Objective: Theophylline is a phosphodiesterase inhibitor that is being used clinically for asthma therapy. In addition, it is recognized as a cosmetic agent with possible anti-ageing and anti-oxidative properties. Nevertheless, how it affects human skin is still poorly examined.
Methods: Theophylline (10 or 100 µM) was administered to the culture medium of full-thickness human skin ex vivo for 24 or 72 h.
Results: Theophylline stimulated protein expression of the anti-oxidant metallothionein-1 and mRNA levels of collagen I and III. Assessment of fibrillin-1 immunohistology revealed enhanced structural stability of dermal microfibrils. Theophylline also exerted extracellular matrix-protective effects by decreasing MMP-2 and MMP-9 mRNA levels, partially antagonizing the effects of menadione, the potent, toxic ROS donor. In addition, it decreased menadione-stimulated epidermal keratinocytes apoptosis. Interestingly, theophylline also increased the level of intracutaneously produced melatonin, that is the most potent ROS-protective and DNA damage repair neuromediator, and tendentially increased protein expression of MT1, the melatonin receptor. Theophylline also increased the expression of keratin 15, the stem cell marker, in the epidermal basal layer but did not change mitochondrial activity or epidermal pigmentation.
Conclusion: This ex vivo pilot study in human skin shows that theophylline possesses several interesting complex skin-protective properties. It encourages further examination of theophylline as a topical candidate for anti-ageing treatment.
OBJECTIF: la théophylline est un inhibiteur de la phosphodiestérase actuellement utilisée en clinique pour le traitement de l’asthme. En outre, elle est reconnue comme étant un agent cosmétique ayant des propriétés potentiellement anti-âge et antioxydantes. Cependant, la manière dont elle affecte la peau chez l’homme est encore très peu étudiée. MÉTHODES: de la théophylline (10 ou 100 μM) a été ajoutée dans le milieu de culture d’un échantillon de peau humaine d’épaisseur totale ex vivo pendant 24 ou 72 h. RÉSULTATS: la théophylline a stimulé l’expression de la métallothionéine-1, une protéine antioxydante, et les taux d’ARNm du collagène I et III. L’évaluation immunohistologique de la fibrilline-1 a révélé une meilleure stabilité structurale des microfibrilles du derme. La théophylline a également exercé des effets protecteurs sur la matrice extracellulaire en diminuant les taux d’ARNm des métalloprotéinases matricielles MMP-2 et MMP-9, neutralisant en partie les effets de la ménadione, puissant donneur d’espèces réactives de l'oxygène (ROS) toxiques. En outre, elle a diminué l’apoptose des kératinocytes épidermiques stimulés par la ménadione. Fait intéressant, la théophylline a également augmenté le taux de mélatonine produite de manière intra-cutanée, la mélatonine étant le plus puissant neuromédiateur protecteur contre les ROS et réparateur des lésions de l’ADN. Elle a augmenté de façon tendancielle l’expression de la protéine MT1, récepteur de la mélatonine. La théophylline a également augmenté l’expression de la kératine 15, marqueur de cellules souches, dans la couche basale épidermique, mais n’a pas modifié l’activité mitochondriale ou la pigmentation épidermique. CONCLUSION: cette étude pilote ex vivo réalisée sur de la peau humaine montre que la théophylline a plusieurs propriétés protectrices de la peau complexes et intéressantes. Ces résultats encouragent à poursuivre l’étude de la théophylline en tant que candidat à un traitement local anti-âge.
Keywords: anti-ageing; collagen; dermatology; melatonin; menadione; metallothionein; skin; stem cells; theophylline.
© 2019 Society of Cosmetic Scientists and the Société Française de Cosmétologie.