基于海藻多糖的纳米乳液水凝胶，用于增强皮肤吸收并防护UVB引起的损伤

《Journal of Drug Delivery Science and Technology》：Ulva polysaccharides–based nanoemulsion hydrogel for enhanced skin delivery and protection against UVB-induced damage

纳米乳剂凝胶抑制紫外线B皮肤损伤的抗氧化与修复机制研究。通过将Ulva多糖与角鲨烯制备纳米乳剂并负载至Carbopol水凝胶中，证实其可显著降低UVB诱导的角质形成细胞死亡、氧化应激及皮肤增厚（从88μm降至50μm），同时促进伤口愈合。该非侵入性制剂通过增强经皮渗透（亲水物质21%，脂溶性66%）和稳定释放实现高效皮肤保护。

　　

方诗媛|詹祥文|方明志|黄忠雄

台湾海洋大学食品科学系，基隆20224，台湾

摘要

紫外线（UVB）的照射会通过增加活性氧（ROS）的生成，显著导致皮肤损伤，从而引起角质形成细胞损伤、胶原蛋白降解、炎症和早衰。目前的治疗方法往往具有侵入性，并伴有不良副作用，这突显了更安全、非侵入性替代方案的重要性。在这项研究中，使用海藻多糖（UP）作为活性成分，角鲨烷作为生物相油，制备了一种纳米乳液（NE），并将其掺入0.5%的卡波波尔水凝胶（NE@hydrogel）中，用于外用。该纳米乳液通过均质化和超声处理制备，所得颗粒的平均粒径为63.8纳米，并且至少在8周内表现出良好的稳定性。皮肤渗透研究表明，亲水性化合物的渗透率提高了约21%，而脂溶性化合物的渗透率提高了约66%。在体外实验中，UVB照射（120 mJ/cm2）降低了HaCaT细胞的存活率，同时细胞内ROS水平上升；而用10倍稀释的NE处理后，细胞存活率恢复到约74%，ROS水平降低，在24小时的伤口愈合实验中细胞迁移能力提高了66%。在体内实验中，NE@hydrogel的应用将UVB引起的表皮增厚从约88微米减轻到50微米，并通过减少组织学变化保持了表皮结构。这些结果表明，NE@hydrogel具有强大的抗氧化和皮肤修复作用，显示出其作为天然、非侵入性外用制剂的潜力，可用于预防和缓解急性UVB引起的皮肤损伤。

引言

紫外线（UV）辐射是阳光中不可见的一部分，对人类皮肤有显著影响。在各种紫外线类型中，UVB造成的损伤最为严重，主要针对表皮细胞，直接损伤DNA，引发突变、细胞死亡和炎症，并促进皮肤癌的发生[1]。UVB照射会迅速产生活性氧（ROS），这些ROS会促进脂质过氧化、DNA链断裂、蛋白质氧化、细胞凋亡和炎症[2,3]。过量的ROS会激活基质金属蛋白酶，降解胶原蛋白，破坏真皮结构，导致皮肤皱纹和弹性丧失[4,5]。ROS引起的脂质过氧化还会产生丙二醛，进一步促进蛋白质交联、DNA突变和皮肤老化[6]。尽管内源性抗氧化剂可以维持氧化平衡，但在面对急性或慢性UVB压力时往往不足，从而导致细胞和组织损伤[7,8]。UVB照射引起的光损伤会引发氧化应激、细胞凋亡途径、炎症过程以及胶原蛋白和弹性蛋白的降解，广泛报道了角质形成细胞和成纤维细胞的凋亡[9]。目前的治疗方法包括局部注射、微针和光动力疗法，虽然有效，但具有侵入性、成本高且不适。皮肤递送提供了一种非侵入性替代方案，可以绕过首过代谢并提高依从性，但皮肤屏障限制了吸收，通常需要高剂量或渗透增强剂，这可能会引起刺激[9]。因此，最近的研究集中在纳米级抗氧化剂递送系统上，以增强渗透性、稳定性和局部保留效果，为天然抗氧化剂的外用治疗提供了有希望的策略。

海藻多糖（UP）是从绿藻属Ulva中提取的硫酸化多糖，因其多种生物活性特性而受到广泛关注，包括抗氧化、抗菌、抗病毒和抗肿瘤作用。UP主要由鼠李糖和尿苷酸组成，含有少量的葡萄糖，由于其硫酸化结构而具有高水溶性和生物活性[[10], [11], [12]]。研究表明，UP可以通过其硫酸化多糖骨架作为自由基清除剂，防止细胞氧化损伤[13]。体外实验（包括DPPH自由基清除试验）证明了UP的剂量依赖性抗氧化活性[14,15]，而体内研究表明其对UVB引起的光损伤具有保护作用[[16], [17], [18]]。此外，UP还能促进伤口愈合，进一步支持其在皮肤护理应用中的潜力[19,20]。角鲨烷是一种从角鲨烯氢化得到的饱和烃，具有优异的化学稳定性、低粘度、低气味和良好的皮肤相容性，使其成为脂溶性活性成分的理想载体。在纳米载体系统中，角鲨烷可以稳定乳液并增强脂溶性化合物的包封和控释[21]。

纳米乳液（NE）由水相和油相组成，通过表面活性剂稳定，其液滴大小通常在10到200纳米之间。与传统乳液相比，NE具有更小的液滴尺寸和更大的表面积，从而提高了稳定性和生物利用度[22]。NE可以增强疏水性药物的溶解度、皮肤渗透性和治疗效果，同时减少副作用，并可以制成凝胶用于外用[23,24]。将NE掺入水凝胶（如卡波波尔940）中，可以制备出兼具高渗透性、生物粘附性和缓释性的纳米乳凝胶制剂，从而改善皮肤保留性和患者依从性[25,26]。

在本研究中，使用角鲨烷作为油相，卡波波尔940作为凝胶剂制备了基于UP的纳米乳液（NE@hydrogel）。为了研究其防御和修复潜力，该系统在HaCaT细胞和暴露于UVB的小鼠中进行了测试。通过Franz细胞试验、H?DCFDA/碘化丙啶（PI）染色和组织病理学检查来量化NE的渗透性和保留情况及其细胞保护作用。

材料

UP、角鲨烷和Tween 80分别从台湾花莲的Sweet Town Enterprise Corp.、日本东京的Tokyo Chemical Industry和上海的Bionovas Biotechnology获得。所有其他试剂和化学品均从美国密苏里州圣路易斯的Sigma-Aldrich、西班牙巴塞罗那Castellar del Vallès的Panreac以及美国加利福尼亚州Woodland的Corning Inc.购买。由于硫酸盐含量对藻类多糖的生物活性很重要，因此使用相同的方法对其进行了测定

UP的结构表征和抗氧化活性

对UP进行了结构和功能表征，以阐明其组成特征和抗氧化潜力。经过酸水解和碳水化合物衍生化后，使用HPLC分析了单糖组成。如图1A所示，根据与标准品的保留时间，检测到两个主要峰，确定为鼠李糖和葡萄糖，表明这些是UP的主要单糖成分。

讨论

本研究中使用的UP主要由鼠李糖、葡萄糖和尿苷酸组成。先前的报告通常描述海藻多糖富含鼠李糖和尿苷酸，而葡萄糖仅以微量存在。此处观察到的葡萄糖含量升高可能是由于提取方法的不同所致。Wahlstr?m等人证明，未经α-淀粉酶预处理的酸性提取可能导致淀粉的共提取，从而增加葡萄糖含量[33]。UP表现出高

结论

这项研究表明，由UP和角鲨烷组成的纳米乳液（NE）及其水凝胶制剂（NE@hydrogel）可以作为有效的非侵入性方法，保护皮肤免受UVB引起的损伤。NE表现出纳米级的均匀性，保持了生物活性，并改善了亲水性和脂溶性分子的皮肤递送。体外研究表明，NE可以减轻氧化应激，支持角质形成细胞的存活，并促进伤口愈合；而体内实验

伦理批准和参与同意

所有动物实验均符合国家研究委员会关于实验室动物护理和使用的指南，并得到了台湾海洋大学机构动物护理和使用委员会（NTOU IACUC-114004）的批准。

资助

本研究得到了台湾国家科学技术委员会（NSTC）的支持（编号113-2320-B019-004-MY3）。

CRediT作者贡献声明

方诗媛：概念构思、数据整理、数据分析、实验研究。詹祥文：数据分析、实验研究。方明志：数据分析、方法学研究。黄忠雄：概念构思、资金获取、项目管理、监督、初稿撰写、审稿与编辑。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。

致谢

作者衷心感谢台湾海洋大学食品科学系的黄一成教授提供Franz细胞系统和HaCaT细胞，以及Tung Ying Agritek有限公司提供的猪皮肤组织。