L'accumulation des ROS avec l'âge affecte l'ADN en générant des dommages qui nuisent à la réplication fidèle du matériel génétique et sont susceptibles d'introduire des mutations précipitant le vieillissement de la peau. On estime que chaque jour, au sein de chaque cellule, l'ADN est soumis à plusieurs milliers d'altérations de cette sorte. Heureusement, la peau a développé des mécanismes pour réparer l'ADN endommagé. Cependant, l'efficacité de ces systèmes de réparation diminue avec le temps, contribuant ainsi à un vieillissement prématuré de la peau.

Les radicaux libres (ROS) jouent un rôle important dans le vieillissement de la peau. Dérivés de l'oxygène moléculaire, les ROS se forment lorsque les UVs interagissent avec du matériel biologique ; ils sont également générés au cours du métabolisme cellulaire dont ils sont des sous-produits ; ils peuvent aussi être synthétisés par certaines cellules immunitaires qui s'en servent pour se défendre contre les bactéries. Les ROS sont des molécules qui ont perdu ou gagné un électron. Comme les électrons ne sont pas stables lorsqu'ils sont en nombre impair, ces molécules incomplètes vont chercher à remplacer l'électron manquant. Les ROS prélèvent donc des électrons sur le matériel cellulaire ou extracellulaire autour d'eux. Les ROS sont ainsi, pour une large part, responsables des altérations touchant la structure et les fonctions des lipides - présents au niveau de la membrane des cellules - et des protéines - de la matrice extracellulaire (MEC). La peau possède son propre système de défenses antioxydantes constitué des enzymes superoxyde dismutase (SOD) et catalase travaillant en synergie afin de transformer les ROS en molécules inoffensives. Malheureusement, l'âge et les expositions répétées au soleil freinent ces deux activités, laissant de plus en plus de place aux ROS.

En réponse à divers stimuli - tels que UV, hormones, cytokines etc. - les mélanocytes synthétisent des pigments photoprotecteurs constitués de mélanine. Ces pigments sont ensuite transférés aux kératinocytes qui les accumulent, modifiant ainsi la coloration de la peau. Des problèmes de pigmentation cutanée apparaissent fréquemment avec l'âge. Les zones plus exposées au soleil, comme les mains et le visage, sont particulièrement touchées conduisant à la formation de lentigines (taches de vieillesse). Une production anarchique de mélanine est observée au cours de la formation de lentigines. Cette hyperproduction de pigments est associée à des problèmes de kératinisation sur un fond d'inflammation chronique. L'incidence des lentigines augmente avec l'âge, touchant plus de 90 % des individus de plus de 50 ans présentant une peau claire. Ceci en fait une préoccupation cosmétique majeure au sein de nos sociétés vieillissantes.

La kératinisation est le processus permettant à l'épiderme de former sa couche protectrice externe appelée Stratum corneum (SC). Une kératinisation normale repose sur un équilibre fragile entre prolifération, différenciation et desquamation cellulaire. Au cours du processus de différenciation, les cellules de l'épiderme (les kératinocytes) produisent la kératine, qui est une protéine extrêmement fibreuse permettant le durcissement des parois cellulaires pour former la couche cornée. Le vieillissement est associé à un ralentissement de la prolifération et à une différentiation accélérée des kératinocytes, en association avec une desquamation réduite des cellules de surface. Les kératinocytes, demeurant plus longtemps dans la peau, se chargent en kératine. La peau d'une personne âgée devient ainsi plus rigide et plus fragile.

Les protéines qui composent la MEC, comme le collagène par exemple, ont généralement une longue durée de vie. Avec le temps, ces protéines accumulent les altérations qui finissent par affecter leur structure et leurs fonctions biologiques. La glycation est bon exemple de ce type de modifications. Résultant de l'ajout non enzymatique de sucres simples à des protéines, la glycation génère des liaisons anormales entre protéines adjacentes glycosylées. Le processus est accéléré en présence de taux de glucose élevés et de ROS. Chez le sujet vieillissant, ces liaisons anormales, qui affectent entre autres les fibres de collagène et d'élastine, contribuent à rendre la peau moins souple et plus fragile, et gênent le renouvellement cutané.

Avec l'âge, les fibres qui composent la MEC sont fragilisées par une activité accrue d'enzymes protéolytiques. Les métalloprotéinases de la matrice (MMPs) s'attaquent ainsi au collagène, l'élastase à l'élastine et l'hyaluronidase aux GAGs. La fragmentation de la MEC a des conséquences importantes sur la physiologie cutanée. Les fibroblastes ne peuvent se fixer adéquatement au collagène fragmenté et se trouvent donc privés du niveau de tension mécanique nécessaire au maintien de leur capacité de synthèse des fibres matricielles. De plus, sans support matriciel adéquat, les fibroblastes augmentent leur production de protéases (MMPs), alimentant ainsi une boucle de rétroaction négative qui contribue à accélérer la perte de collagène. Finalement, la réduction de la tension mécanique est associée à une production accrue de ROS, ce qui accélère encore le processus de vieillissement et affaiblit les systèmes de défenses antioxydantes de la peau.

L'activité protéolytique et les fragments d'ECM générés sont de puissants inducteurs d'inflammation. L'activité protéolytique des MMPs et de l'élastase crée des brèches dans le tissu matriciel, ce qui facilite la migration des cellules inflammatoires vers le tissu cutané. De plus, les fragments générés lors de la dégradation du collagène et de l'élastine agissent comme des signaux favorisant la mobilisation de cellules inflammatoires, lesquelles, une fois activées, déclenchent la libération d'enzymes protéolytiques supplémentaires. Vu sous cet angle, le vieillissement cutané apparaît comme un état inflammatoire chronique.

La libération accrue de médiateurs de l'inflammation, l'augmentation de l'activité protéolytique et l'accumulation des ROS finissent par avoir des répercussions sur la microcirculation cutanée au cours du vieillissement. L'association de ces trois facteurs contribue à affaiblir la structure des microcapillaires du derme, provoquant une vasodilatation et une perméabilité accrue des vaisseaux. En conséquence, les fluides plasmatiques ont tendance à s'infiltrer dans le derme, provoquant des œdèmes et contribuant à la formation de cernes sous les yeux. La vasodilatation est également associée à la rosacée, un problème cosmétique qui tend à s'aggraver avec l'âge.