自噬在皮膚光損傷中的作用

白根龍，王姿月 綜述，王 萍，陳愛軍 審校

(重慶醫科大學附屬第一醫院皮膚科 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根據波長可分為UVA(315～400 nm)、UVB(280～315 nm)及UVC(100～280 nm)。其中以UVA波長最長且最為豐富，UVA可部分被表皮吸收，大部分可穿透至真皮，其中20%～30%可到達皮膚真皮深部；UVB在太陽光中含量相對較少，70%作用于表皮，10%可穿透至真皮上部，而UVC則在到達地面之前被臭氧層所過濾，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，而后者即為光老化，兩者在皮膚受UV照射后均會出現，共同參與UV所致皮膚光生物學變化[2]。自噬是維持機體細胞穩態的重要生物學過程，研究表明自噬參與了UV所致皮膚光損傷過程。本文就自噬在皮膚光損傷中的研究進展進行綜述。

1 UV所致皮膚光損傷

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

UVA導致DNA損傷所引起的光化產物的產生遠遠少于UVB，且既往認為這些光化產物是無害的[6]，因此UVA所致光化產物的產生及其對皮膚損傷的影響仍存在爭議。但近來有研究發現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則無明顯改變[8]。UVA引起DNA損傷所導致的CPDs主要為T-T二聚體，其存在的時間較UVB所致的CPDs更長[9]。有學者認為UVA所引起的CPDs蓄積及皮損處DNA損傷修復失敗是UVA所致皮膚損傷的重要原因[7]。UV導致DNA損傷后可激活DNA的損傷修復過程、阻滯細胞周期及激活凋亡通路，其中阻滯細胞周期可促進光化產物的識別并修復，但若DNA受到廣泛損傷且無法修復時細胞凋亡將被啟動，而未經凋亡并存活的細胞會進一步增殖替代死亡的細胞繼而維持組織的穩態，該過程若出現失衡則會導致損傷細胞出現癌變，進而導致皮膚腫瘤的發生[10-11]。其中最重要的為已發現的腫瘤抑制分子p53，其參與DNA損傷修復、原癌基因表達等過程，并通過抑制細胞周期、促進細胞凋亡清除損傷細胞或阻止原癌基因表達發揮作用[12-13]。當UV照射導致DNA損傷，可激活相應的感受器分子識別單鏈DNA(ssDNA)并形成復合物，穩定p53表達水平阻滯細胞周期繼而為DNA損傷修復提供充足的時間，并阻止受損細胞的增殖。研究發現著色性干皮病基因組(xeroderma pigmentosum complementation group C,XPC)及受損DNA結合蛋白2(damage-specific DNA-binding protein 2，DDB2)分子可促進感受器分子向DNA損傷部位聚集，并促進細胞周期阻滯通路[14]。

2 自噬參與UV導致的DNA損傷修復

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)，紫外線抵抗相關基因 (UV radiation resistance-associated gene，UVRAG)及p53并激活自噬[15-16]，而p53的激活可進一步誘導自噬激活相關分子AMPK、結節性硬化癥復合體2(tuberous sclerosis complexes 2，TSC2)、Sestrin1及Sestrin2的轉錄[17]。在基因毒性應激反應過程中，Sestrin1及Sestrin2可與AMPK、TSC1及TSC2相互作用并抑制mTOR信號通路[18]，而基因毒性應激反應是自噬的觸發因素，因此UV導致的DNA損傷修復受到自噬的調節。有研究發現當敲低自噬關鍵基因Atg5、7、12及14后可妨礙UVB所致DNA損傷的修復過程，其中當敲低Atg5后,自噬的缺乏將導致Twist1的聚集并通過蛋白激酶B(AKT)信號通路激活轉錄抑制復合物E2F4-RBL2,E2F4-RBL2復合物可抑制XPC的轉錄并導致DNA損傷的聚集[19]。此外，p300為DDB2聚集的關鍵分子，研究發現UVB照射后，如自噬缺乏則會引起Twist1與p300的結合，并抑制p300的產生，從而影響DDB2向CPDs聚集，表明DDB2識別UV導致的DNA損傷也是依賴于自噬[19]。也有研究表明自噬缺乏時在p62的作用下Twist1可持續存在[20]，提示自噬調節DNA損傷修復過程依賴于Twist1。自噬的發生依賴于AMPK的激活，UVB照射后可激活AMPK，促進XPC蛋白生成并修復CPDs，當敲低AMPK基因則會抑制CPDs的修復，但研究發現該過程并不影響6-4PPs的修復[21]，進一步說明了自噬可正向調節UVB所致DNA損傷修復過程。

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(global genome nucleotide excision repair,GG-NER)相關[22]，而UVRAG在DNA損傷修復中的作用仍不清楚。有研究發現UVRAG可促進DDB1及DDB2向UV所導致的DNA損傷部位聚集并與DDB1相結合，當敲低UVRAG后在核苷酸剪切修復(NER)啟動時可抑制DNA從DDB1向XPC 轉運，但UVRAG激活自噬及GG-NER的過程是相互獨立的[23]，提示UVRAG可以作為同時激活DNA損傷修復和自噬的信號傳導中樞。

磷酸酶張力蛋白(phosphatase and tensin homolog,PTEN)可抑制mTOR并促進自噬的發生，但研究發現在UVB照射所致的DNA損傷應答過程中PTEN可被Sestrin2抑制[24]，而抑制PTEN后會下調XPC并影響GG-NER過程[25]，提示PTEN可正向調節UVB所致的DNA損傷。

3 自噬與UV所致的氧化應激過程

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

此外，有研究發現在黑素細胞中，UVA照射后自噬激活蛋白Sestrin2會降低核轉錄因子E2相關因子 2(nuclear factor-erythroid 2 related factor 2,Nrf2)的表達水平并促進ROS產物的生成[17]，而自噬缺失則可促進Nrf2依賴的抗氧化應答過程[27]。這些研究表明自噬在UVA誘導的氧化應激損傷應答過程中起著復雜的作用：其可清除氧化蛋白及脂質并在不同的細胞中減少抗氧化反應。

4 自噬與UV導致的細胞增殖及凋亡

在正常皮膚中，UV照射后可引起相應細胞出現增殖及凋亡，而補充性的增殖細胞可替代凋亡的細胞并維持組織穩態，且該過程受到嚴格的機制調節，以防細胞出現癌變[29]。有研究發現當敲除激活自噬的相關基因AMPK、Sestrin 2、Beclin1、Atg5和UVRAG后可導致皮膚和皮膚癌細胞對UVB照射所誘導的細胞凋亡更為敏感，提示自噬具有抑制凋亡并對細胞存活具有保護作用[30]，但也有研究認為自噬促進了UVB所誘導的細胞凋亡過程[28]。UVB照射后，自噬的發生可抑制p62的表達，并阻斷p62所介導的p38激活及接下來的細胞凋亡過程[16]。而UVB照射后同樣可增加自噬激活分子Sestrin2的產生并促進細胞的存活[31]，表明由UVB照射所觸發的自噬可促進細胞的存活并抑制細胞凋亡。自噬激活相關分子AMPK可調節XPC的表達并促進UVB照射所引起的DNA損傷修復過程并抑制細胞增殖[21]，提示AMPK在調節自噬、增殖及凋亡過程中具有重要作用。

5 自噬與皮膚光損傷所致腫瘤

光損傷是由環境因素(主要是UV照射)導致，其進一步可引起光老化并導致皮膚增厚、下垂及皺紋出現等表現。UVA及UVB均能通過增加ROS產物及DNA、脂質及蛋白的氧化損傷而導致光老化，同時導致抗氧化酶的減少[24,32]。UVA導致的ROS產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物[27]，并阻止由于過多氧化蛋白產物蓄積所導致的光損傷。光損傷也是許多皮膚腫瘤發生的主要環境因素之一，自噬參與皮膚腫瘤發生，如自噬可通過促進ROS產物的清除、DNA修復及降解原癌基因p62而抑制腫瘤發生[19,33]。而自噬調節分子在臨床被作為皮膚腫瘤及其他疾病治療的方向,有研究報道AMPK可被UVB所激活并引起自噬[16]，促進DNA修復[21]，抑制細胞增殖并促進凋亡[31]。而在皮膚腫瘤中，AMPK的激活減少，因此，作用于AMPK可能會抑制腫瘤的生長，有體內研究發現AMPK激活劑二甲雙胍及阿卡地新(AICAR)可抑制UVB所導致的皮膚腫瘤生長[21]。雷帕霉素為mTOR抑制劑，有研究發現在其處理UV照射的細胞后可通過下調Twist1而引起XPC水平的增加[19]，從而減少皮膚腫瘤中UV所導致的p53突變發生[34]。因此，以上研究均表明自噬在UVB應答過程中具有腫瘤抑制的功能。

在自噬缺失或UVA照射后導致p62增加時，蓄積的p62在與許多促癌蛋白的相互作用過程中扮演著信號中樞的作用，既往研究認為自噬通過p62的降解而發揮腫瘤抑制作用。Twist1是參與上皮間充質轉化的轉錄因子，p62可與Twist1結合并穩定該分子，在體外實驗中通過該作用p62促進皮膚腫瘤細胞的增殖和遷移，在SCC的動物模型中，p62-Twist1相互作用也可促進腫瘤的生長和轉移[20]。此外，p62與TRAF6及與絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶的死亡結構域相互作用可激活NF-κB信號通路，激活的NF-κB信號通路可促進Ras介導的腫瘤形成[35]。p62還可以通過在遺傳毒性、氧化或代謝應激時促進細胞存活并通過提供維持高增殖率所必需的大分子來促進腫瘤發展。有研究發現p62在皮膚鱗狀細胞癌進展過程中具有促癌作用，可促進皮膚鱗狀細胞癌細胞的存活并擴大DNA的損傷。

綜上,皮膚在UV照射后的光損傷發生過程中，自噬通過不同的信號通路參與了光損傷所導致的皮膚細胞DNA損傷修復、氧化應激、增殖及凋亡過程，并影響皮膚腫瘤的發生與發展。隨著對自噬在皮膚光損傷機制中的進一步研究，針對這些重要通路、分子的靶向治療將有助于臨床對于光損傷所導致皮膚病的防治。