紫外線照射下microRNA在皮膚中的應答機制研究進展

妥亞楠，張理濤

（天津市中醫(yī)藥研究院附屬醫(yī)院，天津 300120）

1 皮膚對UV的應答

人類皮膚接受的UV大多由表皮吸收，只有長波UV能傳遞至真皮。UV對皮膚的一系列影響從DNA吸收UV開始，之后造成細胞膜損傷，影響細胞間的轉錄因子，造成DNA損傷[1]。

UV可通過活性氧引起細胞核和線粒體DNA的直接損傷。損傷的程度和類型主要取決于UV的波長[2]。Matsunuma等[3]證實，UV造成的DNA損傷可誘導起源識別復合物（HBO1）磷酸化從而促使（CRL4DDB）2降解而調控細胞增殖。UV引起DNA損傷的物質主要包括環(huán)丁烷嘧啶二聚體（CPDs）、嘧啶酮光產(chǎn)物（6-4PPs）及其同分異構體。除此之外，UV通過活性氧的產(chǎn)物可產(chǎn)生氧化自由基損傷，如DNA中的8-羥基脫氧鳥苷（8-OHdG）和胸腺嘧啶，或者造成單雙鏈斷裂[4]。這些損傷如不及早修復，可造成DNA分子結構的嚴重扭曲，從而影響細胞的重要進程，如DNA復制、轉錄、改變細胞生存能力和功能完整[5]。

細胞以一種可誘導的瞬間反應來應對UV損傷，被稱為“UV應激反應”。這一反應主要通過真核細胞的DNA修復系統(tǒng)和細胞周期檢驗點保證染色體完整性而實現(xiàn)的。如果皮膚這一反應失常，可造成免疫抑制、炎性反應、光老化和皮膚致癌。

除了修復機制，DNA損傷的增殖期細胞會出現(xiàn)強制性細胞周期停滯，主要通過細胞周期檢驗點來調控，此過程會抑制細胞周期素依賴性激酶（Cdks）。DNA損傷被多重網(wǎng)絡調控，導致DNA損傷修復相關蛋白的快速募集，如共濟失調毛細血管擴張突變基因（ATM）、ATM與Rad3相關蛋白激酶（ATR），繼而激活檢驗點蛋白Chk1和Chk2，抑制細胞周期。一旦損傷修復，檢驗點抑制細胞會恢復細胞周期進程，然而細胞如造成不可修復的DNA損傷，會造成永久性細胞周期阻滯或凋亡。修復的類型包括堿基切除修復（BER）、核苷酸切除修復（NER）、錯配修復（MMR）和雙鏈斷裂修復。NER可修復大面積DNA損傷，如CPDs和6-4PPs，BER可修復小面積損傷，如8-OHdG。Qiang等[6]研究表明，巨自噬可通過NER方式由傳感器蛋白DNA損傷損別和修復因子（XPC）和DNA損傷黏合蛋白（DDB）2途徑修復UV誘導的DNA損傷，NER方式主要由cAMP依賴性通路的下游信號分子黑素皮質受體 1（MC1R）激活[7]。Drigeard 等[8]證實紫外線照射可導致成纖維細胞修復DNA損傷的能力提高，其可激活p53，增加DDB2和XPC基因表達，導致染色體中DDB2和XPC修復蛋白水平升高。

2 microRNA（miRNA）和UV照射的皮膚

miRNA是一類內(nèi)源性小分子非編碼RNA，與生長因子、轉錄因子等形成網(wǎng)絡系統(tǒng)調控多種生物進程，在轉錄后水平抑制基因的表達。與靶基因3’非翻譯區(qū)（UTR）結合，調控人類約30%基因，抑制其蛋白翻譯，降低mRNA穩(wěn)定性[9]。在細胞增殖、分化和凋亡中均起到重要作用。一個基因可以由多個miRNA進行調控，一個miRNA可與不同的靶基因進行堿基互補配對。miRNA已被證實其可調控包括胚胎發(fā)育、細胞分化、凋亡和增殖在內(nèi)的多種生物進程。miRNA表達譜的變化已被證實與人類多種疾病相關，特別是癌癥。一些技術已可控制單個miRNA的功能，從而研究生物起源、生物學特性和治療疾病的潛能。

盡管人們對miRNA在皮膚生理和病理進程中的作用越來越感興趣，但UV照射下miRNA對皮膚應答調控的精確機制尚不得知。近期研究表明，miRNA在表觀遺傳的皮膚腫瘤中起重要調控作用[10]。

2.1 miRNA在UV照射正常皮膚中的作用 UVB照射下miRNA表達譜變化在多種細胞中均有研究。UVB照射下培養(yǎng)人原代角質形成細胞4 h或24 h后，與未照射組相比，44個miRNA表達譜發(fā)生了2倍以上的變化。有些miRNA僅在4 h表達變化而有些miRNA在24 h也發(fā)生變化。這一現(xiàn)象在經(jīng)電離輻射的甲狀腺細胞和經(jīng)UVC照射的HeLa細胞中也存在，說明在照射干預下，miRNA表達的時相性變化是普遍存在的[11-12]。

UVB照射角質形成細胞后，導致其miR-330-5p過表達，可抑制黑素細胞中黑素形成，提示醫(yī)者miRNA可能參與了UVB介導的皮膚色素沉著[13]。

2.2 miRNA和UV誘導的DNA損傷 UV會導致DNA損傷，近期研究表明細胞在轉錄和轉錄后水平進行應答，而后者是由miRNA調控。有研究表明，細胞周期依賴激酶抑制劑p16（INK4a）可影響轉錄因子Sp1與細胞周期依賴激酶4相互作用從而反式激活miR-141和miR-146b-5p繼而調控UV介導的DNA損傷[14]。抑制miR-9的表達可促進鼻咽癌細胞中UV誘導的活性氧損傷[15]。

2.3 miRNA與UV所致的色素沉著 皮膚通過色素沉著來防御UV損傷，如小眼畸形相關轉錄因子（MITF）可通過miR-211來調控黑素細胞及黑素母細胞中色素沉著。Dynoodt等[16]挑選了Melan-a鼠黑素細胞，這些細胞對促進黑素形成的因素更加敏感，如α-促黑色素（MSH）和UV照射。Melan-a細胞在UV小劑量（60 mJ/cm2）照射和毛喉素（20 μmol/L，cAMP途徑的激活物）處理后，miRNA表達發(fā)生變化，闡明這一療法會誘導黑素生成。這些增殖的細胞會產(chǎn)生大量黑素，且可促進黑素小體的轉移和轉運。治療組和對照組之間可觀察到540個miRNA發(fā)生了＞1.5倍的變化。在篩選的結果中，一部分miRNA表達下調，如miR-125b等，而miR-130b等則上調。在Pig1s及NHEMs細胞中轉染miR-340mimics并使用UVB處理后發(fā)現(xiàn)，轉染mimics組與對照組相比RhoA在mRNA及蛋白水平均下調，且樹突的長度增加、數(shù)目增多，黑素細胞形態(tài)明顯改變，與角質形成細胞聯(lián)系增多。而轉染miR-340inhibitor則結論相反[13]。上述研究表明UVB誘導下，miR340可以與RhoA mRNA結合，抑制其蛋白表達，解除其對樹突的負調控作用，促進樹突的生長和延伸。

2.4 miRNA和光老化 光老化是皮膚在經(jīng)歷長時間連續(xù)UV照射后出現(xiàn)的皮膚衰老現(xiàn)象。Song等[17]發(fā)現(xiàn)UVA照射會上調c-Jun表達的機制。其提出在真皮成纖維細胞中下調miR-155的表達可促進c-Jun mRNA和蛋白的表達。熒光霉素報告基因分析出miR-155可與c-Jun特異性結合。在照射組和對照組中，感染了miR-155類似物后，c-Jun的蛋白水平均下調而感染miR-155抑制物后c-Jun蛋白水平上調。然而c-Jun mRNA表達并無明顯變化，說明miR-155引起的c-Jun抑制發(fā)生于轉錄后水平。在人成纖維細胞中，UVB誘導衰老的機制已被深入研究。通過全基因組轉錄分析，發(fā)現(xiàn)了UVB誘導衰老的轉錄信號，同時通過miRNA篩選，發(fā)現(xiàn)5個包括miR-101在內(nèi)的miRNA表達發(fā)生了變化。Ezh2是miR-101結合的靶基因，然而下調miR-101并不能阻止UVB誘導的衰老，表明UVB誘導的衰老可通過其他路徑上調miR-101的表達[18]。此外，An等[19]證實積草雪提取液可對抗衰老，其可能通過誘導成纖維細胞中特定miRNA表達來對抗UVB導致的損傷。應用積雪草提取液治療后一些miRNA表達發(fā)生變化可有效抑制細胞凋亡，促進細胞增殖，激活MAP激酶。Li等[20]研究表明，UVB照射后，miR-1246表達上調從而抑制RTKN2的表達，促進細胞衰老。

2.5 miRNA和光致癌 光致癌是由UV照射皮膚引起的DNA損傷與修復、凋亡、存活、突變及免疫系統(tǒng)相互作用的復雜網(wǎng)絡所導致的事件。miRNA在基底細胞癌（BCC）、鱗狀細胞癌（SCC）及黑素瘤等腫瘤中均有一定的調控作用[21]。

最普遍的非黑素瘤皮膚癌癥是BCC和SCC，起源于表皮的基底細胞或鱗狀細胞。雖然致病因素眾多，但UV在上述癌癥發(fā)病中起到重要作用。為了檢測UV照射后miRNA的變化與SCC的發(fā)生是否有關，有學者分析了SCC患者組織中的miRNA，并與正常人組織中的miRNA水平進行對比。在SCC的發(fā)病機制中通過不同的途徑，部分miRNA可促進腫瘤生長，如 miR-21，miR-205，miR-365，miR-31，而部分miRNA可抑制腫瘤生長，如miR-20a，miR-203，miR-181a，其調控機制的異常是導致腫瘤的重要病因之一。對miRNA的深入了解有助于明確SCC的生物學特性，并為治療提供新的生物靶點[22]。

有研究表明miR-9可抑制鼻咽癌細胞對UV的敏感性，過表達miR-9的鼻咽癌細胞暴露于UV下，可見DNA損傷減少，總谷胱甘肽水平上升，下調miR-9的表達可促進UV誘導的DNA損傷及細胞凋亡，可見miR-9或成為調控鼻咽癌細胞輻射敏感性的潛在目標[23]。

大量證據(jù)表明，皮膚人乳頭瘤病毒（HPV）感染可能會增加患皮膚腫瘤的風險，尤其是βHPV與SCC之間關系密切[24]。通過分析UV照射后的野生型和HPV8-CER型小鼠發(fā)現(xiàn)，HPV8的致癌作用明顯，在其體內(nèi)可發(fā)現(xiàn)致癌的miR-17-5p，miR-21和miR-106a上調，抑癌的miR-155和miR-206表達下調。此外，miR-21和miR-106a的靶基因靶向蛋白酪氨酸磷酸酶基因（PTEN），程序性細胞死亡因子（PDCD）4和視網(wǎng)膜母細胞瘤基因（Rb）在調控細胞周期、凋亡、增殖方面起到重要作用。表明miRNA的表達與UV誘導的HPV8致癌基因水平上調和之后的腫瘤形成密切相關[25]。

近期研究證實黑素瘤與一些危險因素有關，如毛發(fā)顏色、皮膚腫瘤患病史等。而UV照射是致病因素中唯一可避免的。UV誘導DNA損傷后黑素瘤細胞易發(fā)生突變，依據(jù)黑素瘤全基因組測序證實，此區(qū)域富含鳥嘌呤，黑素瘤體細胞突變可以減少miRNA與突變的3’UTR[26]。GC堿基在UV致DNA結構損傷后有助于恢復其熱力學穩(wěn)定性。在不同膚色人群中GC/AU在3’UTR中的比率不同，提示GC堿基可能促進miRNA結合并對細胞進行調控。這可能是一種最小化UV照射影響并減少皮膚腫瘤發(fā)生的進化機制[27]。

此外，miRNA在肝細胞癌的發(fā)展進程中起到了重要作用，miR-145通過與Rho相關螺旋蛋白激酶（ROCK）1結合抑制其表達，從而抑制肝癌細胞的增殖和遷移[28]。

3 結語

近期miRNA對基因轉錄的調控成為熱點，UV照射后細胞內(nèi)的miRNA水平變化，然而其具體的調控機制尚未完全闡明。盡管一些UV相關的miRNA已被證實在皮膚腫瘤中有重要作用，但是其精確的調控皮膚腫瘤發(fā)病的機制尚不得知。就目前研究成果而言，miRNA在UV誘導下可調控細胞周期監(jiān)驗點和細胞凋亡。此外，其可調控UV誘導的DNA損傷。目前掌握的知識只能解釋一些基礎問題，但是UV誘導的miRNA水平基因間的相互作用仍不得知。UV誘導下，在細胞周期監(jiān)驗點、細胞凋亡、分化和其他領域起作用的miRNA的具體功能仍需進一步研究。希望這一領域進一步的研究可加深人們對UV誘導的miRNA調控皮膚腫瘤發(fā)生的理解與認知，為研究新的靶向藥物提供科研思路。