Objective: It is well established that exposure of human skin to airborne pollution, particularly in the form of particulate matter sized 2.5 μm (PM2.5 ), is associated with oxidative stress, DNA damage and inflammation, leading to premature signs of skin aging. Because much of the damage results from oxidative stress, we examined the effects of a topical composition containing three antioxidants in an in vitro model system to assess the potential for amelioration of premature aging. The use of multiple antioxidants was of interest based on the typical composition of therapeutic skincare products. It is important to determine the efficacy of multiple antioxidants together and develop a short-term assay for larger scale efficacy testing.
Methods: Normal human epidermal keratinocytes were exposed to a rural-derived source of PM2.5 in the presence and absence of an antioxidant mixture of resveratrol, niacinamide and GHK peptide. Endpoints related to inflammation, premature aging and carcinogenicity were monitored after 5 h of exposure and included IL-6, CXCL10, MMP-1 and NRF2. Differentially expressed genes were monitored by RNA-seq.
Results: Pre-treatment of keratinocytes with the antioxidant preparation in the absence of PM2.5 reduced baseline levels of MMP-1, IL-6 and CYP1A1 and reduced PM2.5 -induced increases in all four endpoints, MMP-1, IL-6, CXCL10 and CYP1A1. Antioxidants significantly increased NRF2 protein in the presence of PM2.5 , indicating a protective response. RNA-seq interrogation of antioxidant-treated cells further showed increased expression of NRF2 inducible genes. The expression of CYP1A1 and genes related to aryl hydrocarbon activation were induced by PM2.5 and suppressed by antioxidants.
Conclusions: Specific signalling pathways known to be correlated with skin inflammation and aging were examined based on their suitability for use in efficacy testing for the prevention of skin damage due to ambient hydrocarbon pollution. Endpoints examined after only 5 h of exposure provide a useful method amenable to high through-put screening. The results obtained reinforce the concept that a multiple antioxidant preparation, topically applied, may reduce pro-inflammatory signalling and cellular damage and thereby reduce premature skin aging due to exposure to rural-derived airborne pollution.
Objectif: Il est bien établi que l’exposition de la peau humaine à la pollution atmosphérique, en particulier sous forme de particules d’une taille de 2,5 μm (PM2,5 ), est associée à un stress oxydatif, à des dommages à l’ADN et à une inflammation entraînant des signes prématurés de vieillissement cutané. Étant donné que la plupart des dommages résultent du stress oxydatif, nous avons examiné les effets d’une composition topique contenant trois antioxydants dans un système de modèle in vitro afin d’évaluer le potentiel d’amélioration du vieillissement prématuré. L’utilisation de plusieurs antioxydants a été intéressante en raison de la composition typique des produits thérapeutiques de soin de la peau. Il est important de déterminer l’efficacité de plusieurs antioxydants combinés et de développer un test à court terme pour des tests d’efficacité à plus grande échelle. MÉTHODES: Des kératinocytes épidermiques humains normaux ont été exposés à une source de PM2,5 rurale en présence et en l’absence d’un mélange antioxydant de resvératrol, de niacinamide et de peptide GHK. Les critères d’évaluation liés à l’inflammation, au vieillissement prématuré et à la carcinogénicité ont été surveillés après 5 heures d’exposition et comprenaient l’IL-6, CXCL10, MMP-1 et le NRF2. Les gènes exprimés de manière différentielle ont été surveillés par séquençage de l’ARN. RÉSULTATS: Le prétraitement des kératinocytes par la préparation antioxydante en l’absence de PM2,5 a réduit les taux initiaux de MMP-1, IL-6 et de CYP1A1 et a réduit les augmentations induites par les PM2,5 dans les quatre critères d’évaluation, MMP-1, IL-6, CXCL10 et CYP1A1. Les antioxydants ont significativement augmenté la protéine NRF2 en présence de PM2,5 , ce qui indique une réponse protectrice. L’interrogation des séquences d’ARN des cellules traitées par antioxydants a également montré une expression accrue des gènes inductibles par NRF2. L’expression du CYP1A1 et des gènes liés à l’activation des hydrocarbures aryles a été induite par les PM2,5 et supprimée par les antioxydants.
Conclusions: Les voies de signalisation spécifiques connues pour être corrélées à l’inflammation cutanée et au vieillissement ont été examinées en fonction de leur adéquation à l’utilisation dans les tests d’efficacité pour la prévention des lésions cutanées dues à la pollution des hydrocarbures ambiants. Les critères d’évaluation examinés après seulement 5 heures d’exposition fournissent une méthode utile pouvant être utilisée pour un dépistage à haut débit. Les résultats obtenus renforcent le principe selon lequel une préparation antioxydante multiple, appliquée par voie topique, peut réduire la signalisation pro-inflammatoire et les dommages cellulaires et ainsi réduire le vieillissement prématuré de la peau résultant de l’exposition à la pollution atmosphérique d’origine rurale.
Keywords: antioxidants; keratinocytes; oxidative stress; particulate pollution.
© 2023 The Authors. International Journal of Cosmetic Science published by John Wiley & Sons Ltd on behalf of Society of Cosmetic Scientists and Societe Francaise de Cosmetologie.