欧莱雅防晒研究：太阳光诱导皮肤色素沉着的量化分析

通常在考虑防晒产品时，主要关注的是对抗紫外线（尤其是UVA和UVB）的影响，因为这些被广泛认为是导致皮肤老化和晒伤的主要原因。然而，除了UVA和UVB外，太阳光中其他波长（如HEV）对皮肤色素沉着也有显著影响。大多数现有研究主要集中在防护紫外线上，对可见光和高能蓝紫光（HEV）的研究相对缺乏。欧莱雅的一篇论文，通过临床研究详细分析了UVA1、HEV和可见光波段及其子域对皮肤色素沉着的影响……

 

 

340 ~ 400 nm波段的长波紫外线1（Ultraviolet A1，UVA1）和400 ~ 700 nm波段的可见光均能诱发皮肤色素沉着，产生即时性黑化和持续性黑化。

 

 

可见光又被细分为不同的能量带，其中包括蓝光（400-500 nm）、绿光（500-600 nm）和红光（600-700 nm），并且400-450 nm的范围被特别标注为高能可见光（High-energy visible light，HEV）。

 

 

研究显示，与630 nm发光二极管（LED）红光相比，415 nm LED蓝光能有效诱导色素沉着，且这一效应与人黑素细胞表达的感受器视蛋白3（opsin3）有关。有色防晒霜能阻断可见光从而对其诱发的皮肤色素沉着起到防护作用。

尽管UVA1和可见光都能引起皮肤色素沉着，但对于可见光而言，诱发这种效果所需的最小剂量更高。

 

利用卤素灯光源观察UVA1和可见光在Fitzpatrick Ⅳ ~ Ⅵ型志愿者中诱发的色素沉着的研究发现，测量结果显示二者可能具有协同效应。

 

目前，对于可见光不同波段对皮肤色素沉着贡献的定量比较研究还相对缺乏，需要在更接近日光光源的条件下分析不同波段对色素沉着的相对贡献。

 

欧莱雅近期发表在《欧洲皮肤病学和性病学会杂志》（Journal of the European Academy of Dermatology & Venereology，JEADV）上的一项研究，通过两项独立试验观察不同波长的光线照射下诱发的皮肤色素沉着，定量分析UVA1、可见光以及HEV、蓝光、绿光和红光等不同波段的光线在不同时间点的相对贡献。

 

 

这项研究由法国欧莱雅研究与创新（L'Oréal, Research and Innovation）资助，主要作者Claire Marionnet 和 Virginie Piffaut亦来自于此，另外几位研究者也有来自欧莱雅日本研发和创新中心和法国尼斯大学附属医院。

 

材料和方法

 

1. 志愿者招募：

 

研究经当地伦理委员会批准，且志愿者均签署知情同意书。

 

试验一：招募27例健康欧洲女性（19 ~ 49岁，Fitzpatrick Ⅲ ~ Ⅳ型），个体类型学角度（ITA°）26° ~ 39°，平均为34.7°；

 

试验二：招募25例健康欧洲女性（22 ~ 50岁，Fitzpatrick Ⅲ型），ITA° 28° ~ 40°，平均值为34.5°。

 

2. 研究设计：

 

两项试验均为随机、双盲、自身对照设计。

 

试验一：

 

研究团队使用日光模拟器（美国Oriel公司）输出波长350 ~ 450 nm的UVA1 + HEV光谱，并通过设置滤光片实现不同波段的照射。这些滤光器由交替排列的TiO2和SiO2层组成，能够精确地切除特定波长，从而实现对特定波段的照射。例如，400 nm的切除滤光器用于产生纯净的HEV光谱（400至450 nm），而385 nm的切除滤光器则用于产生370至450 nm的长波UVA1和HEV光谱。

 

在志愿者背部皮肤划定5个研究区域，分别按如下参数进行照射：91 J/cm2 UVA1 + HEV（350 ~ 450 nm）、35 J/cm2 HEV（400 ~ 450 nm）、68 J/cm2超长波UVA1 + HEV（370 ~ 450 nm）和50 J/cm2 UVA1（350 ~ 400 nm），第5区为阴性对照；所有区域的照射时间设定为达到50 J/cm2 UVA1照射强度的理论时间。

 

志愿者的背部被精确地标记出五个研究区域，每个区域都按照特定的参数接受光照：91 J/cm2 UVA1 + HEV（350 ~ 450 nm）、35 J/cm2 HEV（400 ~ 450 nm）、68 J/cm2超长波UVA1 + HEV（370 ~ 450 nm）和50 J/cm2 UVA1（350 ~ 400 nm）。所有区域的照射时间都被设定为理论上达到50 J/cm² UVA1照射强度所需的时间，以确保不同条件之间的比较具有科学性和可比性。第五个区域作为阴性对照组，没有接受任何光照。

 

 

试验二：

 

研究人员使用日光模拟器（美国Oriel公司）输出波长400 ~ 700 nm的可见光谱，同样通过设置滤光片实现不同波段的照射。这些滤光片包括GG400 Schott滤光片和多层带通滤光片，它们能够有效地隔离出400至700纳米之间的光谱。研究人员在志愿者背部皮肤划定6个研究区域，分别按如下参数进行照射：330 J/cm2可见光（400 ~ 700 nm）、36 J/cm2 HEV（400 ~ 450 nm）、94 J/cm2蓝光（400 ~ 500 nm）、114 J/cm2绿光（500 ~ 600 nm）和225 J/cm2绿光 + 红光（500 ~ 700 nm），第6区为阴性对照；所有区域的照射时间设定为达到330 J/cm2可见光照射强度的理论时间。

 

两项试验期间，分别在照射前（D1）和照射后2 h（D1-T2H）、6 h（D1-T6H）、24 h（D2）、72h（D4）、21d（D22）、42 d（D43），对每个照射区域和未照射的对照区进行皮肤颜色测量和目测评估。这些时间点是根据先前的研究确定的，这些研究表明 UVA1 和/或 VL 会在数周内诱发持续的色素沉着。

 

3. 色素沉着评价和统计学分析方法：

 

研究人员通过使用色度测量（L*、a*、b*和ITA°值）进行色度测量，以及视觉评分（0 ~ 13分）来评估色素沉着的程度。采用线性混合模型来比较不同时间点的情况。对于多重比较，使用了Benjamini–Hochberg调整。第一类错误的设定为5%。具体可以参考论文原文。

 

 

结果和讨论

 

研究人员通过使用特定滤光片滤过不同波段的光线，分析350 ~ 700 nm波段内不同波长的光线对色素沉着的相对贡献。两项试验分别对350 ~ 450 nm的UVA1 + HEV和400 ~ 700 nm的可见光区间内的不同波段诱发的色素沉着进行了详细的比较，通过模拟生理环境和严格控制照射条件，使比较结果更具有代表性。两项研究中使用的照射剂量，相当于在巴西圣保罗的夏季日晒2 h，或在温带地区的春季日晒近3 h。

 

1. 试验一：

 

研究结果显示，接受最宽波段（UVA1 + HEV）的照射，会诱导皮肤产生明显的持续性黑化，照射后2h达到最高水平，色素沉着持续至D43。与未照射的阴性对照区相比，皮肤亮度（ΔL*）和肤色测量（ΔITA°）在所有时间点均显著较低。照射后2 h和6 h，皮肤的红度（Δa*）增加，这一结果与临床观察一致，出现肉眼可见的红斑（定义为最小红斑量时的红斑强度，分值 > 2.5）。照射后2 h，皮肤黄度（Δb*）较阴性对照区降低，反映皮肤颜色变灰。色素沉着的临床评分变化趋势也与色度测量结果一致。

 

 

此外，照射UVA1 + HEV光谱的三个子带（350 ~ 400 nm的UVA1、400 ~ 450 nm的HEV、370 ~ 450 nm的超长波UVA1 + HEV）后同样能诱发明显且持久的色素沉着，ΔL*和ΔITA°值在所有时间点均显著低于阴性对照区，照射后2 h达到峰值，后持续至D43。比较色度测量和临床评分结果，发现UVA1 + HEV诱发的色素沉着水平明显高于UVA1，而UVA1诱发的色素沉着水平又高于HEV。

 

UVA1和HEV诱发的色素沉着还可能相互叠加，因为将二者在单独照射后的ΔL*和ΔITA°值分别相加后，结果近似等于UVA1 + HEV照射后的ΔL*和ΔITA°值。以D2为例，UVA1和HEV照射后ΔL*平均值分别为-3.3和-2.0，而UVA1 + HEV照射后ΔL*平均值为-4.7。因此，试验结果直观地显示出UVA1和HEV波段的协同效应。

 

最后，试验一的数据还表明，370 ~ 450 nm的超长波UVA1 + HEV对于皮肤色素沉着的贡献也非常显著。从D1-T2H到D43，超长波UVA1 + HEV照射后的平均ΔL*值为UVA1 + HEV照射后的77%，平均ΔITA°值为UVA1 + HEV照射后的74%。尽管这一波段的能量低于波长更短的UVA1波段，但超长波UVA1仍能诱导明显的色素沉着，而这一过程主要是活性氧介导的持续性黑化和延迟性黑化。

 

综上，试验一的结果显示，在紫外线防护中，应将保护范围扩展到450 nm 以下的光谱，以预防日光引起的皮肤色素沉着。

 

 

2. 试验二：

 

在所有照射条件下，与未照射的阴性对照区相比，ΔL*和ΔITA°值均显示出明显且持久的色素沉着，直至D43，色素沉着水平同样在照射后2 h达到峰值。

 

试验二中HEV诱发的色素沉着水平与试验一变化趋势一致，同样从D1-T2H持续至D43。尽管试验一和试验二独立进行，所用滤光片和日光模拟器设置也不同，但二者照射剂量相近——试验一：35 J/cm2 HEV，试验二：36 J/cm2 HEV，且照射后的ΔL*值非常接近，在任一时间点ΔL*值差异均不超过-0.6，显示出两项研究的结果是可比较的。

 

接受330 J/cm2的剂量接受可见光（400 ~ 700 nm）全波段照射后，反映色素沉着水平的ΔL*值在D1-T2H约为-5.5，在D2约为-3.4，在D43仍为-2.1，表明可见光诱发的色素沉着能持续超过6周。其诱导的色素沉着水平显著高于蓝光（400 ~ 500 nm），而蓝光诱导的色素沉着水平又显著高于绿光（500 ~ 600 nm）。使用530 nm LED绿光在离体皮肤组织的实验也证实了绿光对色素沉着的诱导作用。因此，在模拟日光照射时，500 ~ 600 nm波段的贡献应该被考虑在内。

 

在任一时间点，绿光 + 红光（500 ~ 700 nm）照射后的ΔL*和ΔITA°值与绿光（500 ~ 600 nm）照射后的数值均未见明显差异，表明红光（600 ~ 700 nm）不会诱发皮肤的色素沉着，这一结果与使用630 nm LED红光的研究结果一致。临床评分和代表性图像证实了色度测量的结果，然而视觉评估结果显示绿光 + 红光诱发的色素沉着水平略高于绿光，这可能是由于红斑影响了人眼对于皮肤色素沉着的识别。与绿光相比，绿光 + 红光照射后的Δa*值略高，而ITA°和L*值不受a*值的影响，导致色度测量结果和视觉评估结果之间出现轻微差异。

 

此外，这项研究还定量分析了不同波段可见光对色素沉着的相对贡献。将可见光引起的ΔL*值记为100%，根据D2时的ΔL*值计算不同波段在同一个体上的相对贡献，然后将不同个体的结果取平均值。在可见光中，蓝光诱导了71%的色素沉着，其中400 ~ 450 nm的HEV就贡献了47%。绿光对皮肤色素沉着的诱导效应低于蓝光，但仍然显著，占可见光效应的37%，与绿光 + 红光的相对贡献（36%）相近。

 

 

这些结果表明，蓝光和绿光在VL诱导的色素沉着中具有互补效应。在诱导皮肤色素沉着的基础上，还需要进一步探索具体的光生物学机制。此外，这些研究结果仅限于Fitzpatrick Ⅲ ~ Ⅳ型志愿者，在将结论扩展至其他皮肤光型的过程中，还应考虑到皮肤光型的异质性，特别是对可见光照射反应不完全明确的浅肤色人群。

 

 

研究意义

欧莱雅的这项研究结果，重申了有效覆盖可见光范围的光防护的重要性，特别是针对HEV的防护。在防晒产品领域，目前已经可以通过经过效果验证的有色防晒霜实现这种全方位的光防护。这些产品不仅覆盖了传统的紫外线光谱，而且扩展到了可见光范围。已有的研究结果表明，使用全光谱覆盖的有色防晒霜能有效预防因日照引起的皮肤色素沉着，这对于保护皮肤免受光损伤至关重要。

 

此外，这项研究还突出了绿光在可见光诱发的皮肤色素沉着中所占的相对重要性，这一发现是之前未被充分认识的。研究表明，绿光对皮肤色素沉着的贡献超过三分之一，这意味着在开发光防护产品时，除了HEV和蓝光，绿光也应成为一个重要考虑因素。对于深肤色人群，未来的光防护策略需同时针对紫外线和可见光提供双重防护。由于不同皮肤光型对光线的反应存在差异，进一步的研究应深入了解光生物学机制，并开发出基于皮肤光型特性的个性化光防护策略，更有效地保护不同肤色的人群免受太阳辐射的伤害，同时考虑到各种光谱范围内对皮肤可能产生的不同影响。

 

参考文献：

Marionnet, C., Piffaut, V., Sasai, J., Jouni, H., Nouveau, S., Roudot, A., ... & Bernerd, F. (2023). A precise analysis of the relative contribution of UVA1 and visible light colour domains in solar light‐induced skin pigmentation. Journal of the European Academy of Dermatology and Venereology, 37, 3-11.