芝麻酚通过MAPK信号通路调控AQP3与HAS2增强皮肤屏障功能的体外与分子对接研究

《Scientific Reports》：Sesamol regulates AQP3 and HAS2 via MAPK signaling for skin barrier protection an in vitro and molecular docking study

本研究针对皮肤屏障损伤引发的光老化和炎症性皮肤病，探索了芝麻酚（sesamol）对角质形成细胞中水通道蛋白3（AQP3）和透明质酸合成酶2（HAS2）的调控机制。结果表明，芝麻酚通过激活MAPK信号通路，促进透明质酸（HA）分泌，抑制紫外线B（UVB）诱导的透明质酸酶（HYAL）表达，并修复肿瘤坏死因子-α（TNF-α）引起的皮肤屏障功能损伤。该研究为开发芝麻酚作为皮肤屏障保护剂提供了理论依据，对化妆品和皮肤病治疗领域具有重要意义。

　　

皮肤是人体最大的器官，它如同一位忠诚的卫士，默默守护着我们的健康。它不仅要抵御外界环境中的各种有害物质，还要维持体内的水分平衡和免疫稳定。然而，这位卫士并非无坚不摧。日常生活中，紫外线辐射、环境污染、化学刺激以及内在的炎症反应，都可能损伤皮肤屏障。一旦屏障功能受损，就像城墙出现了裂缝，外界的过敏原和微生物便会趁虚而入，引发一系列问题，如皮肤干燥、瘙痒、红肿，甚至导致或加重慢性皮肤疾病，如特应性皮炎和银屑病。更令人担忧的是，近年研究发现，皮肤屏障的破坏还与心血管疾病、代谢紊乱等系统性健康问题相关联。因此，如何有效修复和保护皮肤屏障，成为了皮肤健康领域一个至关重要且亟待解决的课题。

在维持皮肤健康和年轻态的过程中，有两种关键分子扮演着核心角色：透明质酸（Hyaluronic Acid, HA）和水通道蛋白3（Aquaporin 3, AQP3）。透明质酸是一种强大的保湿因子，它能像海绵一样锁住大量水分，使皮肤充盈、有弹性。然而，直接涂抹在皮肤表面的透明质酸因其分子量大，难以被深层吸收，效果有限。因此，从内部促进皮肤细胞自身合成透明质酸，成为更理想的策略。这个过程的关键“引擎”是透明质酸合成酶2（Hyaluronan Synthase 2, HAS2）。另一方面，水通道蛋白3（AQP3）则像是皮肤细胞上的“水通道”，负责运输水分和甘油，对于维持皮肤 hydration（水合作用）至关重要。研究表明，缺乏AQP3的皮肤，其屏障修复速度会显著减慢。有趣的是，细胞内的一条重要信号通路——丝裂原活化蛋白激酶（Mitogen-Activated Protein Kinase, MAPK）通路，被发现可以同时调控HAS2和AQP3的表达。这为寻找能够通过激活这条通路来增强皮肤屏障功能的天然活性成分提供了线索。

食物来源的天然化合物因其安全性高、副作用小，在化妆品和皮肤保健品研发中备受青睐。芝麻酚（Sesamol）是芝麻油中的主要酚类化合物，已知具有强大的抗氧化、抗炎特性，并在抗衰老和皮肤美白方面显示出潜力。然而，它是否能够以及如何通过上述机制来保护和修复皮肤屏障，尚不明确。基于此，韩国庆熙大学和世明大学的研究团队在《Scientific Reports》上发表了一项研究，旨在深入探索芝麻酚对皮肤屏障的保护作用及其背后的分子机制。

为了开展这项研究，研究人员主要运用了几项关键技术：首先，他们使用人永生化角质形成细胞（HaCaT keratinocytes）作为体外模型，模拟人体皮肤屏障；其次，通过细胞活性检测（MTT法）确定了芝麻酚的安全使用浓度；第三，采用酶联免疫吸附测定（ELISA）来量化细胞分泌的透明质酸（HA）含量；第四，利用蛋白质印迹（Western Blot）和定量实时聚合酶链反应（qRT-PCR）技术，分别检测关键信号通路蛋白的磷酸化水平以及相关基因（如AQP3, HAS2, HYAL, CD44）的mRNA（信使核糖核酸）表达变化；第五，通过分子对接（Molecular Docking）模拟了芝麻酚与靶点蛋白（如MAPK家族成员、AQP3、HAS2）的结合模式和亲和力；最后，构建了UVB（紫外线B）诱导的光老化模型和TNF-α（肿瘤坏死因子-α）诱导的皮炎模型，并通过测量跨上皮电阻（Transepithelial Electrical Resistance, TEER）来评估皮肤屏障功能的修复情况。

3.1. 芝麻酚处理后的HaCaT角质形成细胞活力

研究首先确认了芝麻酚对HaCaT细胞的安全性。在浓度高达25μM时，芝麻酚处理24小时后，细胞存活率仍超过90%，表明在该浓度范围内芝麻酚对细胞没有毒性。因此，后续实验选用了6.25, 12.5和25μM这三个浓度。

3.2. 芝麻酚增加HaCaT角质形成细胞中HA的分泌

ELISA结果显示，芝麻酚能浓度依赖性地显著增加HaCaT细胞向细胞外基质分泌的HA量。25μM的芝麻酚使HA分泌量比未处理对照组增加了28.7%，效果与阳性对照全反式维甲酸（ATRA）相当。这表明芝麻酚确实能诱导HaCaT细胞合成更多的HA。

3.3. 芝麻酚通过MAPK、CREB、Akt和NF-κB信号通路上调HAS2

为了探究芝麻酚促进HA分泌的机制，研究人员检测了相关信号通路蛋白的磷酸化水平。结果发现，芝麻酚处理能显著增强MAPK通路关键成员p38、细胞外信号调节激酶（ERK）和c-Jun N-末端激酶（JNK）的磷酸化。同时，芝麻酚也提高了转录因子环磷腺苷效应元件结合蛋白（CREB）、蛋白激酶B（AKT）和核因子κB（NF-κB）的磷酸化水平。这些转录因子的激活与HAS2基因的表达调控密切相关。这表明芝麻酚通过激活MAPK、CREB、AKT和NF-κB信号通路，进而促进了HAS2的表达和HA的合成。

3.4. 芝麻酚通过MAPK信号通路影响AQP3和HAS2的mRNA表达

正如预期，qRT-PCR结果显示，芝麻酚浓度依赖性地提高了AQP3和HAS2的mRNA表达水平。为了验证MAPK通路在此过程中的关键作用，研究人员在使用芝麻酚的同时，分别加入了p38抑制剂（SB203580）、ERK抑制剂（U0126）和JNK抑制剂（SP600125）。结果发现，这些抑制剂均能显著逆转芝麻酚对AQP3和HAS2 mRNA表达的上调作用。这强有力地证明，芝麻酚正是通过MAPK信号通路来调控AQP3和HAS2的表达。

3.5. 分子对接

分子对接模拟结果显示，芝麻酚能够与MAPK通路中的ERK、JNK、p38蛋白，以及AQP3和HAS2蛋白形成稳定的结合。其结合能（GlideScore）在-4.912至-6.585 kcal/mol之间，表明具有中等至较强的结合亲和力。芝麻酚主要通过其羟基和苯环与靶蛋白的特定氨基酸残基（如天冬氨酸、谷氨酸、赖氨酸等）形成氢键或疏水相互作用。这一结果从计算模拟的角度证实了芝麻酚可以直接与这些关键靶点结合，为其调控作用提供了结构基础。

3.6 芝麻酚增加HaCaT角质形成细胞中CD44的mRNA表达

CD44是HA的主要细胞表面受体，HA与CD44结合形成的复合物在皮肤屏障修复和细胞分化中起重要作用。研究发现，芝麻酚处理能剂量依赖性地提高CD44的mRNA表达，25μM芝麻酚使其表达水平增加了29%。这表明芝麻酚不仅增加了HA的产量，还可能通过上调其受体CD44，促进HA-CD44复合物的形成，从而更有效地发挥屏障修复功能。

3.7. 芝麻酚降低UVB诱导的HaCaT角质形成细胞中HYAL的mRNA表达

在UVB诱导的光老化模型中，UVB照射显著上调了四种透明质酸酶（HYAL1, HYAL2, HYAL3, HYAL4）的mRNA表达，这意味着HA的降解会加剧。然而，芝麻酚处理有效抑制了这种UVB诱导的HYAL表达上调，对HYAL1-4的抑制率分别达到80.5%, 76.8%, 63.8%和75.3%。这表明芝麻酚在光老化条件下能通过抑制HA的降解来维持皮肤中HA水平的稳定。

3.8. 芝麻酚修复受损的皮肤屏障

TEER值是评估皮肤屏障完整性的金标准，TEER值越低，表明屏障功能越差。在TNF-α诱导的皮炎模型中，单独使用TNF-α处理导致TEER值在24小时内持续下降（降低23.28%）。而同时加入芝麻酚或ATRA，则能逆转这种下降趋势，使TEER值随时间逐渐恢复。值得注意的是，25μM芝麻酚的修复效果甚至优于阳性对照ATRA。这直接证明了芝麻酚具有修复炎症性皮肤屏障损伤的能力。

综上所述，这项研究系统地揭示了芝麻酚作为一种天然食物来源的化合物，在保护和管理皮肤屏障方面的多重功效和机制。首先，在正常条件下，芝麻酚通过激活MAPK信号通路，进而上调AQP3和HAS2的表达，促进内源性HA的合成，并同时增加HA受体CD44的表达，从而增强皮肤的保湿能力和屏障功能。其次，在UVB引起的光老化应激下，芝麻酚能有效抑制HA降解酶HYAL的活性，防止HA的过度流失。最后，在TNF-α引发的炎症性屏障损伤中，芝麻酚展现出强大的屏障修复能力。

该研究的结论为开发以芝麻酚为基础的皮肤护理产品和辅助治疗皮肤屏障相关疾病的药物提供了坚实的科学依据。其意义在于不仅发现了一种具有应用前景的天然活性成分，更深入阐明了其多靶点、多通路的作用机制，连接了皮肤保湿、抗光老化和抗炎修复等多个重要环节。当然，本研究目前仅限于细胞水平的验证，芝麻酚的实际效果仍需在未来通过更复杂的皮肤模型、动物实验乃至临床试验来进一步确认。但毋庸置疑，这项研究为利用天然成分精准调控皮肤健康开辟了新的思路。