CAPACITÀ FOTOPROTETTIVA
NATURALE
DELLA CUTE
potenziamento con
antiossidanti topici
Pietro Santoianni
Università di Napoli Federico II
Dipartimento di Patologia sistematica - Dermatologia
Dottorato di Ricerca in Dermatologia Sperimentale
UV / effetti
Radiazione UV
assorbita da cromofori endogeni*
NADH-NADPH, riboflavine
citocromi
triptofano e altri aminoacidi
proteine enzimatiche (ossid.)
acido urocanico
basi del DNA (maggiore cromoforo per l’ UVB)
* Sander CS et al. J Invest Dermatol 2002
* Hanson KM, Simon JD. Proc Natl Acad Sci USA 1998
UV / effetti
UVB
290-320 nm
UVA
320-400 nm
azione diretta sul DNA
effetti indiretti
e mutazioni
danno indiretto del DNA
induce in condizioni sperimentali
mutazioni
immunodepressione
UV / effetti
eventi molecolari
indotti da UV
causa delle specifiche alterazioni
cliniche ed istologiche
• fotodanno del DNA
• Specie Reattive Ossigeno (ROS)
(ossigeno singoletto, perossido di H, anione superossido)
UV
- liberazione di mediatori
•
•
•
•
•
•
citochine
chemochine
fattori di crescita
prostaglandine
fattori immunosoppressivi
neuropeptide alfa MSH
- inibizione del rilascio di alcune citochine
modulazione della risposta immunitaria
cutanea
Valutazione in vitro dell’effetto di UVA sulla liberazione di istamina da basofili
UVA ha azione dose-dipendente
- a basse dosi irradiative riduzione del rilascio di istamina - a dosi crescenti incremento
fotoimmunomodulazione
UV
cascata alterazioni immunologiche
depressione risposta immunitaria
locale e sistemica
fotoimmunomodulazione
UV
forma acido cis-urocanico (cis-UCA)
nella cute fotoesposta
cis-UCA
immunomodulazione
e
coinvolto nella inibizione della immunità tumorale
produzione cis UCA è correlata
- all’ irradiazione solare
- al livello e al tipo di pigmentazione
melaninica
soggetti a pelle chiara e bambini
(esposti a radiazione UV)
producono più cis-UCA
soggetti a pelle chiara e bambini
- a più alto rischio di immunodepressione UV indotta?*
Produzione cis UCA è correlata all’insorgenza
di MC o di NMSC?
* Norval M. J Photochem Photobiol B 2001
* de Fine Olivarius F et al. J Photochem Photobiol B 1999
esposizione solare
in tutte le età
è determinante
effetti della fotoimmunomodulazione
regolati da
suscettibilità genetica *
* Ullrich SE. Front Biosci 2002
* Norval MJ. Photochem Photobiol B 2001
§
esposizione solare rilevante fattore di rischio
radiazioni ultraviolette (290-400 nm)
- effetti negativi della irradiazione
accumulata nel tempo
epiteliomi
invecchiamento
- intensa esposizione solare precoce
incidenza del MC
interazione con fattori genetici
capacità fotoprotettiva della cute
FOTOPROTEZIONE NATURALE
UV causa molteplici effetti biologici
nella cute sono presenti
azioni protettive
numerosi
sistemi di fotoprotezione
(scavenger di radicali liberi – antiossidanti,etc)
Fotoprotezione naturale
sistemi endogeni
interagenti tra loro
Sistema complesso di protezione
apacità fotoprotettiva della cute
I sistemi di protezione
sono attivati dall’irradiazione UV
capacità fotoprotettiva della cute
La cute contiene un gran numero di
antiossidanti
complessi
meccanismi di interazione
proteggono
dai ROS e dagli altri radicali liberi
prodotti dalla intensa esposizione
capacità fotoprotettiva della cute
 pool antiossidanti
(tocoferoli,ascorbato,glutatione,etc)
HSP
“Heat Shock Proteins”
citocromo P450
(monossigenasi microsomiali)
alcune citochine
……
sistema di difesa naturale
efficiente protezione cellulare dal danno UV-indotto
(e verso altri insulti endogeni ed esogeni)
capacità fotoprotettiva della cute
“Heat Shock Proteins (HSP)”
adattamento e protezione
riduzione dell’impatto sulla cute
di condizioni ambientali dannose*
*Trautinger F. J Photochem Photobiol B 2001
capacità fotoprotettiva della cute
UV (principalmente UVB)
(cheratinociti)
aumentata espressione di HSP-72
•protezione cellulare dal danno UV-indotto *
•prevenzione di cancerogenesi cutanea e
photoaging **
* Zhou X. J Invest Dermatol 1998
**Marrot L et al. Photochem Photobiol 1999
capacità fotoprotettiva della cute
antiossidanti endogeni
emossigenasi (HO)
attività enzimatica ed altre
funzioni
“stress induced proteins”
produzione indotta da UV
protezione dalla fotoesposizione cronica *
* Raikin GY et al. Biochemistry 2000
pool antiossidanti
down regulation e controllo effetti UV
La capacità antiossidante è più alta nelle
cellule cheratinizzate rispetto agli strati
germinali
capacità fotoprotettiva della cute
antiossidanti endogeni
scavengers radicali liberi
 tocoferolo
ascorbato
(riserva attività
antiossidante)
 carotene
GSH perossidasi
Catalasi
Licopene
SOD
Ubichinone
GSH
Ac.alfalipoico
Taurina
Altri sistemi riducenti
-NADPH-NADP+
-NADH-NAD+
capacità fotoprotettiva della cute
antiossidanti endogeni non enzimatici
scavengers radicali liberi
Tocoferoli
Ascorbato
radicali liberi
Carotenoidi
Ossicarotenoidi
Ubichinone (c.Q)
Glutatione
Ac.alfa lipoico
Taurina
lipidi perossidi
specie reattive
dell’ossigeno
capacità fotoprotettiva della cute
antiossidanti endogeni enzimatici
SOD
anione superossido
Superossido dismutasi
Catalasi
H2O2
protezione
GSH perossidasi
H202 e perossidi lipidi
GSH reduttasi
GSSG
Sintesi enzimi antiossidanti:
Se - Zn - (Cu)
I sistemi di protezione sono
attivati dall’irradiazione UV
La maggior parte dei
sistemi naturali
di fotoprotezione
diviene insufficiente
dopo intensa e prolungata esposizione UV
La fotoprotezione
locale e sistemica
consente di potenziare tali sistemi
potenziamento della fotoprotezione naturale
Studi di fotoprotezione topica
catalasi
prevenzione delle
(studi in vitro)
SOD
effetto protettivo (dati sperimentali
su topi)
sunburn
cells
derivati
cisteina
Prevenzione
dell’immunosoppressione
UV indotta (topi)
ascorbato
effetto protettivo (instabile)
taurina
effetto protetivo verso eritema
-carotene
risultati negativi
-tocof. acetato
effetto protettivo
 -glucano
diminuisce la immunosoppressione UV
potenziamento fotoprotezione naturale / fotoprotezione topica
antiossidanti endogeni e scavenger
Vit E
gruppo di tocoferoli e tocotrienoli
(alfa-tocoferolo maggiore attività biologica)
-
controllo catena ossidativa
attività scavenger
altre attività (stabilizz. membrane, etc)
potenziamento fotoprotezione naturale / fotoprotezione topica
antiossidanti endogeni e scavenger
Vit E
- prevenzione del fotodanno DNA
alfa tocoferolo 1%
dopo irradiazione:
riduzione del 50 %
formazione dimeri timina*
- riduzione immunosoppressione da UV**
* Mc Vean M, Liebler DC. Carcinogenesis 1997
** Gensler , Magdaleno et al.Nutr Cancer 1991
potenziamento fotoprotezione naturale / fotoprotezione topica
antiossidanti endogeni e scavenger
Vit E
- cheratinociti epidermici irrad. UVB (30-60 mJ)
notevole riduzione di “cellule vitali” *
(topo)
- applicazione di Vit E prima e dopo irradiazione*
• notevole incremento di “viable cells”
• contemporanea riduzione di cellule apoptotiche
* Maalouf S et al. Mol Carcinog 2002
potenziamento fotoprotezione naturale / fotoprotezione topica
antiossidanti endogeni e scavenger
Vit E
difesa dal danno UV
effetto protettivo verso UVB e UVA*
(colture di cheratinociti umani)
deficit: aumento perossidi nella cute**
irradiazione UV e VIS
*
*
°
**
(topo)
accentua il deficit°(uomo)
Quiec et al. J Invest Dermatol 1995
Kondo et al. Photodermatol Photoimmunol Photomed 1990
Werninghaus,Gilchrest et al. Photodermatol Photoimmunol Photomed 1991
Igarashi et al.Br J Dermatol 1989
potenziamento fotoprotezione naturale / fotoprotezione topica
antiossidanti endogeni e scavenger
Vit E
applicazione alfa tocoferolo:
(topo)
- aumento della vitamina nella cute
(decine di volte)*
- dopo irradiazione UV (290-400 nm):
concentrazione ancora elevata
* Lopez-Torres et al. Br J Dermatol 1998
potenziamento fotoprotezione naturale / fotoprotezione topica
antiossidanti endogeni e scavenger
Vit E
alfa tocoferolo
applicazione topica ( uomo)
- inibisce l’eritema UV indotto*
- diminuisce la formazione di “sunburn cells”**
prima e anche dopo irradiazione
* De Rios et al. J Invest Dermatol 1978
** Cesarini et al. Photochem Photobiol 1988
potenziamento fotoprotezione naturale / fotoprotezione topica
antiossidanti endogeni e scavenger
Vit E
• prevenzione danni da ROS
sulla produzione di collagene*
( colture di fibroblasti umani)
• deficit : aumento di collagene insolubile**
( protezione da perossidi inefficace)
(ratto)
rallenta il danno ossidativo nell’ invecchiamento
* Tanaka et al. Dermatol Res 1993
** Igarashi et al. Br J Dermatol 1989
potenziamento fotoprotezione naturale / fotoprotezione topica
antiossidanti endogeni e scavenger
Vit E
(alfa tocoferolo instabile)
• tocoferolo acetato
assorbito e convertito a tocoferolo libero*
- riduce il danno da UV
prima dell’irradiazione UVB ed anche dopo **
- è molto attivo verso il danno da UV***
• tocoferolo sorbato
* Norkus et al. Photochem Photobiol 1993
** Trevithick et al. Scanning Microsc 1993
*** Jurkiewicz et al. J Invest Dermatol 1995
(topo)
(topo)
potenziamento fotoprotezione naturale / fotoprotezione topica
antiossidanti endogeni e scavenger
Vit E
• tocoferolo acetato 10%
- riduce l’eritema da UV
prima dell’irradiazione UVB ed anche dopo*
* Nino et al. Ann It Dermatol 2002
(uomo)
potenziamento fotoprotezione naturale / fotoprotezione topica
antiossidanti endogeni e scavenger
L’ aumento del tocoferolo probabilmente modula
la regolazione genica degli antiossidanti enzimatici
applicazione alfa tocoferolo:
aumento di
ascorbato, GSH, SOD
Up-regulation del sistema antiossidante endogeno
potenziamento fotoprotezione naturale / fotoprotezione topica
antiossidanti endogeni e scavenger
Carotenoidi
Beta carotene, licopene,
ossicarotenoidi (es.zeaxantina e luteina)
i carotenoidi non richiedono
rigenerazione:
“quencing” è di natura fisica e lascia la struttura
intatta
potenziamento fotoprotezione naturale / fotoprotezione topica
Beta carotene
tocoferolo. e ac. Ascorbico
e
proteggono dall’azione
eritemigena di UVB *
(topo)
Beta carotene e vit E
riducono il danno da UVA
degli enzimi antiossidanti °
* Shindo et al. J Invest Dermatol 1993
° Evelson P et al. J Photochem Photobiol B 1997
(topo)
potenziamento fotoprotezione naturale / fotoprotezione topica
antiossidanti endogeni e scavenger
VIT E
l’incremento da UVA di MMP-1 mRNA
è soppresso solo da aggiunta di vitamina E
in colture con beta carotene e licopene*
vit E :potenziale fotoprotettivo intrinseco
“stabilizzante” le capacità fotoprotettive di altri
antiossidanti*
* Offord et al. Free Radical Biol Med 2002
potenziamento fotoprotezione naturale / fotoprotezione topica
antiossidanti endogeni e scavenger
Ascorbato
radicale ascorbato è ridotto
da sistemi comprendenti
NADPH-NADP+
NADH-NAD+
rigenera radicali tocoferolo
riserva attività antiossidante
potenziamento fotoprotezione naturale / fotoprotezione topica
antiossidanti endogeni e scavenger
Vit E e Vit C
efficace fotoprotezione
- a dosi basse
-una singola applicazione prima dell’irradiazione*
(topo)
Incremento del network antiossidante
* Steenvoorden et al. Int J Radiation Biol 1999
potenziamento fotoprotezione naturale / fotoprotezione topica
antiossidanti endogeni e scavenger
Glutatione – esteri
(non penetrazione GSH)
GSH etilestere:
- aumento GSH nell’epidermide*
(topo)
- effetto fotoprotettivo
- controllo dell’immunodepressione UV indotta
Sistema GSH – Se - Tocoferolo
* Steenvoorden et al. Radiat Res 1998
potenziamento fotoprotezione naturale / fotoprotezione topica
antiossidanti endogeni e scavenger
Cisteina – derivati
prevenzione dell’immunosoppressione
UV indotta * (topo)
effetto fotoprotettivo
mediato da inibizione cis-Urocanico?
*Steenvoorden et al. Radiat Res 1998
potenziamento fotoprotezione naturale / fotoprotezione topica
antiossidanti endogeni e scavenger
Acido alfa-lipoico
cofattore enzimatico tiolico delle deidrogenasi
• penetra facilmente nella cute*
e trasformato in acido diidrolipoico°
potente antiossidante*
* Podda M et al. Biochem Pharmacol 1996
° Podda M et al. Biochem Biophys Res Commun 1994
(topo)
potenziamento fotoprotezione naturale / fotoprotezione topica
antiossidanti endogeni e scavenger
Taurina
aminoacido libero a livello tessutale
neutralizza ROS e regola flussi ionici
a livello biomembrane
si riduce con l’età - 40 %
- UV inibisce enzima responsabile formazione
supplementazione topica
riduce eritema UV indotto *
(uomo)
potenziamento fotoprotezione naturale / fotoprotezione topica
Il sistema antiossidante può essere modulato
cambiando un singolo parametro del pool
Interdipendenza dei vari antiossidanti con incremento
della totale capacità antiossidante
Up-regulation del sistema antiossidante endogeno
potenziamento fotoprotezione naturale / fotoprotezione topica
antiossidanti endogeni e scavenger
Studi sull’applicazione topica (enzimi)
Catalasi
SOD
Emossigenasi
prevenzione delle cellule sunburn*
(studi in vitro-topo)
effetto protettivo** (topo)
produzione indotta da UV
attività di scavenger su ferro° (uomo)
( < radicale idrossilico)
protezione dalla fotoesposizione cronica
* Miyachi Y et al. Clin Exp Dermatol 1983
** Miyachi Y et al. J Invest Dermatol 1987
° Vile G et al. Proc Natl Acad Sci Usa 1994
Fotoprotezione Sistemica
Licopene
protezione verso eritema
UV (dieta ricca)*
-Carotene
una parte ridotta è assorbita
effetti collaterali ad alte dosi
*Stahl W et al. J Nutr 2001
fotoprotezione naturale
Pigmentazione costituzionale
- è il determinante più importante
della fotosensibilità*
- e influenza
la immunomodulazione UV indotta**
*Lock-Andersen et al. Photodermatol Photoimmunol Photomed 1997
**de Fine Olivarius et al. J Photochem Photobiol B 1999
fotoprotezione naturale
capacità di pigmentazione
- nei soggetti capaci di una buona abbronzatura
le esposizioni solari durante l’ infanzia
costituirebbero
elemento di protezione *
- con l’aumento dell’esposizione sarebbero più protetti
*White et al. Am J Epidemiol 1994
fotoprotezione naturale
La determinazione
delle caratteristiche
fenotipiche
(colore, fototipo, etc)
costituisce un criterio i
importante per la valutazione
del rischio di fotodanno
fotoprotezione naturale
La reattività cutanea alle radiazioni UV
presenterebbe un miglior accordo con le
caratteristiche fenotipiche
determinate
mediante l’analisi delle melanine
identificazione
del tipo e del livello di melanine *
* Prota G. 10th Meeting European Society of Pigment Cell Research
fotoprotezione naturale
pigmenti melanici: diversità molecolare
eumelanine ______polimerizzazione 5-6- idrossiindoli
- feomelanine ______polimerizzazione via cisteinil-DOPA
- prodotti di modificazioni ossidative*
*Prota G et al. Biochim Biophys Acta 2000
fotoprotezione naturale
vari tipi di melanine *
a differenti
proprietà fisico-chimiche
non identiche
proprietà fotobiologiche **
* Prota G. Pigment Cell Res 2000
** Ortonne JP. Br J Dermatol 2002
fotoprotezione naturale
rapporto
feomelanine / eumelanine
parametro indice di fotosensibilità
e di rischio per
NMSC e MC*
* Snellman E et al. Photochem Photobiol1995
*Vincensi MR et al.(Univ. Federico II) Melanoma Res 1998
fotoprotezione naturale
Il rapporto tra tipi di melanine
può costituire un fattore di
protezione naturale
microanalisi tipi di melanine