自噬在皮肤光损伤中的作用

白根龙，王姿月 综述，王 萍，陈爱军 审校

(重庆医科大学附属第一医院皮肤科 400016)

紫外线(ultraviolet，UV)是引起皮肤光损伤及光致皮肤肿瘤的主要外源性因素。UV根据波长可分为UVA(315～400 nm)、UVB(280～315 nm)及UVC(100～280 nm)。其中以UVA波长最长且最为丰富，UVA可部分被表皮吸收，大部分可穿透至真皮，其中20%～30%可到达皮肤真皮深部；UVB在太阳光中含量相对较少，70%作用于表皮，10%可穿透至真皮上部，而UVC则在到达地面之前被臭氧层所过滤，因此，引起皮肤光损伤的UV主要为UVA及UVB[1]。皮肤光损伤可分为急性光损伤和慢性光损伤，前者主要引起急性炎性反应，而后者即为光老化，两者在皮肤受UV照射后均会出现，共同参与UV所致皮肤光生物学变化[2]。自噬是维持机体细胞稳态的重要生物学过程，研究表明自噬参与了UV所致皮肤光损伤过程。本文就自噬在皮肤光损伤中的研究进展进行综述。

1 UV所致皮肤光损伤

UVB可被表皮角质形成细胞的DNA所吸收，并直接导致DNA损伤，生成一系列光化产物，其中最常见的为环丁烷嘧啶二聚体(cyclobutane pyrimidine dimmers,CPDs)，其次为6-4嘧啶光产物(pyrimidine-(6-4)-pyrimidone，6-4PPs)，6-4PPs分子较大，但比CPDs更容易被有效修复[3]，因此在修复失败及光损伤严重时，CPDs是UVB导致DNA突变的最常见原因(约80%)[4-5]。

UVA导致DNA损伤所引起的光化产物的产生远远少于UVB，且既往认为这些光化产物是无害的[6]，因此UVA所致光化产物的产生及其对皮肤损伤的影响仍存在争议。但近来有研究发现UVA也可引起CPDs的形成，并在UVA所引起的皮肤损伤中显著增加[7]，而6-4PPs则无明显改变[8]。UVA引起DNA损伤所导致的CPDs主要为T-T二聚体，其存在的时间较UVB所致的CPDs更长[9]。有学者认为UVA所引起的CPDs蓄积及皮损处DNA损伤修复失败是UVA所致皮肤损伤的重要原因[7]。UV导致DNA损伤后可激活DNA的损伤修复过程、阻滞细胞周期及激活凋亡通路，其中阻滞细胞周期可促进光化产物的识别并修复，但若DNA受到广泛损伤且无法修复时细胞凋亡将被启动，而未经凋亡并存活的细胞会进一步增殖替代死亡的细胞继而维持组织的稳态，该过程若出现失衡则会导致损伤细胞出现癌变，进而导致皮肤肿瘤的发生[10-11]。其中最重要的为已发现的肿瘤抑制分子p53，其参与DNA损伤修复、原癌基因表达等过程，并通过抑制细胞周期、促进细胞凋亡清除损伤细胞或阻止原癌基因表达发挥作用[12-13]。当UV照射导致DNA损伤，可激活相应的感受器分子识别单链DNA(ssDNA)并形成复合物，稳定p53表达水平阻滞细胞周期继而为DNA损伤修复提供充足的时间，并阻止受损细胞的增殖。研究发现着色性干皮病基因组(xeroderma pigmentosum complementation group C,XPC)及受损DNA结合蛋白2(damage-specific DNA-binding protein 2，DDB2)分子可促进感受器分子向DNA损伤部位聚集，并促进细胞周期阻滞通路[14]。

2 自噬参与UV导致的DNA损伤修复

UVB照射可直接快速激活磷酸腺苷依赖的蛋白激酶(adenosine 5′-monophosphate-activated protein kinase，AMPK)，紫外线抵抗相关基因 (UV radiation resistance-associated gene，UVRAG)及p53并激活自噬[15-16]，而p53的激活可进一步诱导自噬激活相关分子AMPK、结节性硬化症复合体2(tuberous sclerosis complexes 2，TSC2)、Sestrin1及Sestrin2的转录[17]。在基因毒性应激反应过程中，Sestrin1及Sestrin2可与AMPK、TSC1及TSC2相互作用并抑制mTOR信号通路[18]，而基因毒性应激反应是自噬的触发因素，因此UV导致的DNA损伤修复受到自噬的调节。有研究发现当敲低自噬关键基因Atg5、7、12及14后可妨碍UVB所致DNA损伤的修复过程，其中当敲低Atg5后,自噬的缺乏将导致Twist1的聚集并通过蛋白激酶B(AKT)信号通路激活转录抑制复合物E2F4-RBL2,E2F4-RBL2复合物可抑制XPC的转录并导致DNA损伤的聚集[19]。此外，p300为DDB2聚集的关键分子，研究发现UVB照射后，如自噬缺乏则会引起Twist1与p300的结合，并抑制p300的产生，从而影响DDB2向CPDs聚集，表明DDB2识别UV导致的DNA损伤也是依赖于自噬[19]。也有研究表明自噬缺乏时在p62的作用下Twist1可持续存在[20]，提示自噬调节DNA损伤修复过程依赖于Twist1。自噬的发生依赖于AMPK的激活，UVB照射后可激活AMPK，促进XPC蛋白生成并修复CPDs，当敲低AMPK基因则会抑制CPDs的修复，但研究发现该过程并不影响6-4PPs的修复[21]，进一步说明了自噬可正向调节UVB所致DNA损伤修复过程。

自噬激活分子UVRAG最初在遗传筛选中被鉴定为与全基因组核苷酸剪切修复(global genome nucleotide excision repair,GG-NER)相关[22]，而UVRAG在DNA损伤修复中的作用仍不清楚。有研究发现UVRAG可促进DDB1及DDB2向UV所导致的DNA损伤部位聚集并与DDB1相结合，当敲低UVRAG后在核苷酸剪切修复(NER)启动时可抑制DNA从DDB1向XPC 转运，但UVRAG激活自噬及GG-NER的过程是相互独立的[23]，提示UVRAG可以作为同时激活DNA损伤修复和自噬的信号传导中枢。

磷酸酶张力蛋白(phosphatase and tensin homolog,PTEN)可抑制mTOR并促进自噬的发生，但研究发现在UVB照射所致的DNA损伤应答过程中PTEN可被Sestrin2抑制[24]，而抑制PTEN后会下调XPC并影响GG-NER过程[25]，提示PTEN可正向调节UVB所致的DNA损伤。

3 自噬与UV所致的氧化应激过程

自噬在氧化应激应答过程中具有重要作用[26],但关于UVA所致氧化应激中自噬的作用研究尚少。有研究发现UVA照射后，若自噬缺失可导致表皮角质形成细胞中氧化磷脂及氧化蛋白的聚集，提示UVA所诱导的氧化应激可触发自噬并清除氧化产物，当用单态氧淬灭剂NaN3处理后可抑制UVA所诱导的自噬[27]，抗氧化剂则可抑制UVB照射后所引起的人真皮成纤维细胞的自噬[28]。此外，UVA照射促进角质形成细胞中氧化磷脂、氧化胆固醇及胆固醇的增加，而25-羟基胆固醇(25-hydroxycholesterol，25-OH)在角质形成细胞中可促进自噬的发生[27-28]。这些研究均提示UV诱导的活性氧(reactive oxygen species，ROS)产物可激活自噬。

此外，有研究发现在黑素细胞中，UVA照射后自噬激活蛋白Sestrin2会降低核转录因子E2相关因子 2(nuclear factor-erythroid 2 related factor 2,Nrf2)的表达水平并促进ROS产物的生成[17]，而自噬缺失则可促进Nrf2依赖的抗氧化应答过程[27]。这些研究表明自噬在UVA诱导的氧化应激损伤应答过程中起着复杂的作用：其可清除氧化蛋白及脂质并在不同的细胞中减少抗氧化反应。

4 自噬与UV导致的细胞增殖及凋亡

在正常皮肤中，UV照射后可引起相应细胞出现增殖及凋亡，而补充性的增殖细胞可替代凋亡的细胞并维持组织稳态，且该过程受到严格的机制调节，以防细胞出现癌变[29]。有研究发现当敲除激活自噬的相关基因AMPK、Sestrin 2、Beclin1、Atg5和UVRAG后可导致皮肤和皮肤癌细胞对UVB照射所诱导的细胞凋亡更为敏感，提示自噬具有抑制凋亡并对细胞存活具有保护作用[30]，但也有研究认为自噬促进了UVB所诱导的细胞凋亡过程[28]。UVB照射后，自噬的发生可抑制p62的表达，并阻断p62所介导的p38激活及接下来的细胞凋亡过程[16]。而UVB照射后同样可增加自噬激活分子Sestrin2的产生并促进细胞的存活[31]，表明由UVB照射所触发的自噬可促进细胞的存活并抑制细胞凋亡。自噬激活相关分子AMPK可调节XPC的表达并促进UVB照射所引起的DNA损伤修复过程并抑制细胞增殖[21]，提示AMPK在调节自噬、增殖及凋亡过程中具有重要作用。

5 自噬与皮肤光损伤所致肿瘤

光损伤是由环境因素(主要是UV照射)导致，其进一步可引起光老化并导致皮肤增厚、下垂及皱纹出现等表现。UVA及UVB均能通过增加ROS产物及DNA、脂质及蛋白的氧化损伤而导致光老化，同时导致抗氧化酶的减少[24,32]。UVA导致的ROS产物可使磷脂蛋白氧化并形成氧化磷脂蛋白，而自噬可降解这些氧化产物[27]，并阻止由于过多氧化蛋白产物蓄积所导致的光损伤。光损伤也是许多皮肤肿瘤发生的主要环境因素之一，自噬参与皮肤肿瘤发生，如自噬可通过促进ROS产物的清除、DNA修复及降解原癌基因p62而抑制肿瘤发生[19,33]。而自噬调节分子在临床被作为皮肤肿瘤及其他疾病治疗的方向,有研究报道AMPK可被UVB所激活并引起自噬[16]，促进DNA修复[21]，抑制细胞增殖并促进凋亡[31]。而在皮肤肿瘤中，AMPK的激活减少，因此，作用于AMPK可能会抑制肿瘤的生长，有体内研究发现AMPK激活剂二甲双胍及阿卡地新(AICAR)可抑制UVB所导致的皮肤肿瘤生长[21]。雷帕霉素为mTOR抑制剂，有研究发现在其处理UV照射的细胞后可通过下调Twist1而引起XPC水平的增加[19]，从而减少皮肤肿瘤中UV所导致的p53突变发生[34]。因此，以上研究均表明自噬在UVB应答过程中具有肿瘤抑制的功能。

在自噬缺失或UVA照射后导致p62增加时，蓄积的p62在与许多促癌蛋白的相互作用过程中扮演着信号中枢的作用，既往研究认为自噬通过p62的降解而发挥肿瘤抑制作用。Twist1是参与上皮间充质转化的转录因子，p62可与Twist1结合并稳定该分子，在体外实验中通过该作用p62促进皮肤肿瘤细胞的增殖和迁移，在SCC的动物模型中，p62-Twist1相互作用也可促进肿瘤的生长和转移[20]。此外，p62与TRAF6及与丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶的死亡结构域相互作用可激活NF-κB信号通路，激活的NF-κB信号通路可促进Ras介导的肿瘤形成[35]。p62还可以通过在遗传毒性、氧化或代谢应激时促进细胞存活并通过提供维持高增殖率所必需的大分子来促进肿瘤发展。有研究发现p62在皮肤鳞状细胞癌进展过程中具有促癌作用，可促进皮肤鳞状细胞癌细胞的存活并扩大DNA的损伤。

综上,皮肤在UV照射后的光损伤发生过程中，自噬通过不同的信号通路参与了光损伤所导致的皮肤细胞DNA损伤修复、氧化应激、增殖及凋亡过程，并影响皮肤肿瘤的发生与发展。随着对自噬在皮肤光损伤机制中的进一步研究，针对这些重要通路、分子的靶向治疗将有助于临床对于光损伤所导致皮肤病的防治。