底层的DNA骨架O-P-O键）；还识别了表皮和真皮胶原蛋白的变化，例如在1128 cm⁻¹处峰值强度的降低（C-H键的变形）和1342 cm⁻¹处峰值强度的降低（来自胶原蛋白骨架和侧链的甘氨酸和脯氨酸残基的CH2振动）[33]。三维多光子成像技术也被用于检测皮肤胶原蛋白和弹性纤维、表皮和真皮-表皮交界区的变化以及黑色素的积累，这是一种评估皮肤结构变化的合适工具[30]，[35]，[36]。Puschmann等人观察到，与未暴露的个体相比，暴露于太阳辐射的个体的弹性蛋白/胶原蛋白比例更高，这支持了弹性蛋白/胶原蛋白比例变化与紫外线引起的皮肤损伤有关的假设[30]。动态光学相干断层扫描[34]和反射率共聚焦显微镜[37]也被用于检测由紫外线辐射引起的黑皮质素-1受体多态性的增加以及色斑数量的增加[34]。表1总结了为测试不同配方和/或探索检测和量化皮肤光损伤的新技术而进行的临床研究。临床研究主要评估了各种配方的有效性和安全性。
**样本**
- **辐射类型**：不同类型的辐射
- **剂量和时间**：不同的辐射剂量和照射时间
- **终点/标志物**：研究关注的具体皮肤变化或生理指标
- **检测/技术**：用于测量这些指标的各种分析方法
- **结果**：研究得出的数据或观察结果
- **参考文献**：引用相关研究的文献
**具体研究示例：**
1. **一项研究有57名皮肤类型为II–III的健康女性参与，年龄在90岁以下，她们在前臂和上臂接受了为期一个月的研究。**
- **检测方法**：未详细说明
- **结果**：长期暴露在阳光下的区域的弹性蛋白/胶原蛋白比例显著高于受保护的皮肤区域。[30]
2. **另一项研究有12名皮肤类型为II–IV的健康志愿者（男女不限）参与，年龄在37岁以下，他们在前臂掌侧接受了研究。**
- **辐射类型**：紫外线（UV）、可见光和近红外（NIR）（使用太阳模拟器）
- **剂量和时间**：0–10分钟，最大辐射剂量为0.03 J/cm²
- **检测方法**：自由基（稳定硝基氧化物自由基）和L波段电子顺磁共振光谱（L-band electron paramagnetic resonance spectroscopy）
- **结果**：在皮肤类型IV中自由基显著增加（NIR辐射），在皮肤类型II和III中也有增加（UV/Vis辐射）[31]
3. **还有24名年龄在18–69岁之间的健康女性参与了为期两天的研究，研究部位同样在前臂掌侧。**
- **检测方法**：未详细说明
- **结果**：通过测量真皮中的水分含量和胶原蛋白含量来评估光老化程度
- **结果**：使用共聚焦拉曼光谱（confocal Raman spectroscopy）技术检测到胶原蛋白的变化[32]
4. **另有20名皮肤类型为II、年龄在18–30岁之间的健康志愿者参与了研究，他们在连续两天内接受了辐射治疗，最终辐射剂量为68.4 J/cm²。**
- **检测方法**：共聚焦拉曼光谱（confocal Raman spectroscopy）
- **结果**：角质层（stratum corneum）在1293 cm⁻¹、1132 cm⁻¹和1062 cm⁻¹处的峰值强度显著增加；而在492、858、885和898 cm⁻¹处的峰值强度显著降低[33]
5. **还有23名皮肤类型为II–IV的健康志愿者（男女不限）参与了为期12周的开放标签、单中心研究，研究部位为面部。**
- **检测方法**：未详细说明
- **结果**：应用含有0.5%视黄醇的乳霜后，评估了其对皮肤质地、皱纹、毛孔、皮肤层厚度、真皮胶原蛋白和炎症细胞的影响
- **结果**：使用VISIA-CR和Antera 3D成像技术观察到毛孔和细纹减少，皮肤色调和质地改善，角质层厚度和紧密度降低，真皮中的纤维状胶原蛋白增加；未检测到表皮炎症细胞或扩张的血管[34]
6. **共有100名皮肤类型为I–VI的健康志愿者（男女不限）参与了研究，年龄在18–70岁之间，研究部位为前臂和面部。**
- **检测方法**：未详细说明
- **结果**：评估了表皮、真皮和角质层（DEJ）的厚度，以及黑色素积累情况
- **结果**：观察到老年受试者（>45岁）的黑色素积累和胶原蛋白纤维密度较低，年轻受试者之间存在结构差异和弹性蛋白密度差异[35]
7. **有30名年龄在21–65岁之间的健康女性参与了研究，研究部位为面部和前臂。**
- **检测方法**：多光子断层扫描（multiphoton tomography）和高分辨率超声（high-resolution echography）
- **结果**：年轻受试者（21–35岁）的胶原蛋白/弹性蛋白比例随真皮深度增加而增加5%，老年受试者（44–65岁）增加8%[36]
8. **有100名年龄在30–60岁之间的健康女性参与了研究，研究部位为面部。**
- **检测方法**：数字摄影（digital photography）和反射共聚焦显微镜（reflectance confocal microscopy）
- **结果**：MC1R基因多态性与真皮血管密度增加和粗纹形成有关[37]
9. **有23名年龄在45–54岁之间的健康女性参与了为期12周的双盲随机研究，研究部位为面部和足部。**
- **检测方法**：微针贴片（microneedle patch）和Visiometer
- **结果**：微针治疗12周后，皮肤皱纹显著改善[38]
10. **有51名年龄在33–48岁之间的健康女性参与了为期三周的研究，研究部位为面部和足部。**
- **检测方法**：贴片测试（patch test）
- **结果**：评估了微针对皮肤刺激和过敏反应的影响，未观察到任何不良反应[39]
11. **有9名皮肤类型为II–III的健康志愿者（男女不限）参与了为期七天的随机双盲研究，研究部位为背部。**
- **辐射类型**：UVB辐射剂量为0.01–0.15 J/cm²（不超过每个受试者的最小红斑剂量MED）
- **检测方法**：不同润肤霜对皮肤红斑和水分的影响
- **结果**：不同润肤霜之间没有显著差异[42]
12. **有12名皮肤类型为II–IV的健康志愿者（年龄在23–24岁之间）参与了为期14天的双盲研究，研究部位为大腿上部。**
- **辐射类型**：UVA和UVB辐射
- **检测方法**：含有0.5%半胱天冬酶-14诱导剂（caspase-14 inducer）的溶液对皮肤的影响
- **结果**：该溶液显著降低了皮肤的水分流失（TEWL），增加了角质层厚度[43]
13. **有112名年龄在35–65岁之间的健康志愿者参与了为期六周的随机研究，研究部位为面部和足部。**
- **检测方法**：共聚焦拉曼光谱（confocal Raman spectroscopy）和角质层厚度测量
- **结果**：治疗后皮肤水分流失减少，角质层厚度增加[44]
14. **有49名年龄在32–62岁之间的健康女性参与了为期四周的随机研究，研究部位为面部和足部。**
- **检测方法**：共聚焦拉曼光谱（confocal Raman spectroscopy）和Cutometer
- **结果**：使用测试配方四周后，角质层厚度显著减少[45]
15. **有44名年龄在25–65岁之间的健康女性参与了为期八周的随机研究，研究部位为面部和足部。**
**检测方法**：共聚焦拉曼光谱（confocal Raman spectroscopy）和PRIMOS系统
- **结果**：使用测试配方四周后，皱纹体积显著减少[46]
16. **有9名皮肤类型为II–III的健康志愿者参与了为期四天的研究，研究部位为背部。**
**辐射类型**：UVB辐射剂量为0.02–0.06 J/cm²（不超过6倍MED）
- **检测方法**：含有15% L-抗坏血酸、1% α-生育酚和0.5% Ferulic酸的局部配方对皮肤的影响
- **结果**：在2–6倍MED辐射剂量下，该配方显著减少了皮肤损伤[47]
17. **有61名皮肤类型为I–III的健康女性（年龄在40–65岁之间）参与了为期八周的研究，研究部位为面部。**
**检测方法**：含有没食子酸富集成分的纳米囊泡（niosomes）的凝胶对皮肤的影响
- **结果**：皮肤弹性显著提高，粗糙度显著降低[48]
18. **有31名健康志愿者（男女不限）参与了为期八周的研究，研究部位为前臂掌侧。**
**检测方法**：含有视黄醛、δ-生育酚葡萄糖苷和甘氨酰甘氨酸油酰胺的局部配方对皮肤的影响
- **结果**：眼周皱纹显著改善[49]
19. **有68名健康志愿者（男女不限）参与了为期24周的双盲随机对照研究，研究部位为面部。**
**检测方法**：含有生长因子的护肤液对皮肤松弛、皱纹、光损伤等的影响
- **结果**：皮肤弹性、水分和光滑度显著改善[50]
20. **有31名健康志愿者（男女不限）参与了为期八周的研究，研究部位为前臂掌侧。**
**检测方法**：含有Panax ginseng和Crataegus pinnatifida混合物的配方对皮肤的影响
- **结果**：皮肤外观、弹性和水分显著改善[51]
21. **有68名健康志愿者（男女不限）参与了为期24周的双盲随机对照研究，研究部位为面部。**
**检测方法**：含有4-hexyl-1,3-phenylenediol的乳液对皮肤的影响
- **结果**：皮肤光损伤和色素沉着显著改善[52]
22. **有31名健康志愿者（男女不限）参与了为期八周的研究，研究部位为前臂掌侧。**
**检测方法**：含有视黄醛、δ-生育酚葡萄糖苷和甘氨酰甘氨酸油酰胺的局部配方对皮肤的影响
- **结果**：皮肤弹性、水分和光滑度显著改善[53]
23. **共有19项体外（ex vivo）人类皮肤研究，探讨了太阳辐射对皮肤的影响。**
- **来源**：这些皮肤样本通常来自腹部整形手术[23]然而，在这些类型的研究中还发现了来自面部[56]、[62]和乳房[57]、[61]、[62]、[65]、[67]、[69]的皮肤移植片。捐赠者主要是女性志愿者（19项研究），只有一项研究包括了男性的皮肤移植片。皮肤暴露于辐射的时间在分析的研究中也有所不同，单次或急性暴露于太阳辐射的情况比反复或多次暴露更为常见。总体而言，这些研究评估的终点多种多样。所有测试都共同关注组织活力以及真皮皮肤纤维（如胶原蛋白和弹性蛋白）的组织学变化。体外人类皮肤研究将基于关键方面进行讨论，包括辐射类型、剂量和暴露时间、所使用的方法/技术以及评估的终点。
简要分析从医院采集皮肤移植片到进行测试期间的处理/准备条件。皮肤主要来自整形手术，保持低温并在这些条件下运输以确保组织保存。接下来，用缓冲盐水溶液短暂清洁皮肤，然后去除移植片中包含的部分皮下组织。从这一点开始，各研究中遵循和描述的一些协议有所不同。例如，Cornaghi等人（2016年）在去除皮下组织后，将皮肤移植片切成小方块或圆片，并放置在多孔板或Transwell®系统中[66]、[67]。关于细胞培养基，大约90%的研究使用了添加了胎牛血清（FBS）、抗生素和抗真菌剂的Dulbecco改良Eagle培养基（DMEM）[23]、[51]、[54]、[55]、[61]、[62]、[67]、[68]。然而，也发现其他培养基可以维持组织活力，如RPMI-1640[69]、基础必需培养基（BEM）[63]、DMEM和F-12 Ham培养基的1:1混合物[56]、[57]以及William's E培养基[66]。值得注意的是，有一组作者发现，当组织放置在磷酸盐缓冲盐水（PBS）溶液（pH=7.4）中最多7天时，其代谢活性仍然保持完整[65]。具体来说，Weihermann等人还描述说，应通过MTT还原试验进行常规代谢活性评估，以确保皮肤碎片至少有80%的活力和代谢活性[62]。关于实验的时间线，大多数研究指出在采集皮肤移植片和开始实验之间需要24-48小时的“恢复时间”[23]、[51]、[54]、[55]、[56]、[57]、[61]、[62]、[65]、[67]、[68]。所有研究都强调需要保持空气-液体界面，即确保真皮与培养基或其他维持溶液接触，同时表皮暴露在空气中，以允许气体交换，从而模拟人体皮肤的生理状态。
a) 辐射类型
在所有19项体外研究中，有4项使用了UVA辐射[23]、[51]、[54]、[55]，7项使用了UVB辐射[43]、[57]、[58]、[59]、[60]、[61]，8项使用了UVA和UVB辐射的组合[52]、[62]、[63]、[65]、[66]、[67]、[68]、[69]。两项研究从捐赠者的暴露区域和未暴露区域收集皮肤[56]、[64]，但没有进一步对皮肤移植片进行辐照。本研究中近50%的体外研究同时应用了UVA和UVB辐射，提供了更接近实际条件的结果。在结合UVA和UVB辐射的8项研究中，大多数研究采用单次辐照，这与仅关注UVB辐射的模型类似。所有研究使用的皮肤样本均来自腹部整形手术，包括来自面部、眼睑、耳朵、手臂和乳房等解剖区域的样本。根据作者的说法，选定的辐照剂量是根据每种类型紫外线辐射的已知生物学效应及其对皮肤的单独或联合影响来确定的，以引发可测量的生理反应。
b) 剂量和暴露时间
关于暴露，仅使用UVA辐射的体外研究进行了多次辐照，时间间隔为连续2至5天，每次暴露间隔从30分钟到1小时不等。这些过程中的总剂量范围在2到16 J/cm²之间[23]、[54]、[55]。只有一项UVA辐射研究报道了20 J/cm²的急性暴露[51]。另一方面，在仅使用UVB辐射的研究中，有六项研究采用了单次暴露，剂量范围从0.03到0.7 J/cm²[43]、[57]、[58]、[60]、[61]，大约是UVA研究中剂量的10到20倍。只有Calapre等人进行的研究包括了连续四天的暴露，每天暴露时间为3小时[59]。
在同时包含UVA和UVB辐射的8项研究中，近90%的研究调查了单次暴露的效果[52]、[62]、[63]、[65]、[66]、[67]、[69]，而只有一项研究（约10%）考察了七次连续暴露的效果[68]。单次暴露研究的剂量范围从0.1到50 J/cm²不等，而唯一一项包含七次总暴露的研究中，UVA和UVB辐射的最终剂量为10 J/cm²[68]。同时使用UVA和UVB辐射的研究中，剂量范围从0.2到6 J/cm²，高于仅使用UVB辐射的研究（0.03–0.7 J/cm²），低于仅使用UVA辐射的研究（4–20 J/cm²）。只有一项研究使用了更高的剂量（0.1–50 J/cm²），该研究将皮肤样本暴露于含有UV/Vis和NIR辐射的太阳模拟器中[62]。
值得注意的是，使用UVA辐射的研究主要测试了多次暴露，而UVB辐射研究中单次暴露更为常见。这可能与所使用的辐射源强度有关（例如，可能需要多次暴露才能确保UVA辐射造成显著损伤），或者与特定研究中感兴趣的皮肤层有关（例如，UVA能深入皮肤到达真皮层，而UVB仅影响表皮层）。
c) 方法/技术和终点
在仅使用UVA辐射的4项研究中，分析了胶原蛋白、弹性蛋白和纤维蛋白的含量、组织活力以及与氧化应激相关的生物标志物（例如，DNA的氧化产物、脂质过氧化、ROS/RNS的定量）等终点。在所有研究中，发现UVA辐射会导致胶原蛋白水平下降和纤维排列的明显紊乱[23]、[51]、[54]、[55]。Saguie等人[23]和Granger等人[55]的研究还检测到参与纤维降解的基质金属蛋白酶（MMPs）表达增加，以及ROS和DNA及脂质氧化产物（如8-羟基-2'-脱氧鸟苷（8-OHdG）和丙二醛（MDA）水平的增加。在仅使用UVB辐射的研究中，不仅从结构角度评估了皮肤纤维的变化，还试图研究UVB辐射对参与胶原蛋白合成的microRNA表达的影响[56]。Bergeron等人的一项研究特别评估了caspase-14的水平，以检测细胞增殖和凋亡事件相关的标志物[43]。
在评估UVA和UVB辐射联合效应的8项研究中，遵循了一组已经为每种辐射类型描述的生物标志物。评估了细胞活力和角质形成细胞增殖、生物分子（如脂质和DNA）的氧化、直接DNA损伤，以及胶原蛋白和弹性蛋白纤维水平的变化。此外，还探讨了衰老和对免疫系统的影响。Naughton等人通过分析组蛋白H2A.J的表达来评估紫外线暴露对衰老的影响，该组蛋白调节皮肤的衰老微环境[52]，而Camouse等人通过朗格汉斯细胞的数量和功能变化来评估免疫系统[63]。还有一项研究使用电子自旋共振光谱来确定和量化UVA和UVB辐射引起的皮肤损伤[65]。表2总结了某些体外人类皮肤光损伤模型的主要特征。**光损伤的体外人类皮肤模型**
**样本**
**辐射类型**
**剂量和时间**
**终点/标志物**
**检测/技术**
**结果**
**参考文献**
**UVA辐射**
来自腹部整形手术的女性人类皮肤标本
- UVA：每天1小时，共2天（每次16 J/cm²）；或连续4天（每次30分钟，每次16 J/cm²）
**终点/标志物**
- 组织活力
- 表皮和真皮的变化
- MMP-1、MMP-8、MMP-12、MDA、ROS（活性氧）、晒伤细胞
- 胶原蛋白和弹性蛋白的定量
- MTT检测
- 组织学和免疫组织化学
- WBSDS-PAGE
- 羟脯氨酸检测
**结果**
- ROS水平升高
- 脂质和蛋白质氧化损伤增加
- 胶原蛋白表达无差异
- MMP-1、MMP-8、MMP-12和巨噬细胞表达增加
- 乳头层和网状真皮中的弹性蛋白水平降低 [23]
**UVA辐射**
单次暴露：20 J/cm²
- 使用共聚焦显微镜（AlexaFluor488和549/DAPI）检测纤维蛋白原和弹性蛋白纤维
- 组织学染色（Orcein）和免疫组织化学
- 乳头层和真皮-表皮交界处的弹性网络紊乱
- 弹性蛋白纤维破坏 [51]
**UVA辐射**
两次暴露：每次12 J/cm²
- 胶原蛋白合成评估
- 组织学观察（弹性纤维：(+)-儿茶素染色；胶原蛋白合成：含0.1% Sirius Red的苦味酸溶液）
- 弹性纤维减少
- 胶原蛋白合成减少 [54]
**UVA辐射**
每天1次，连续5天，每次4.5 J/cm²
- 胶原蛋白I 8-OHdG、MMP-1和黑色素
- 组织学（Vector VIP过氧化物酶底物试剂盒和Fontana-Masson染色）
- 8-OHdG水平升高（约35%）
- I型胶原蛋白水平降低（约40%）
- 表皮（约180%）和真皮（约110%）中的MMP-1水平升高
- 黑色素水平升高（约132%） [55]
**UVB辐射**
来自腹部整形手术的女性人类皮肤标本
- 单次暴露：0.03 a和0.05 J/cm²
- Caspase-14和丝聚蛋白表达及CPDs（DNA损伤产物）
- 免疫组织化学（苏木精和伊红（HE）染色）
- Caspase-14和丝聚蛋白表达降低
- CPDs水平升高 [43]
**UVB辐射**
来自腹部整形手术和面部区域的女性人类皮肤标本
- 单次暴露：0.01–0.2 J/cm²
- α1（XVI）胶原蛋白mRNA水平
- 免疫组织化学研究（抗α1 XVI胶原蛋白肽抗体）
- 腹部皮肤样本中的α1（XVI）胶原蛋白mRNA水平显著高于面部皮肤
- 在年轻人群中观察到表皮真皮交界处XVI型胶原蛋白的阳性反应 [56]
**来自腹部和乳房缩小手术的女性皮肤标本**
- 单次暴露：24小时，0.3 J/cm²
- 光产物CPDs
- 摄影
- 免疫组织化学研究
- UVB剂量依赖性诱导的体外UVB照射皮肤样本中的胸腺嘧啶二聚体
- 与手动计数相比，数字量化的线性测量范围增加 [57]
**来自腹部整形手术的男性及女性人类皮肤活检**
- UVB单次暴露：0.7 J/cm²
- Ubiquityl-PCNA和PCNA
- 免疫印迹
- 通过PCNA单泛素化增加TLS（DNA修复相关蛋白） [58]
**来自腹部整形手术的正常女性人类皮肤活检**
- UVB：每天3小时，连续4天，最大剂量0.1 J/cm²
- 皮肤增殖和凋亡
- 体外基因表达
- 免疫组织化学（CPDs、caspase-3、p53抗体）
- Allprep RNA/DNA迷你试剂盒（荧光）
- DNA损伤增加（CPDs阳性角质形成细胞占20%，凋亡事件占40%）
- p53功能失活和乙酰化p53减少 [59]
**来自腹部整形手术的女性人类皮肤**
- UVB单次暴露：0.35 J/cm²
- 表皮活力
- IL-8和PGE2
- 胶原蛋白和弹性蛋白
- MTT检测
- ELISA试剂盒
- 组织学分析（Masson染色）
- 表皮活力降低40%
- IL-8浓度增加3倍（约11000 pg/mL）
- PGE2水平增加2.5倍（约230 ng/L） [60]
**来自乳房或腹部缩小手术的女性皮肤**
- UVB单次暴露：0.05–0.5 J/cm²
- 组织活力
- IL-1α、IL-6、IL-8、IL-10和TNF-α、ROS及iNOS
- ELISA试剂盒
- H2-DCF和DHR探针（荧光）
- 组织活力在24小时内增加23%，48小时内减少20%
- IL-1α增加2.7倍，TNF-α增加22倍，IL-6增加1.8倍，IL-8增加1.5倍，IL-10增加3.2倍
- NO水平在24小时内减少50%，48小时内减少43%，iNOS活性降低 [61]
**UVA和UVB辐射**
来自腹部整形手术的女性人类皮肤标本
- UVA和UVB单次暴露：0.2 J/cm²
- 衰老相关基因（H2A.J）
- RT-PCR
- 免疫组织化学分析：用血清处理5天的皮肤标本中H2A.J表达降低 [52]
**志愿者皮肤活检（耳部、眼睑和乳房）**
- UVA和UVB：单次暴露0.1 J/cm²
- 基因表达（弹性蛋白26A/MMP-12/LOX）
- 组织学（H&E）
- 免疫组织化学
- 弹性蛋白26A基因表达增加
- MMP-12和LOX基因表达增加 [62]
**来自女性志愿者的皮肤活检**
- UVA和UVB：单次暴露：0–3.5 J/cm²
- Langerhans细胞数量和功能
- 免疫组织化学分析（抗CD1a检测Langerhans细胞）
- 照射皮肤中Langerhans细胞减少超过50% [63]
**来自乳房缩小手术的女性皮肤活检**
- UVA和UVB：单次暴露15分钟，2.9 J/cm²
- DNA/黑色素、蛋白质和脂质自由基
- 电子自旋共振
- 检测蛋白质自由基加合物（各向异性光谱；a(H) = 1.8 mT）；脂质（各向同性光谱；a(H) = 1.8 mT）自由基加合物及DNA碳中心自由基加合物（a(H) = 2.3 mT）和宽单线信号 [65]
**来自腹部整形手术的女性人类皮肤标本**
- UVA和UVB：单次暴露3–6 J/cm²
- 组织活力
- 真皮胶原蛋白
- MTT检测
- 组织化学染色（Picrosirius Red）
- 组织活力降低90%（3.0 J/cm²）和72%（6.0 J/cm²）
- 真皮胶原蛋白III减少20% [66]
**腹部或乳房皮肤区域（女性）**
- UVA和UVB：单次暴露16 J/cm²（UVA）和0.24 J/cm²（UVB）
- 细胞增殖
- LDH活性
- DNA损伤
- 彗星试验
- 免疫荧光
- 组织学（HE）
- UVB照射后培养基中LDH释放增加
- DNA损伤（通过UVB处理后DNA尾部的变化） [67]
**来自腹部整形手术的女性人类皮肤标本**
- UVA和UVB/可见光/IRSOL500太阳模拟器
- 七次暴露，每次10 J/cm²
- 组织活力
- ROS、CPDs、GSH、胶原蛋白和弹性蛋白水平
- Resazurin检测
- LDH活性
- ELISA试剂盒
- 组织学分析（HE和Masson-Goldner）
- 皮肤代谢活性降低65%
- 照射组LDH水平升高
- 胶原蛋白（40%）和弹性蛋白（21%）减少
- ROS阳性细胞和CPDs增加
- GSH水平降低 [68]
**来自腹部和乳房缩小手术的女性皮肤标本**
- UVA和UVB：Oriel太阳模拟器
- 单次暴露15分钟，4 J/cm²
- 8-OHdG和CPDs阳性细胞
- 免疫组织化学（红色显色剂）
- 表皮细胞中可检测到的CPDs和8-OHdG数量增加 [69]
**注：**
- n.a.：不适用；BCA：比色酸；CPD：环丁烷嘧啶二聚体；CTD：环丁烷胸腺嘧啶二聚体；DAPI：4′-6-二氨基-2-苯基吲哚；DHR：二氢罗丹明；DNA：脱氧核糖核酸；ELISA：酶联免疫吸附测定；FRAP：铁还原抗氧化能力；GSH：谷胱甘肽；H2-DCF：[2′,7′-二氯二氢荧光素二乙酸酯]；HE：苏木精和伊红；IL：白细胞介素；iNOS：诱导型一氧化氮合酶；LCs：朗格汉斯细胞；LDH：乳酸脱氢酶；LOX：脂氧合酶；MAPK：丝裂原活化蛋白激酶；MDA：丙二醛；miRNA：微小RNA；MMP：基质金属蛋白酶；MTT：3-[4,5-二甲基噻唑-2-基]-2,5-二苯四唑溴化物；OhdG：8-羟基-2′-脱氧鸟苷；PCNA：增殖细胞核抗原；PGE2：前列腺素E2；RNA：核糖核酸；ROS：活性氧；RT-PCR：逆转录聚合酶链反应；SDS-PAGE：十二烷基硫酸钠聚丙烯酰胺凝胶电泳；SEM：扫描电子显微镜；TEM：透射电子显微镜；TEWL：经皮水分流失；TNF-α：肿瘤坏死因子α；WB：Western blot。
**研究内容**
评估了促炎介质（如白细胞介素、前列腺素和一氧化氮（NO）的产生，以及诱导型一氧化氮合酶（iNOS）的活性 [59]。还直接评估了DNA损伤，特别是环丁烷嘧啶二聚体（CPDs）和环丁烷胸腺嘧啶二聚体（CTDs）的产生 [57]。一项研究分析了增殖细胞核抗原（PCNA）的泛素化，发现其过度激活会由于易出错性导致DNA突变显著增加，从而可能增加皮肤癌的风险 [70]。在评估UVA和UVB联合辐射影响的八项研究中，测量了每种辐射类型之前描述的一系列生物标志物，包括细胞活力和角质形成细胞增殖、生物分子（如脂质和DNA）的氧化、直接DNA损伤以及胶原蛋白和弹性蛋白纤维的变化。此外，还探讨了衰老和免疫系统的影响。通过分析调节皮肤细胞衰老微环境的组蛋白H2A.J的表达来评估衰老 [52]，而Camouse等人通过检查朗格汉斯细胞的数量和功能来研究免疫系统的变化 [63]。另一项研究使用电子自旋共振光谱测定和量化UVA和UVB辐射引起的皮肤损伤，通过测量UV暴露期间产生的自由基 [65]。
表2中提到的超过一半的体外研究包括组织学和免疫组织化学分析，特别是评估组织完整性、皮肤组织活力、屏障功能以及与皮肤生理相关的特定标志物的表达。组织学染色技术（如苏木精和伊红（H&E）和Masson染色）能够详细评估组织结构、纤维组织和形态变化，提供关于表皮和真皮层厚度以及培养过程中弹性蛋白和胶原蛋白纤维含量和结构组织的见解。免疫组织化学进一步允许检测和定位与关键生理过程相关的特定蛋白质，包括屏障完整性、细胞增殖、凋亡（如caspases）和炎症（如促炎介质）。这些技术对于评估组织活力、皮肤形态变化以及评估外用配方或抗衰老成分的效果至关重要，有助于研究难以量化的皮肤特异性免疫反应和分化过程。免疫组织化学分析提供了关于UVA、UVB或UVA和UVB联合辐射对皮肤样本影响的更详细见解。这些组织学变化主要在极端暴露条件下观察到，这限制了结果的生理相关性，因为这些条件不能准确模拟现实生活中的日晒情况。需要注意的是，尽管一些研究未观察到ECM纤维的厚度和/或组织结构的显著变化，但纤维的内容和结构因个体、年龄、性别和研究中包含的不同解剖区域而异。
**结论和局限性**
从所有这些研究中可以看出，光诱导活性物种对生物分子的氧化是涉及UVA辐射研究的重点，而UVB辐射暴露后的炎症和直接DNA损伤则主要被分析。迄今为止，只有一项研究探讨了UVA和UVB辐射对免疫系统的影响，特别是朗格汉斯细胞的存在与否 [63]。没有研究深入探讨系统中涉及的其他可能的介质，也未发现与朗格汉斯细胞受体之间的相互作用。已有报道指出太阳辐射会激活皮肤碳水化合物成分的糖基化反应；然而，无论是临床还是体外模型，都没有考虑与此事件相关的终点，如碳水化合物和/或皮肤糖蛋白的氧化产物（羧甲基赖氨酸、戊糖苷和甲基乙二醛衍生的氢咪唑酮） [71]、[72]。体外皮肤模型提供了有价值的机制见解，并作为测试活性化妆品成分的生理相关平台，特别是与皮肤结构、氧化应激和炎症相关的终点，所有这些都在受控条件下进行。然而，在解释结果并将发现转化为体内人类情况时，必须考虑其在系统、免疫、代谢和长期修复过程中的局限性。应在体内研究之前进行体外研究，因为它们在需要详细表征目标成分和阐明活性成分作用机制的阶段特别有价值。
共识别并分析了43项涉及人类皮肤的研究，包括24项临床试验和19个体外模型。临床研究主要关注减少衰老的临床迹象，而体外人类皮肤模型则提供了更深入的分子和细胞机制研究。临床研究很少涉及对人类参与者的直接照射或特定身体区域的照射，大多集中在减少面部区域的可见光损伤。例外的是一些使用光谱技术评估受控光照后皮肤反应的研究。相比之下，本文讨论的所有体外研究都在应用成分和/或配方之前进行了照射，其中大部分案例与从腹部手术、乳房缩小、手臂、面部和耳部区域获得的皮肤样本相关。在临床试验中，照射不仅影响皮肤，还影响其他器官和结构，可能会对其他人类生物过程产生次要影响。相比之下，体外研究仅关注特定器官，排除了辐射对其他器官的影响。大多数体外研究使用来自亚洲和/或白人捐赠者的皮肤标本，而临床研究则包括具有种族多样性的更广泛志愿者样本。体外模型允许精确量化给定剂量下的辐射损伤和活性成分的效果。相比之下，临床研究虽然揭示了个体之间的显著差异，但受到每个志愿者皮肤损伤程度的影晌，导致个体间变异性较大。分析的临床和体外研究使用了UVA和UVB辐射，但这并不模拟真实的暴露条件。反过来，使用模拟太阳辐射的设备可以提供更接近实际环境的暴露条件，因为太阳辐射除了包含UVA和UVB辐射外，还包含可见光和红外辐射。因此，有三项体外研究考虑了能够同时模拟所有这些类型辐射的设备来对样本进行照射。某些生物标志物在特定类型的辐射暴露后可能会表现出更明显的反应，例如UVA（如弹性纤维的结构）或UVB（如炎症），或者它们的联合作用（UVA和UVB，如生物分子的氧化和直接损伤、炎症以及弹性纤维水平的变化）。这种反应将取决于这两种辐射是否能够协同作用，增强效果，或者相反地，可能相互抵消影响，剂量也起着关键作用。这些研究主要评估了生物分子（如DNA和脂质氧化产物）的氧化以及炎症介质（包括白细胞介素、转录因子和前列腺素）的变化。这些标志物可以作为初步评估的关键指标，有助于验证和优化实验暴露条件。此外，观察到大多数研究分析了两种或更多种不同事件的生物标志物，从而提供了关于辐射整体影响的见解。一个特别之处在于引入了光谱技术来评估和评价紫外线对皮肤的影响。非侵入性成像技术是临床研究的可行选择，因为它们允许重复且安全地进行测量。然而，其应用往往受到高成本、技术变异性以及患者特定因素的限制。例如，缺乏标准化协议以及设备灵敏度和空间分辨率的变化可能导致数据结果不一致，并可能限制每位患者可以进行的研究次数。所有使用这些技术的研究似乎都处于早期阶段，主要集中在检测和识别照射后发生改变的各种生物分子中的化学键相关谱带。这些变化可以作为理解特定分子修饰的基础。在这些研究中探索的光谱技术中，拉曼光谱因其能够检测多种生物分子（核酸、脂质和碳水化合物）以及细胞外基质纤维的变化而受到重视，正如Kourbaj等人[32]所报告的那样，它还可以用于估计志愿者的皮肤老化程度，因此这项技术可以有效地应用于临床和体外研究。
需要强调的是，尽管回顾的体外和临床研究为早期紫外线引起的皮肤损伤提供了宝贵的见解，但在将某些效果归因于光老化时，区分急性光损伤模型和真正的光老化是很重要的。光老化是一个由多年反复的亚红斑暴露驱动的慢性累积过程[1]，[2]，[3]，而大多数引用的研究使用的是针对即时分子终点的短期照射方案。然而，这些模型能够有效捕捉到初始事件，如氧化应激和早期炎症事件，但无法完全再现长期光老化所特有的渐进性细胞外基质重塑、皮肤结构变化和衰老过程。这一限制在解释结果时尤为重要，因为短期反应可能无法预测持续的临床益处。
7. 化妆品法规和新模型的实施
根据法规（EC）No 1223/2009，化妆品产品的合规性不仅包括安全性评估，还涵盖了产品声明的验证[73]。声明必须符合欧盟委员会法规（EU）No 655/2013的标准，要求准确性、证据支持、公平性和避免误导[74]。欧盟成员国的监督使得声明验证成为合规策略的必要条件，这影响了产品的市场批准和分类。所需证据的范围和性质取决于声明的具体内容、目标用户和产品用途，这些证据可以来自严格的临床研究、仪器数据、科学可靠的体外和/或体外实验、相关的消费者研究，或者有针对性的稳定性和性能测试，目的是加强和支持效果声明[73]，[74]。
自2013年起禁止动物实验后，化妆品成分和产品的安全性评估采用了替代方法和模型，如计算机模拟（in silico）、体外（in vitro）、体外（ex vivo）和体内（in vivo）研究[20]。然而，在评估成分的有效性时，体外研究仍然被广泛使用，随后是对最终配方的临床研究。精确的测试框架强调了开发新的测试模型（如体外人体皮肤模型）的重要性。将先进的体外人体皮肤模型引入成分和配方的有效性评估中，大大缩短了初步体外筛选和临床研究之间的差距。这可以减少与临床研究相关的成本和伦理问题，同时保持科学严谨性，并获得对成分和配方在人体中效果的相对准确和生理相关的反应。这些新模型的验证应逐步进行。第一阶段包括初步验证，确认所有皮肤层保持完整，评估组织代谢活动，并确保正确的结构组织没有变化（例如，通过组织学分析验证）。接下来，需要标准化程序，特别是关于a) 皮肤样本的来源和b) 实验条件。例如，供体的性别、年龄和样本的解剖部位等因素应该标准化。此外，只应使用健康的供体样本，因为病理状况（如肥胖）可能会改变炎症特征和生物标志物的表达，从而影响皮肤反应。还应定义皮肤样本的储存和维护条件。在这篇综述中，大多数研究的体外人体皮肤模型使用了添加了抗生素的DMEM培养基，在空气-液体界面中培养最多七天。研究的对照条件也必须明确建立。例如，对于评估成分和/或配方在预防或减轻太阳辐射损伤方面的效果的模型，必须标准化并报告参数，如光模拟设备的类型、太阳辐射波长范围、照射剂量、温度控制和暴露时间。在最后阶段，实验和验证应在具有高质量控制标准的不同认证实验室中进行，并且结果需要协作分析，以识别和最小化实验室间的差异，并评估结果的准确性和可重复性。
8. 未来展望
对于未来的研究，探索更多特定于皮肤的条件将很有价值，考虑到化妆品产品的目标应用。例如，为了弥补皮肤色素沉着反应的差距，开发包含更多Fitzpatrick皮肤类型V-VI供体的体外模型是合适的。应用于模型的暴露时间和最终剂量应根据具体的研究目标进行调整。如前所述，光老化是一个持续多年的慢性累积过程，因此建议进行多次长时间暴露的研究，以研究高日照职业中的皮肤损伤（例如，实施14天或更长时间的重复照射方案，剂量为1.5 MED）。应使用能够模拟现实世界暴露条件的太阳模拟设备，包括太阳辐射光谱中的各种辐射（紫外线、可见光和近红外）。除了常见的生物标志物（如氧化应激、炎症和衰老标志物（如β-半乳糖苷酶活性和p53及p16信号通路的变化）外，还应探索晚期糖基化终产物。免疫抑制也是这些皮肤模型中一个未充分探索的领域，包括基因表达的分析以及调节性T细胞和树突状细胞等免疫细胞的迁移。将显微技术纳入皮肤光损伤模型中也可能是有趣的，但据我们所知，已报道的研究主要关注皮肤纤维的变化。理想情况下，结合使用多种光谱技术将是获得更可靠结果的最佳策略。
方法的验证是确保结果可靠性的关键点，以保证所有实验的质量。在实验设计中强烈建议包含对照物质（阳性对照、阴性对照和/或制备成分溶液的溶剂），并仔细选择这些对照物质，以确保观察到的效果直接归因于引入的变量（例如太阳辐射暴露）。这种方法还为解释观察到的效果提供了可靠的参考，例如在使用已被证明有效的成分时。
9. 结论
太阳辐射影响皮肤的生物和代谢过程，导致皮肤过早老化。已经提出了临床和体外方法来评估太阳辐射的影响，特别是为了验证化妆品产品的声明。临床研究的优势在于能够评估安全性和有效性，捕捉活体人类皮肤中的复杂相互作用，包括系统性免疫反应。相反，体外模型允许在受控条件下进行详细的机制研究，保持关键的皮肤结构，并能够针对性地研究细胞和分子生物标志物。体外模型最适合用于产品筛选和开发阶段，但也可以作为体内研究的替代方案，克服伦理限制。这些模型结合使用还可以提供更全面的表征。建议使用太阳模拟器来更好地模拟实验环境中的实际太阳暴露条件。此外，新兴技术如皮肤芯片平台、模仿人体皮肤结构和功能的微流控设备为填补当前研究空白提供了有希望的途径。这些系统提供了动态的、生理相关的环境，能够紧密再现皮肤的多细胞结构和微环境复杂性，同时实现更高的通量和实验变量的精确控制。未来的研究应致力于开发更多与皮肤相关的模型，包括更广泛的Fitzpatrick皮肤类型供体，以更好地捕捉皮肤色素沉着差异。此外，应优化暴露参数，如照射剂量和持续时间，以模拟真实的慢性太阳暴露。除了传统的生物标志物外，评估晚期糖基化终产物和免疫抑制标志物将进一步加深对机制的理解。这篇综述总结了当前关于人类皮肤光老化模型的文献，明确了临床和体外研究在应用、结果和限制方面的关键差异。通过提供最新的可用人体皮肤模型概述，我们旨在促进未来研究和产品评估中更先进和预测性模型的发展。
作者贡献声明
Ana Jesus：撰写——原始草稿、方法学、正式分析。
João P. Silva：撰写——审阅与编辑、概念化。
Honorina Cidade：撰写——审阅与编辑、监督。
Maria T. Cruz：撰写——审阅与编辑、监督。
Emília Sousa：撰写——审阅与编辑。
Isabel F. Almeida：撰写——审阅与编辑、监督、概念化。
资金支持
这项工作得到了葡萄牙科学技术基金会（FCT）的国家资金支持，涉及应用分子生物学研究组（UCIBIO）的项目UIDP/04378/2020（https://doi.org/10.54499/UIDP/04378/2020）和UIDB/04378/2020（https://doi.org/10.54499/UIDB/04378/2020），健康与生物经济联合实验室（i4HB）的项目LA/P/0140/2020，以及海洋天然产物与药物化学小组——海洋与环境研究跨学科中心（CIIMAR）的项目UIDP/04539/2020和UIDB/04539/2020，以及创新生物医学与生物技术中心（CIBB）的项目LA/P/0058/2020。这项研究还得到了FCT的国家资金支持，涉及战略资助UIDB/04423/2020（https://doi.org/10.54499/UIDB/04423/2020）、UIDP/04423/2020（https://doi.org/10.54499/UIDP/04423/2020）和LA/P/0101/2020（https://doi.org/10.54499/LA/P/0101/2020）的范围。此外，这项研究还得到了欧洲区域发展基金（ERDF）的支持，通过Centro 2020区域运营计划下的项目CENTRO-01–0145-FEDER-000012（HealthyAging2020）。Ana Jesus感谢她的博士学位资助（https://doi.org/10.54499/UI/BD/151319/2021），该资助完全由FCT提供。João P. Silva还感谢FCT提供的2021.01789.CEECIND/CP1662/CT0014研究合同。
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