基于核磁共振的皮肤光老化中水和弹性蛋白的分子动力学研究

It is very important to study the molecular dynamics of water and elastin in the sunlight ageing of skin, since they play a significant role in the elasticity of skin. In this proposal, the sunlight ageing of skin is simulated with the irradiation of ultraviolet, optical and ultra-red lights, and the dynamics of water and elastin in this process are studied by using nuclear magnetic resonance techniques. The dynamics of the water molecules that strongly interact with elastin is investigated via the double quantum filtered nuclear magnetic resonance technique, and the dynamics of elastin backbone molecules is examined by the cross polarization nuclear magnetic resonance spectroscopy. The understanding of the dynamics of water and elastin in the sunlight ageing of skin may provide some biophysical knowledge in the research of the skin health maintenance, the protection and rejuvenation of the sunlight ageing of skin, as well as the treatment of skin related diseases, etc. Furthermore, the double quantum filtered nuclear magnetic resonance technique utilized in this project may also be implemented in studies of other bio-molecules in real environments.

水和弹性蛋白因其对皮肤的弹性起到关键作用，故而对它们在皮肤光老化中的分子动力学性质进行研究具有重要意义。本项目通过紫外光、可见光和红外光的照射，模拟皮肤光老化过程，利用核磁共振技术研究水和弹性蛋白在此过程中的分子动力学性质。一方面利用双量子核磁共振技术研究与弹性蛋白强烈作用的水分子的动力学性质，另一方面利用交叉极化核磁共振技术研究弹性蛋白骨架分子的动力学性质。本项目对水和弹性蛋白的分子动力学性质在皮肤光老化过程中的研究，会为皮肤健康、光老化预防与恢复及相关疾病治疗等提供生物物理基础。另外，本项目采用的双量子核磁共振技术，也可能为其它生物分子在真实环境中的动力学研究提供一种有效手段。

由于水和弹性蛋白对皮肤的弹性起到关键作用，因而在皮肤的光老化过程中，对皮肤中水和弹性蛋白在分子层面进行系统研究，对深入理解皮肤的光老化具有重要意义。本项目通过紫外光、可见光和红外光的照射，模拟皮肤光老化过程，利用核磁共振等实验手段，结合分子动力学模拟等方法，研究水和弹性蛋白在此过程中分子动力学性质变化规律。通过本项目的研究，得出如下重要结论：与其他极性较弱的溶剂相比，水溶液是维持弹性蛋白分子正常结构和功能的重要因素。此外，较之于可见光和红外光，紫外光的连续照射对于弹性蛋白的分子结构具有较为明显的破坏作用。本项目实验表明，经过光照强度为12 mW/cm2 的紫外光连续照射9天之后，弹性蛋白在分子层面上发生了明显的结构变化。具体表现为，相比较于没有受紫外光照射的样品，在紫外光照射下对弹性蛋白弹性起重要作用的锁链素分子数目减少约11%，而弹性蛋白纤维变短变细，甚至出现了碎片化的趋势。有意思的是，核磁共振实验表明，弹性蛋白中富含的氨基酸（包括甘氨酸、脯氨酸和缬氨酸等），在经过紫外光长时间连续照射后，其在分子动力学性质方面并没有发生明显的改变。综合本项目研究结果可知，在紫外光照射下，对弹性起主要作用的锁链素分子数目的改变是弹性蛋白在分子层面上的主要变化之一。因此，在皮肤光老化过程中，有效预防紫外光连续照射，以及在受到紫外光照射后，寻求避免锁链素分子受到进一步破坏的有效手段，将会为皮肤健康、光老化预防与恢复及相关疾病治疗等研究领域提供重要的研究方向和生物物理基础，也是本项目的科学意义所在。