自噬在皮膚光損傷中的作用

白根龍，王姿月 綜述，王 萍，陳愛(ài)軍 審校

(重慶醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院皮膚科 400016)

紫外線(ultraviolet，UV)是引起皮膚光損傷及光致皮膚腫瘤的主要外源性因素。UV根據(jù)波長(zhǎng)可分為UVA(315～400 nm)、UVB(280～315 nm)及UVC(100～280 nm)。其中以UVA波長(zhǎng)最長(zhǎng)且最為豐富，UVA可部分被表皮吸收，大部分可穿透至真皮，其中20%～30%可到達(dá)皮膚真皮深部；UVB在太陽(yáng)光中含量相對(duì)較少，70%作用于表皮，10%可穿透至真皮上部，而UVC則在到達(dá)地面之前被臭氧層所過(guò)濾，因此，引起皮膚光損傷的UV主要為UVA及UVB[1]。皮膚光損傷可分為急性光損傷和慢性光損傷，前者主要引起急性炎性反應(yīng)，而后者即為光老化，兩者在皮膚受UV照射后均會(huì)出現(xiàn)，共同參與UV所致皮膚光生物學(xué)變化[2]。自噬是維持機(jī)體細(xì)胞穩(wěn)態(tài)的重要生物學(xué)過(guò)程，研究表明自噬參與了UV所致皮膚光損傷過(guò)程。本文就自噬在皮膚光損傷中的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。

1 UV所致皮膚光損傷

UVB可被表皮角質(zhì)形成細(xì)胞的DNA所吸收，并直接導(dǎo)致DNA損傷，生成一系列光化產(chǎn)物，其中最常見(jiàn)的為環(huán)丁烷嘧啶二聚體(cyclobutane pyrimidine dimmers,CPDs)，其次為6-4嘧啶光產(chǎn)物(pyrimidine-(6-4)-pyrimidone，6-4PPs)，6-4PPs分子較大，但比CPDs更容易被有效修復(fù)[3]，因此在修復(fù)失敗及光損傷嚴(yán)重時(shí)，CPDs是UVB導(dǎo)致DNA突變的最常見(jiàn)原因(約80%)[4-5]。

UVA導(dǎo)致DNA損傷所引起的光化產(chǎn)物的產(chǎn)生遠(yuǎn)遠(yuǎn)少于UVB，且既往認(rèn)為這些光化產(chǎn)物是無(wú)害的[6]，因此UVA所致光化產(chǎn)物的產(chǎn)生及其對(duì)皮膚損傷的影響仍存在爭(zhēng)議。但近來(lái)有研究發(fā)現(xiàn)UVA也可引起CPDs的形成，并在UVA所引起的皮膚損傷中顯著增加[7]，而6-4PPs則無(wú)明顯改變[8]。UVA引起DNA損傷所導(dǎo)致的CPDs主要為T-T二聚體，其存在的時(shí)間較UVB所致的CPDs更長(zhǎng)[9]。有學(xué)者認(rèn)為UVA所引起的CPDs蓄積及皮損處DNA損傷修復(fù)失敗是UVA所致皮膚損傷的重要原因[7]。UV導(dǎo)致DNA損傷后可激活DNA的損傷修復(fù)過(guò)程、阻滯細(xì)胞周期及激活凋亡通路，其中阻滯細(xì)胞周期可促進(jìn)光化產(chǎn)物的識(shí)別并修復(fù)，但若DNA受到廣泛損傷且無(wú)法修復(fù)時(shí)細(xì)胞凋亡將被啟動(dòng)，而未經(jīng)凋亡并存活的細(xì)胞會(huì)進(jìn)一步增殖替代死亡的細(xì)胞繼而維持組織的穩(wěn)態(tài)，該過(guò)程若出現(xiàn)失衡則會(huì)導(dǎo)致?lián)p傷細(xì)胞出現(xiàn)癌變，進(jìn)而導(dǎo)致皮膚腫瘤的發(fā)生[10-11]。其中最重要的為已發(fā)現(xiàn)的腫瘤抑制分子p53，其參與DNA損傷修復(fù)、原癌基因表達(dá)等過(guò)程，并通過(guò)抑制細(xì)胞周期、促進(jìn)細(xì)胞凋亡清除損傷細(xì)胞或阻止原癌基因表達(dá)發(fā)揮作用[12-13]。當(dāng)UV照射導(dǎo)致DNA損傷，可激活相應(yīng)的感受器分子識(shí)別單鏈DNA(ssDNA)并形成復(fù)合物，穩(wěn)定p53表達(dá)水平阻滯細(xì)胞周期繼而為DNA損傷修復(fù)提供充足的時(shí)間，并阻止受損細(xì)胞的增殖。研究發(fā)現(xiàn)著色性干皮病基因組(xeroderma pigmentosum complementation group C,XPC)及受損DNA結(jié)合蛋白2(damage-specific DNA-binding protein 2，DDB2)分子可促進(jìn)感受器分子向DNA損傷部位聚集，并促進(jìn)細(xì)胞周期阻滯通路[14]。

2 自噬參與UV導(dǎo)致的DNA損傷修復(fù)

UVB照射可直接快速激活磷酸腺苷依賴的蛋白激酶(adenosine 5′-monophosphate-activated protein kinase，AMPK)，紫外線抵抗相關(guān)基因 (UV radiation resistance-associated gene，UVRAG)及p53并激活自噬[15-16]，而p53的激活可進(jìn)一步誘導(dǎo)自噬激活相關(guān)分子AMPK、結(jié)節(jié)性硬化癥復(fù)合體2(tuberous sclerosis complexes 2，TSC2)、Sestrin1及Sestrin2的轉(zhuǎn)錄[17]。在基因毒性應(yīng)激反應(yīng)過(guò)程中，Sestrin1及Sestrin2可與AMPK、TSC1及TSC2相互作用并抑制mTOR信號(hào)通路[18]，而基因毒性應(yīng)激反應(yīng)是自噬的觸發(fā)因素，因此UV導(dǎo)致的DNA損傷修復(fù)受到自噬的調(diào)節(jié)。有研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)敲低自噬關(guān)鍵基因Atg5、7、12及14后可妨礙UVB所致DNA損傷的修復(fù)過(guò)程，其中當(dāng)敲低Atg5后,自噬的缺乏將導(dǎo)致Twist1的聚集并通過(guò)蛋白激酶B(AKT)信號(hào)通路激活轉(zhuǎn)錄抑制復(fù)合物E2F4-RBL2,E2F4-RBL2復(fù)合物可抑制XPC的轉(zhuǎn)錄并導(dǎo)致DNA損傷的聚集[19]。此外，p300為DDB2聚集的關(guān)鍵分子，研究發(fā)現(xiàn)UVB照射后，如自噬缺乏則會(huì)引起Twist1與p300的結(jié)合，并抑制p300的產(chǎn)生，從而影響DDB2向CPDs聚集，表明DDB2識(shí)別UV導(dǎo)致的DNA損傷也是依賴于自噬[19]。也有研究表明自噬缺乏時(shí)在p62的作用下Twist1可持續(xù)存在[20]，提示自噬調(diào)節(jié)DNA損傷修復(fù)過(guò)程依賴于Twist1。自噬的發(fā)生依賴于AMPK的激活，UVB照射后可激活A(yù)MPK，促進(jìn)XPC蛋白生成并修復(fù)CPDs，當(dāng)敲低AMPK基因則會(huì)抑制CPDs的修復(fù)，但研究發(fā)現(xiàn)該過(guò)程并不影響6-4PPs的修復(fù)[21]，進(jìn)一步說(shuō)明了自噬可正向調(diào)節(jié)UVB所致DNA損傷修復(fù)過(guò)程。

自噬激活分子UVRAG最初在遺傳篩選中被鑒定為與全基因組核苷酸剪切修復(fù)(global genome nucleotide excision repair,GG-NER)相關(guān)[22]，而UVRAG在DNA損傷修復(fù)中的作用仍不清楚。有研究發(fā)現(xiàn)UVRAG可促進(jìn)DDB1及DDB2向UV所導(dǎo)致的DNA損傷部位聚集并與DDB1相結(jié)合，當(dāng)敲低UVRAG后在核苷酸剪切修復(fù)(NER)啟動(dòng)時(shí)可抑制DNA從DDB1向XPC 轉(zhuǎn)運(yùn)，但UVRAG激活自噬及GG-NER的過(guò)程是相互獨(dú)立的[23]，提示UVRAG可以作為同時(shí)激活DNA損傷修復(fù)和自噬的信號(hào)傳導(dǎo)中樞。

磷酸酶張力蛋白(phosphatase and tensin homolog,PTEN)可抑制mTOR并促進(jìn)自噬的發(fā)生，但研究發(fā)現(xiàn)在UVB照射所致的DNA損傷應(yīng)答過(guò)程中PTEN可被Sestrin2抑制[24]，而抑制PTEN后會(huì)下調(diào)XPC并影響GG-NER過(guò)程[25]，提示PTEN可正向調(diào)節(jié)UVB所致的DNA損傷。

3 自噬與UV所致的氧化應(yīng)激過(guò)程

自噬在氧化應(yīng)激應(yīng)答過(guò)程中具有重要作用[26],但關(guān)于UVA所致氧化應(yīng)激中自噬的作用研究尚少。有研究發(fā)現(xiàn)UVA照射后，若自噬缺失可導(dǎo)致表皮角質(zhì)形成細(xì)胞中氧化磷脂及氧化蛋白的聚集，提示UVA所誘導(dǎo)的氧化應(yīng)激可觸發(fā)自噬并清除氧化產(chǎn)物，當(dāng)用單態(tài)氧淬滅劑NaN3處理后可抑制UVA所誘導(dǎo)的自噬[27]，抗氧化劑則可抑制UVB照射后所引起的人真皮成纖維細(xì)胞的自噬[28]。此外，UVA照射促進(jìn)角質(zhì)形成細(xì)胞中氧化磷脂、氧化膽固醇及膽固醇的增加，而25-羥基膽固醇(25-hydroxycholesterol，25-OH)在角質(zhì)形成細(xì)胞中可促進(jìn)自噬的發(fā)生[27-28]。這些研究均提示UV誘導(dǎo)的活性氧(reactive oxygen species，ROS)產(chǎn)物可激活自噬。

此外，有研究發(fā)現(xiàn)在黑素細(xì)胞中，UVA照射后自噬激活蛋白Sestrin2會(huì)降低核轉(zhuǎn)錄因子E2相關(guān)因子 2(nuclear factor-erythroid 2 related factor 2,Nrf2)的表達(dá)水平并促進(jìn)ROS產(chǎn)物的生成[17]，而自噬缺失則可促進(jìn)Nrf2依賴的抗氧化應(yīng)答過(guò)程[27]。這些研究表明自噬在UVA誘導(dǎo)的氧化應(yīng)激損傷應(yīng)答過(guò)程中起著復(fù)雜的作用：其可清除氧化蛋白及脂質(zhì)并在不同的細(xì)胞中減少抗氧化反應(yīng)。

4 自噬與UV導(dǎo)致的細(xì)胞增殖及凋亡

在正常皮膚中，UV照射后可引起相應(yīng)細(xì)胞出現(xiàn)增殖及凋亡，而補(bǔ)充性的增殖細(xì)胞可替代凋亡的細(xì)胞并維持組織穩(wěn)態(tài)，且該過(guò)程受到嚴(yán)格的機(jī)制調(diào)節(jié)，以防細(xì)胞出現(xiàn)癌變[29]。有研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)敲除激活自噬的相關(guān)基因AMPK、Sestrin 2、Beclin1、Atg5和UVRAG后可導(dǎo)致皮膚和皮膚癌細(xì)胞對(duì)UVB照射所誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡更為敏感，提示自噬具有抑制凋亡并對(duì)細(xì)胞存活具有保護(hù)作用[30]，但也有研究認(rèn)為自噬促進(jìn)了UVB所誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡過(guò)程[28]。UVB照射后，自噬的發(fā)生可抑制p62的表達(dá)，并阻斷p62所介導(dǎo)的p38激活及接下來(lái)的細(xì)胞凋亡過(guò)程[16]。而UVB照射后同樣可增加自噬激活分子Sestrin2的產(chǎn)生并促進(jìn)細(xì)胞的存活[31]，表明由UVB照射所觸發(fā)的自噬可促進(jìn)細(xì)胞的存活并抑制細(xì)胞凋亡。自噬激活相關(guān)分子AMPK可調(diào)節(jié)XPC的表達(dá)并促進(jìn)UVB照射所引起的DNA損傷修復(fù)過(guò)程并抑制細(xì)胞增殖[21]，提示AMPK在調(diào)節(jié)自噬、增殖及凋亡過(guò)程中具有重要作用。

5 自噬與皮膚光損傷所致腫瘤

光損傷是由環(huán)境因素(主要是UV照射)導(dǎo)致，其進(jìn)一步可引起光老化并導(dǎo)致皮膚增厚、下垂及皺紋出現(xiàn)等表現(xiàn)。UVA及UVB均能通過(guò)增加ROS產(chǎn)物及DNA、脂質(zhì)及蛋白的氧化損傷而導(dǎo)致光老化，同時(shí)導(dǎo)致抗氧化酶的減少[24,32]。UVA導(dǎo)致的ROS產(chǎn)物可使磷脂蛋白氧化并形成氧化磷脂蛋白，而自噬可降解這些氧化產(chǎn)物[27]，并阻止由于過(guò)多氧化蛋白產(chǎn)物蓄積所導(dǎo)致的光損傷。光損傷也是許多皮膚腫瘤發(fā)生的主要環(huán)境因素之一，自噬參與皮膚腫瘤發(fā)生，如自噬可通過(guò)促進(jìn)ROS產(chǎn)物的清除、DNA修復(fù)及降解原癌基因p62而抑制腫瘤發(fā)生[19,33]。而自噬調(diào)節(jié)分子在臨床被作為皮膚腫瘤及其他疾病治療的方向,有研究報(bào)道AMPK可被UVB所激活并引起自噬[16]，促進(jìn)DNA修復(fù)[21]，抑制細(xì)胞增殖并促進(jìn)凋亡[31]。而在皮膚腫瘤中，AMPK的激活減少，因此，作用于AMPK可能會(huì)抑制腫瘤的生長(zhǎng)，有體內(nèi)研究發(fā)現(xiàn)AMPK激活劑二甲雙胍及阿卡地新(AICAR)可抑制UVB所導(dǎo)致的皮膚腫瘤生長(zhǎng)[21]。雷帕霉素為mTOR抑制劑，有研究發(fā)現(xiàn)在其處理UV照射的細(xì)胞后可通過(guò)下調(diào)Twist1而引起XPC水平的增加[19]，從而減少皮膚腫瘤中UV所導(dǎo)致的p53突變發(fā)生[34]。因此，以上研究均表明自噬在UVB應(yīng)答過(guò)程中具有腫瘤抑制的功能。

在自噬缺失或UVA照射后導(dǎo)致p62增加時(shí)，蓄積的p62在與許多促癌蛋白的相互作用過(guò)程中扮演著信號(hào)中樞的作用，既往研究認(rèn)為自噬通過(guò)p62的降解而發(fā)揮腫瘤抑制作用。Twist1是參與上皮間充質(zhì)轉(zhuǎn)化的轉(zhuǎn)錄因子，p62可與Twist1結(jié)合并穩(wěn)定該分子，在體外實(shí)驗(yàn)中通過(guò)該作用p62促進(jìn)皮膚腫瘤細(xì)胞的增殖和遷移，在SCC的動(dòng)物模型中，p62-Twist1相互作用也可促進(jìn)腫瘤的生長(zhǎng)和轉(zhuǎn)移[20]。此外，p62與TRAF6及與絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶的死亡結(jié)構(gòu)域相互作用可激活NF-κB信號(hào)通路，激活的NF-κB信號(hào)通路可促進(jìn)Ras介導(dǎo)的腫瘤形成[35]。p62還可以通過(guò)在遺傳毒性、氧化或代謝應(yīng)激時(shí)促進(jìn)細(xì)胞存活并通過(guò)提供維持高增殖率所必需的大分子來(lái)促進(jìn)腫瘤發(fā)展。有研究發(fā)現(xiàn)p62在皮膚鱗狀細(xì)胞癌進(jìn)展過(guò)程中具有促癌作用，可促進(jìn)皮膚鱗狀細(xì)胞癌細(xì)胞的存活并擴(kuò)大DNA的損傷。

綜上,皮膚在UV照射后的光損傷發(fā)生過(guò)程中，自噬通過(guò)不同的信號(hào)通路參與了光損傷所導(dǎo)致的皮膚細(xì)胞DNA損傷修復(fù)、氧化應(yīng)激、增殖及凋亡過(guò)程，并影響皮膚腫瘤的發(fā)生與發(fā)展。隨著對(duì)自噬在皮膚光損傷機(jī)制中的進(jìn)一步研究，針對(duì)這些重要通路、分子的靶向治療將有助于臨床對(duì)于光損傷所導(dǎo)致皮膚病的防治。