紫外线照射下microRNA在皮肤中的应答机制研究进展

妥亚楠，张理涛

（天津市中医药研究院附属医院，天津 300120）

1 皮肤对UV的应答

人类皮肤接受的UV大多由表皮吸收，只有长波UV能传递至真皮。UV对皮肤的一系列影响从DNA吸收UV开始，之后造成细胞膜损伤，影响细胞间的转录因子，造成DNA损伤[1]。

UV可通过活性氧引起细胞核和线粒体DNA的直接损伤。损伤的程度和类型主要取决于UV的波长[2]。Matsunuma等[3]证实，UV造成的DNA损伤可诱导起源识别复合物（HBO1）磷酸化从而促使（CRL4DDB）2降解而调控细胞增殖。UV引起DNA损伤的物质主要包括环丁烷嘧啶二聚体（CPDs）、嘧啶酮光产物（6-4PPs）及其同分异构体。除此之外，UV通过活性氧的产物可产生氧化自由基损伤，如DNA中的8-羟基脱氧鸟苷（8-OHdG）和胸腺嘧啶，或者造成单双链断裂[4]。这些损伤如不及早修复，可造成DNA分子结构的严重扭曲，从而影响细胞的重要进程，如DNA复制、转录、改变细胞生存能力和功能完整[5]。

细胞以一种可诱导的瞬间反应来应对UV损伤，被称为“UV应激反应”。这一反应主要通过真核细胞的DNA修复系统和细胞周期检验点保证染色体完整性而实现的。如果皮肤这一反应失常，可造成免疫抑制、炎性反应、光老化和皮肤致癌。

除了修复机制，DNA损伤的增殖期细胞会出现强制性细胞周期停滞，主要通过细胞周期检验点来调控，此过程会抑制细胞周期素依赖性激酶（Cdks）。DNA损伤被多重网络调控，导致DNA损伤修复相关蛋白的快速募集，如共济失调毛细血管扩张突变基因（ATM）、ATM与Rad3相关蛋白激酶（ATR），继而激活检验点蛋白Chk1和Chk2，抑制细胞周期。一旦损伤修复，检验点抑制细胞会恢复细胞周期进程，然而细胞如造成不可修复的DNA损伤，会造成永久性细胞周期阻滞或凋亡。修复的类型包括碱基切除修复（BER）、核苷酸切除修复（NER）、错配修复（MMR）和双链断裂修复。NER可修复大面积DNA损伤，如CPDs和6-4PPs，BER可修复小面积损伤，如8-OHdG。Qiang等[6]研究表明，巨自噬可通过NER方式由传感器蛋白DNA损伤损别和修复因子（XPC）和DNA损伤黏合蛋白（DDB）2途径修复UV诱导的DNA损伤，NER方式主要由cAMP依赖性通路的下游信号分子黑素皮质受体 1（MC1R）激活[7]。Drigeard 等[8]证实紫外线照射可导致成纤维细胞修复DNA损伤的能力提高，其可激活p53，增加DDB2和XPC基因表达，导致染色体中DDB2和XPC修复蛋白水平升高。

2 microRNA（miRNA）和UV照射的皮肤

miRNA是一类内源性小分子非编码RNA，与生长因子、转录因子等形成网络系统调控多种生物进程，在转录后水平抑制基因的表达。与靶基因3’非翻译区（UTR）结合，调控人类约30%基因，抑制其蛋白翻译，降低mRNA稳定性[9]。在细胞增殖、分化和凋亡中均起到重要作用。一个基因可以由多个miRNA进行调控，一个miRNA可与不同的靶基因进行碱基互补配对。miRNA已被证实其可调控包括胚胎发育、细胞分化、凋亡和增殖在内的多种生物进程。miRNA表达谱的变化已被证实与人类多种疾病相关，特别是癌症。一些技术已可控制单个miRNA的功能，从而研究生物起源、生物学特性和治疗疾病的潜能。

尽管人们对miRNA在皮肤生理和病理进程中的作用越来越感兴趣，但UV照射下miRNA对皮肤应答调控的精确机制尚不得知。近期研究表明，miRNA在表观遗传的皮肤肿瘤中起重要调控作用[10]。

2.1 miRNA在UV照射正常皮肤中的作用 UVB照射下miRNA表达谱变化在多种细胞中均有研究。UVB照射下培养人原代角质形成细胞4 h或24 h后，与未照射组相比，44个miRNA表达谱发生了2倍以上的变化。有些miRNA仅在4 h表达变化而有些miRNA在24 h也发生变化。这一现象在经电离辐射的甲状腺细胞和经UVC照射的HeLa细胞中也存在，说明在照射干预下，miRNA表达的时相性变化是普遍存在的[11-12]。

UVB照射角质形成细胞后，导致其miR-330-5p过表达，可抑制黑素细胞中黑素形成，提示医者miRNA可能参与了UVB介导的皮肤色素沉着[13]。

2.2 miRNA和UV诱导的DNA损伤 UV会导致DNA损伤，近期研究表明细胞在转录和转录后水平进行应答，而后者是由miRNA调控。有研究表明，细胞周期依赖激酶抑制剂p16（INK4a）可影响转录因子Sp1与细胞周期依赖激酶4相互作用从而反式激活miR-141和miR-146b-5p继而调控UV介导的DNA损伤[14]。抑制miR-9的表达可促进鼻咽癌细胞中UV诱导的活性氧损伤[15]。

2.3 miRNA与UV所致的色素沉着 皮肤通过色素沉着来防御UV损伤，如小眼畸形相关转录因子（MITF）可通过miR-211来调控黑素细胞及黑素母细胞中色素沉着。Dynoodt等[16]挑选了Melan-a鼠黑素细胞，这些细胞对促进黑素形成的因素更加敏感，如α-促黑色素（MSH）和UV照射。Melan-a细胞在UV小剂量（60 mJ/cm2）照射和毛喉素（20 μmol/L，cAMP途径的激活物）处理后，miRNA表达发生变化，阐明这一疗法会诱导黑素生成。这些增殖的细胞会产生大量黑素，且可促进黑素小体的转移和转运。治疗组和对照组之间可观察到540个miRNA发生了＞1.5倍的变化。在筛选的结果中，一部分miRNA表达下调，如miR-125b等，而miR-130b等则上调。在Pig1s及NHEMs细胞中转染miR-340mimics并使用UVB处理后发现，转染mimics组与对照组相比RhoA在mRNA及蛋白水平均下调，且树突的长度增加、数目增多，黑素细胞形态明显改变，与角质形成细胞联系增多。而转染miR-340inhibitor则结论相反[13]。上述研究表明UVB诱导下，miR340可以与RhoA mRNA结合，抑制其蛋白表达，解除其对树突的负调控作用，促进树突的生长和延伸。

2.4 miRNA和光老化 光老化是皮肤在经历长时间连续UV照射后出现的皮肤衰老现象。Song等[17]发现UVA照射会上调c-Jun表达的机制。其提出在真皮成纤维细胞中下调miR-155的表达可促进c-Jun mRNA和蛋白的表达。荧光霉素报告基因分析出miR-155可与c-Jun特异性结合。在照射组和对照组中，感染了miR-155类似物后，c-Jun的蛋白水平均下调而感染miR-155抑制物后c-Jun蛋白水平上调。然而c-Jun mRNA表达并无明显变化，说明miR-155引起的c-Jun抑制发生于转录后水平。在人成纤维细胞中，UVB诱导衰老的机制已被深入研究。通过全基因组转录分析，发现了UVB诱导衰老的转录信号，同时通过miRNA筛选，发现5个包括miR-101在内的miRNA表达发生了变化。Ezh2是miR-101结合的靶基因，然而下调miR-101并不能阻止UVB诱导的衰老，表明UVB诱导的衰老可通过其他路径上调miR-101的表达[18]。此外，An等[19]证实积草雪提取液可对抗衰老，其可能通过诱导成纤维细胞中特定miRNA表达来对抗UVB导致的损伤。应用积雪草提取液治疗后一些miRNA表达发生变化可有效抑制细胞凋亡，促进细胞增殖，激活MAP激酶。Li等[20]研究表明，UVB照射后，miR-1246表达上调从而抑制RTKN2的表达，促进细胞衰老。

2.5 miRNA和光致癌 光致癌是由UV照射皮肤引起的DNA损伤与修复、凋亡、存活、突变及免疫系统相互作用的复杂网络所导致的事件。miRNA在基底细胞癌（BCC）、鳞状细胞癌（SCC）及黑素瘤等肿瘤中均有一定的调控作用[21]。

最普遍的非黑素瘤皮肤癌症是BCC和SCC，起源于表皮的基底细胞或鳞状细胞。虽然致病因素众多，但UV在上述癌症发病中起到重要作用。为了检测UV照射后miRNA的变化与SCC的发生是否有关，有学者分析了SCC患者组织中的miRNA，并与正常人组织中的miRNA水平进行对比。在SCC的发病机制中通过不同的途径，部分miRNA可促进肿瘤生长，如 miR-21，miR-205，miR-365，miR-31，而部分miRNA可抑制肿瘤生长，如miR-20a，miR-203，miR-181a，其调控机制的异常是导致肿瘤的重要病因之一。对miRNA的深入了解有助于明确SCC的生物学特性，并为治疗提供新的生物靶点[22]。

有研究表明miR-9可抑制鼻咽癌细胞对UV的敏感性，过表达miR-9的鼻咽癌细胞暴露于UV下，可见DNA损伤减少，总谷胱甘肽水平上升，下调miR-9的表达可促进UV诱导的DNA损伤及细胞凋亡，可见miR-9或成为调控鼻咽癌细胞辐射敏感性的潜在目标[23]。

大量证据表明，皮肤人乳头瘤病毒（HPV）感染可能会增加患皮肤肿瘤的风险，尤其是βHPV与SCC之间关系密切[24]。通过分析UV照射后的野生型和HPV8-CER型小鼠发现，HPV8的致癌作用明显，在其体内可发现致癌的miR-17-5p，miR-21和miR-106a上调，抑癌的miR-155和miR-206表达下调。此外，miR-21和miR-106a的靶基因靶向蛋白酪氨酸磷酸酶基因（PTEN），程序性细胞死亡因子（PDCD）4和视网膜母细胞瘤基因（Rb）在调控细胞周期、凋亡、增殖方面起到重要作用。表明miRNA的表达与UV诱导的HPV8致癌基因水平上调和之后的肿瘤形成密切相关[25]。

近期研究证实黑素瘤与一些危险因素有关，如毛发颜色、皮肤肿瘤患病史等。而UV照射是致病因素中唯一可避免的。UV诱导DNA损伤后黑素瘤细胞易发生突变，依据黑素瘤全基因组测序证实，此区域富含鸟嘌呤，黑素瘤体细胞突变可以减少miRNA与突变的3’UTR[26]。GC碱基在UV致DNA结构损伤后有助于恢复其热力学稳定性。在不同肤色人群中GC/AU在3’UTR中的比率不同，提示GC碱基可能促进miRNA结合并对细胞进行调控。这可能是一种最小化UV照射影响并减少皮肤肿瘤发生的进化机制[27]。

此外，miRNA在肝细胞癌的发展进程中起到了重要作用，miR-145通过与Rho相关螺旋蛋白激酶（ROCK）1结合抑制其表达，从而抑制肝癌细胞的增殖和迁移[28]。

3 结语

近期miRNA对基因转录的调控成为热点，UV照射后细胞内的miRNA水平变化，然而其具体的调控机制尚未完全阐明。尽管一些UV相关的miRNA已被证实在皮肤肿瘤中有重要作用，但是其精确的调控皮肤肿瘤发病的机制尚不得知。就目前研究成果而言，miRNA在UV诱导下可调控细胞周期监验点和细胞凋亡。此外，其可调控UV诱导的DNA损伤。目前掌握的知识只能解释一些基础问题，但是UV诱导的miRNA水平基因间的相互作用仍不得知。UV诱导下，在细胞周期监验点、细胞凋亡、分化和其他领域起作用的miRNA的具体功能仍需进一步研究。希望这一领域进一步的研究可加深人们对UV诱导的miRNA调控皮肤肿瘤发生的理解与认知，为研究新的靶向药物提供科研思路。