什么是羰基化？跟糖化、氧化有啥关系

通常说的羰基化，主要是指蛋白质羰基化。我们把活性羰基分子（如醛、酮）引入蛋白质的过程，称为蛋白质羰基化。

那么，蛋白质羰基化是怎么发生的呢？

首先，羰基可通过活性氧自由基（ROS）直接氧化进入蛋白质。ROS在体内积累，与细胞内各种生物大分子反应，导致蛋白质、脂质等发生氧化损伤，而羰基化蛋白是蛋白质氧化的稳定产物。

然后，在ROS导致的大分子氧化损伤的过程中均会产生各种活性羰基类物质(RCS)，过量的RCS再与蛋白质反应，同样会造成蛋白质羰基化。

此外，像香烟烟雾、PM2.5等空气污染物，一方面它们本身就含有ROS、RCS，可直接导致脂质氧化和蛋白质羰基化；另一方面，它们也能刺激产生ROS，再继续诱导各种氧化和蛋白质羰基化的发生。

羰基化蛋白质的来源主要是ROS引起的氧化应激，蛋白质羰基化水平作为氧化应激的标志物，已经被广泛用来衡量氧化损伤程度。而ROS介导蛋白质羰基化的方式分为直接介导和间接介导。

ROS直接介导分为三种类型：蛋白质主链的氧化、脂肪族侧链的氧化和芳香族侧链的氧化，三种方式都可在蛋白质结构中引入羰基。

ROS间接介导主要指：ROS诱导糖化反应和加速脂质氧化反应，而糖化和脂质氧化过程中均会产生RCS，如乙二醛(MG)、甲基乙二醛(MGO)、3-脱氧葡糖醛酮(3-DG)和丙烯醛(Acrolein)、丙二醛(MDA)、4-羟基壬烯醛(4-HNE)等，这些活性羰基物会与蛋白质反应从而引入羰基。

也就是说：不管是氧化还是糖化，都会直接或者间接导致蛋白质的羰基化。

蛋白质羟基化水平的检测可以采用在体的无创测量法。即先用胶带剥离法收集角质层样本，然后与荧光素-5-硫代氨基脲(FTZ)反应标记角质层蛋白的羰基，再根据荧光强度来表征人体皮肤角质层蛋白质的羰基化水平。

研究表明随着年龄的增长，蛋白质羰基化水平会增加；阳光暴露部位（如脸颊）的蛋白质羰基化水平明显高于非暴露部位（腹部、胸部、臀部等）。对于皮肤来说，羰基化蛋白主要是在角质层（SC），尤其是曝光部位最外层的角质层。

羰基化反应会导致皮肤理化特性的改变，如保水能力降低、透明度下降、皮肤弹性下降、皮肤发黄等。 尤其是对于皮肤发黄，羰基化导致的发黄可比糖化导致的发黄严重多了。

我们基于空气污染物和紫外线均可加剧皮肤的氧化损伤引起蛋白质羰基化，在希科人体功效评价实验室建立了不同的氧化损伤人体模型，可通过UV照射、PM2.5/香烟烟雾等刺激皮肤产生ROS，加速蛋白质羰基化反应。然后采用胶带剥离法收集SC，测其荧光水平。通过比较产品区和空白区皮肤的羰基化蛋白荧光强度，评估产品的抗氧化/抗羰基化/抗污染效果。

案例展示：

1、以香烟烟雾、碳粉、花粉作为环境压力模拟箱的介质，通过显微荧光法反映角质层蛋白羰基化的水平来表征角质层蛋白损伤程度，从而表征环境对于皮肤的损伤情况，评估测试产品对皮肤空气污染损伤的防护作用。

2、通过UV照射皮肤，诱导ROS生成，引起蛋白质的氧化修饰。测量蛋白质羰基化水平来评估产品的抗氧化活性。

参考文献：

1、Protein oxidation and aging.

2、Protein carbonyl groups as biomarkers of oxidative stress.

3、Protein carbonylation as a major hallmark of oxidative damage: update of analytical strategies. 4、Protein carbonyls damage the water-holding capacity of the stratum corneum.

5、Dermal carbonyl modification is related to the yellowish color change of photo-aged Japanese facial skin.

6、A simple and non-invasive visualization for assessment of carbonylated protein in the stratum corneum.