人体的皮肤由于一直暴露于紫外线产生的活性氧中，所以氧化应激是导致皮肤老化、炎症等各种疾病的原因。研究表明，镁离子具有促进构成皮肤的细胞增殖和恢复皮肤屏障功能的作用，但镁离子在皮肤细胞内的运动情况及其作用尚未明确。日本庆应义塾大学研究生院理工学研究科的藤田圭吾硕士研究生（研究当时）、北里大学未来工学部的冈浩太郎教授（研究当时为庆应义塾大学教授）、庆应义塾大学理工学部的堀田耕司副教授、新藤丰专任讲师等与资生堂未来开发研究所的胜田雄治博士、后藤真纪子博士共同发布研究成果称，发现暴露于活性氧的人类角质形成细胞（Keratinocyte）的细胞内镁离子浓度增加后，会具有保护线粒体（细胞内能量产生器官）免受氧化应激的效果。相关成果已刊登在《Communications Biology》上。
图1. 利用荧光成像技术捕捉到的角质形成细胞内镁离子浓度的变化。蓝色表示浓度几乎没有增加的区域；红色表示浓度大幅增加的区域。可以看出，加入过氧化氢后，许多细胞内的镁离子浓度逐渐升高。颜色条：浓度增加率：比例尺：100μm。（供图：庆应义塾大学，版权：Creative Commons CC-BY）
研究团队利用荧光成像技术，详细调查了当占皮肤表皮大部分的角质形成细胞暴露于过氧化氢（一种活性氧）下时，细胞内镁离子浓度的变化。
结果发现，暴露于过氧化氢的角质形成细胞中细胞内镁离子浓度逐渐增加。此外，成人来源的角质形成细胞中镁离子浓度的变化比新生儿来源的角质形成细胞更加明显。ATP减少的可能性较小的新生儿来源的角质形成细胞中，镁离子浓度很难增加，而ATP产生受到抑制的角质形成细胞中，镁离子浓度显着增加。所以在暴露于过氧化氢的细胞中，ATP浓度的降低被认为会引起镁离子浓度的增加。
镁离子在细胞内可与ATP紧密结合形成复合物。当ATP被消耗时，结合的镁以离子形式释放，导致细胞内镁离子浓度增加。氧化应激下的角质形成细胞消耗大量ATP，从而释放出镁离子。
研究团队接下来研究了氧化应激引起的线粒体损伤与镁离子之间的关系。由于氧化应激会抑制线粒体功能，因此线粒体膜电位降低可作为衡量损伤的指标。研究发现，当使用同步荧光成像比较镁离子浓度和线粒体膜电位的变化时，在镁离子浓度大幅增加的细胞中，过氧化氢导致的线粒体膜电位下降较小，反之，在镁离子浓度没有明显增加的细胞中，线粒体膜电位下降幅度较大。
当增加细胞外侧溶液中的镁离子浓度并将镁离子吸收进细胞内时，发现细胞内镁离子浓度的增加与线粒体膜电位下降的抑制成正比。这表明细胞内镁离子以浓度依赖性方式抑制过氧化氢引起的线粒体损伤，从而保护了线粒体。这是由于为应对活性氧而产生了大量的ATP，从而形成了游离的镁离子保护ATP产生的重要器官——线粒体的反馈回路所致。
从细胞外吸收镁离子产生了额外效果，说明了镁离子具有作为有效抗氧化成分的可能性。
原文：《科学新闻》
翻译：JST客观日本编辑部
论文：Intracellular Mg2+ protects mitochondria from oxidative stress in human keratinocytes
DOI：10.1038/s42003-023-05247-6
