CAPACITÀ FOTOPROTETTIVA NATURALE DELLA CUTE potenziamento con antiossidanti topici

1. 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

2. 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

3. UV / effetti UVBazione diretta sul DNA290-320 nm effetti indirettie mutazioni UVA 320-400 nm danno indiretto del DNA induce in condizioni sperimentalimutazioniimmunodepressione

4. 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)

5. 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

6. 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

7. depressione risposta immunitarialocale e sistemica fotoimmunomodulazione UV cascata alterazioni immunologiche

8. fotoimmunomodulazione UV forma acido cis-urocanico (cis-UCA) nella cute fotoesposta cis-UCA immunomodulazione e coinvolto nella inibizione della immunità tumorale

9. 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

10. 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

11. 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

12. 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

13. capacità fotoprotettiva della cute FOTOPROTEZIONE NATURALE UV causa molteplici effetti biologici azioni protettive nella cute sono presenti numerosi sistemi di fotoprotezione (scavenger di radicali liberi – antiossidanti,etc)

14. Fotoprotezione naturale sistemi endogeni interagenti tra loro Sistema complesso di protezione

15. capacità fotoprotettiva della cute I sistemi di protezione sono attivati dall’irradiazione UV

16. 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

17. capacità fotoprotettiva della cute • pool antiossidanti (tocoferoli,ascorbato,glutatione,etc) • HSP “Heat Shock Proteins” • citocromo P450 (monossigenasi microsomiali) • alcune citochine • …… sistema di difesa naturale efficienteprotezione cellulare dal danno UV-indotto • (e verso altri insulti endogeni ed esogeni)

18. 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

19. 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

20. capacità fotoprotettiva della cute antiossidanti endogeni emossigenasi (HO) “stress induced proteins” attività enzimatica ed altre funzioni produzione indotta da UV protezione dalla fotoesposizione cronica * * Raikin GY et al. Biochemistry 2000

21. pool antiossidanti down regulation e controllo effetti UV La capacità antiossidante è più alta nelle cellule cheratinizzate rispetto agli strati germinali

22. capacità fotoprotettiva della cute antiossidanti endogeni scavengers radicali liberi tocoferolo ascorbato GSH perossidasi Catalasi SOD Altri sistemi riducenti -NADPH-NADP+ -NADH-NAD+ (riserva attività antiossidante) carotene Licopene Ubichinone GSH Ac.alfalipoicoTaurina

23. capacità fotoprotettiva della cute antiossidanti endogeni non enzimatici scavengers radicali liberi Tocoferoli Ascorbato radicali liberi Carotenoidi lipidi perossidi specie reattive dell’ossigeno Ossicarotenoidi Ubichinone (c.Q) Glutatione Ac.alfa lipoico Taurina

24. capacità fotoprotettiva della cute antiossidanti endogeni enzimatici H2O2 protezione SOD anione superossido Superossido dismutasi Catalasi GSH perossidasi GSH reduttasi H202 e perossidi lipidi GSSG Sintesi enzimi antiossidanti: Se - Zn - (Cu)

25. 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

26. La fotoprotezione locale e sistemica consente di potenziare tali sistemi

27. potenziamento della fotoprotezione naturale Studi di fotoprotezione topica catalasi prevenzione delle sunburn cells (studi in vitro) SOD effetto protettivo (dati sperimentali su topi) derivati cisteina Prevenzione dell’immunosoppressione UV indotta (topi) ascorbato effetto protettivo (instabile) effetto protetivo verso eritema taurina -carotene risultati negativi effetto protettivo • -tocof. acetato -glucanodiminuisce la immunosoppressione UV

28. Vit Egruppo di tocoferoli e tocotrienoli(alfa-tocoferolo maggiore attività biologica) potenziamento fotoprotezione naturale / fotoprotezione topica antiossidanti endogeni e scavenger • - controllo catena ossidativa - attività scavenger • - altre attività (stabilizz. membrane, etc)

29. potenziamento fotoprotezione naturale / fotoprotezione topica Vit E antiossidanti endogeni e scavenger 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 - prevenzione del fotodanno DNA

30. 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

31. potenziamento fotoprotezione naturale / fotoprotezione topica Vit E antiossidanti endogeni e scavenger difesa dal danno UV effetto protettivo verso UVB e UVA* (colture di cheratinociti umani) deficit: aumento perossidi nella cute** (topo) irradiazione UV e VIS 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

32. Vit E potenziamento fotoprotezione naturale / fotoprotezione topica antiossidanti endogeni e scavenger 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

33. Vit E potenziamento fotoprotezione naturale / fotoprotezione topica antiossidanti endogeni e scavenger 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

34. potenziamento fotoprotezione naturale / fotoprotezione topica Vit E antiossidanti endogeni e scavenger • 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

35. 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 **(topo) - è molto attivo verso il danno da UV***(topo) • tocoferolo sorbato * Norkus et al. Photochem Photobiol 1993 ** Trevithick et al. Scanning Microsc 1993 *** Jurkiewicz et al. J Invest Dermatol 1995

36. 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* (uomo) * Nino et al. Ann It Dermatol 2002

37. 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

38. Carotenoidi potenziamento fotoprotezione naturale / fotoprotezione topica antiossidanti endogeni e scavenger i carotenoidi non richiedono rigenerazione: “quencing” è di natura fisica e lascia la struttura intatta Beta carotene, licopene, ossicarotenoidi(es.zeaxantina e luteina)

39. potenziamento fotoprotezione naturale / fotoprotezione topica • Beta carotene • tocoferolo. e ac. Ascorbico • proteggono dall’azione e eritemigena di UVB * (topo) • Beta carotene e vit E • riducono il danno da UVA • degli enzimi antiossidanti ° (topo) • * Shindo et al. J Invest Dermatol 1993 • ° Evelson P et al. J Photochem Photobiol B 1997

40. 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

41. 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

42. potenziamento fotoprotezione naturale / fotoprotezione topica Vit E e Vit C antiossidanti endogeni e scavenger efficace fotoprotezione - a dosi basse -una singola applicazione prima dell’irradiazione*(topo) Incremento del network antiossidante * Steenvoorden et al. Int J Radiation Biol 1999

43. 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 SistemaGSH – Se - Tocoferolo * Steenvoorden et al. Radiat Res 1998

44. potenziamento fotoprotezione naturale / fotoprotezione topica antiossidanti endogeni e scavenger Cisteina – derivati prevenzione dell’immunosoppressione UV indotta*(topo) effetto fotoprotettivo mediato da inibizionecis-Urocanico? *Steenvoorden et al. Radiat Res 1998

45. potenziamento fotoprotezione naturale / fotoprotezione topica Acido alfa-lipoico antiossidanti endogeni e scavenger cofattore enzimatico tiolico delle deidrogenasi • penetra facilmente nella cute* e trasformato in acido diidrolipoico°(topo) potente antiossidante* * Podda M et al. Biochem Pharmacol 1996 ° Podda M et al. Biochem Biophys Res Commun 1994

46. potenziamento fotoprotezione naturale / fotoprotezione topica Taurina antiossidanti endogeni e scavenger 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)

47. 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

48. Studi sull’applicazione topica (enzimi) potenziamento fotoprotezione naturale / fotoprotezione topica antiossidanti endogeni e scavenger prevenzione delle cellule sunburn* (studi in vitro-topo) Catalasi SOD Emossigenasi 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

49. 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

50. fotoprotezione naturale Pigmentazione costituzionale - è il determinante più importante della fotosensibilità* - e influenza laimmunomodulazione UV indotta** *Lock-Andersen et al. Photodermatol Photoimmunol Photomed 1997 **de Fine Olivarius et al. J Photochem Photobiol B 1999