Nrf2信号通路在姜黄素防御UVB致无毛鼠皮肤急性光损伤的机制

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【研究背景】  紫外线(ultraviolet,UV)有广泛的生物学效应,不仅可以生成维生素D,同时可以干扰细胞信号转导过程,产生活性氧簇(reactiveoxygenspecies,ROS),与皮肤晒伤、色素沉着、皱纹、光老化和皮肤癌密切相关。UV分为短波紫外线(UVC,100nm﹣280nm),中波紫外线(UVB,280nm﹣320nm),以及长波紫外线(UVA,320nm﹣400nm)。到达地球表面的UVA占95%,能透过真皮,并作用于成纤维细胞,从而引发皮肤光老化。虽然到达地球表面的UVB仅占5%,但UVB致皮肤红斑的能力是UVA的1000倍,能直接损伤DNA从而引起蛋白质变性,进而产生红斑、水疱、脱屑等相应临床症状,因此,UVB也成为了日晒伤等急性光损伤的主要波段。UVB直接损害DNA,导致二聚体形成,并间接通过ROS的形成,导致DNA链断裂和DNA碱基羟基化。ROS作为高攻击性分子,在不同的细胞代谢中产生,例如呼吸链。但UV照射皮肤出现白细胞浸润,这些白细胞也能产生大量的ROS。此外,UV照射皮肤后可以使细胞中的线粒体受损,导致氧化磷酸化功能缺陷和电子传递的功能受损,从而出现过量的ROS。虽然低水平的ROS是生物活动所必需的物质且是细胞内有效的转导信号,但过量的ROS会破坏细胞的大分子物质,包括脱氧核糖核酸、蛋白质和脂质,从而改变细胞的结构和生物学功能,进而导致相应疾病。  ROS诱导细胞损伤的发病机制参与人类重大疾病的发生,如肿瘤、糖尿病、心血管疾病和神经退行性疾病等。因此,研究与抗氧化应激反应相关的信号通路变得迫在眉睫。而核因子E2相关因子2(Nuclearfactorerythroid2﹣relatedfactor2,Nrf2)信号通路是目前最为重要的一条抗氧化应激信号通路。Nrf2是调节抗氧化应激反应的重要转录因子,Kelch样环氧氯丙烷相关蛋﹣1(Kelch﹣likeech﹣associatedprotein﹣1,Keap1)是其负向调节蛋白。抗氧化反应元件(antioxidantresponseelement,ARE)是位于Ⅱ相解毒酶基因上游启动子区域的一段顺式作用元件,可启动转录调控Ⅱ相解毒酶及抗氧化酶,包括谷胱甘肽﹣S﹣转移酶(glutathione﹣S﹣transferase,GST)、环氧化物水解酶(epoxidehydrolase,EH)、血红素加氧酶﹣1(haemoxygenase﹣1,HO﹣1)、过氧化氢酶(catalase,CAT)基因等的表达,对维持细胞氧化还原状态和防御氧化损伤有重要作用。  生理状态下,Keap1通过其BTB区结合Cul3、Kelch区结合Nrf2,将Nrf2连接到E3复合体,使泛素从E3转移到Nrf2位于ETGE基序、DLG基序之间的赖氨酸残基上,使Nrf2在胞质内迅速被降解。当UV照射或氧化应激发生时,Keap1上IVR区内半胱氨酸残基上的巯基被修饰,从而改变构像,使得Nrf2与Keap1的亲和力减弱而分离,分离后的Nrf2由细胞质转移至细胞核内,与sMafs蛋白形成异二聚体,识别并结合到5′上游的顺式作用调控序列,即Ⅱ相解毒酶基因启动区的ARE上,启动ARE调控的Ⅱ相解毒酶,加速和调控抗氧化酶基因的转录和表达,从而提高细胞抗氧化应激的能力,维持体内氧化还原平衡。Nrf2信号通路对由过量的ROS导致的相关疾病如神经退行性疾病、肝脏的氧化损伤、糖尿病等都有一定的预防和治疗作用。  Nrf2激活剂以Nrf2为靶点发挥其抗氧化作用,通过直接或间接激活Nrf2信号通路,诱导抗氧化基因及II相解毒酶的表达和转录,从而提高细胞抗氧化应激的能力。姜黄素能激活Nrf2信号通路并可以诱导II解毒酶如谷胱甘肽等表达量增加,清除细胞内的ROS。在以往的研究报道中,其给药途径多以口服为主,那么外用姜黄素是否也能同样激活Nrf2信号通路,清除体内ROS,降低MDA的生成,减轻UVB造成的脂质过氧化损伤,从而保护细胞避免受到损害达到保护皮肤的作用呢?  Uncv无毛鼠(hairlessmice)因其皮肤组织结构更接近于人类皮肤,且可以避免由物理剃毛或化学除毛产生的应激损伤,因此,突变无毛鼠是研究皮肤急性光损伤及筛选防晒药物、皮肤抗衰老药物的更为理想、更有价值的动物模型。  【目的】  1.测定UVB致Uncv无毛鼠皮肤急性光损伤的最佳剂量,构建UVB致Uncv无毛鼠皮肤急性光损伤的动物模型;  2.观察UVB照射前后及姜黄素干预前后Nrf2信号通路的变化情况。  【方法】  1.首先,根据MED利用不同剂量UVB照射Uncv无毛鼠皮肤,通过观察皮肤外观变化并结合组织病理学改变,确定UVB致Uncv无毛鼠皮肤急性光损伤的最佳剂量,构建UVB致Uncv无毛鼠皮肤急性光损伤的动物模型;  2.其次,利用免疫组化检测Nrf2核转位的情况;  3.然后,利用q﹣PCR检测UVB照射前后及姜黄素干预前后Nrf2mRNA的表达情况,利用比色法和ELISA法检测UVB照射前后及姜黄素干预前后MDA、SOD、CAT、GSH﹣Px的变化;  4.最后,利用紫外线分光光度计测定姜黄素溶液的紫外线吸收光度和透光率。  【结果】  1.Uncv无毛鼠背部经UVB照射后24h皮肤出现肉眼可见红斑所需的UVB剂量,即MED,为66﹣180mJ/cm2。经组织病理学检测,UVB照射180s后Uncv无毛鼠皮肤出现急性光损伤,此时UVB剂量为540mJ/cm2;  2.免疫组化的结果表明:UVB照射180s后,表皮细胞核内有少量的Nrf2蛋白表达;而姜黄素干预后,胞核中Nrf2蛋白的表达量明显增加;  3.q﹣PCR检测结果显示:姜黄素+UVB组较对照组Uncv无毛鼠皮肤组织Nrf2mRNA的表达明显增加,其调控的II相解毒酶SOD、CAT、GSH﹣Px的水平明显增加,MDA的水平明显降低;  4.紫外线分光光度计的检测结果显示:姜黄素对UVA和UVB的吸光度和透光率略有差异,而311nmUVB和297nmUVB的吸光度和透光率也有所差异。UVB通过姜黄素的透光率和姜黄素吸收UVB的强度较UVA弱。  【结论】  1.UVB致Uncv无毛鼠皮肤急性光损伤模型构建的UVB照射剂量为540mJ/cm2、照射时间为180s;  2.外用姜黄素后,可有效防御UVB所致的皮肤急性光损伤;  3.外用姜黄素干预后,Nrf2mRNA的表达量增加,Nrf2从胞质转移至胞核,II相解毒酶SOD、CAT、GSH﹣Px的表达增加,MDA的水平降低,减轻UVB造成的脂质过氧化损伤,防御UVB致Uncv无毛鼠皮肤急性光损伤;  4.姜黄素具有一定的遮光性和吸光性,可以作为物理防晒剂,防御皮肤急性光损伤的发生;  5.Nrf2信号通路在姜黄素防御UVB致Uncv无毛鼠皮肤急性光损伤的机制中可能有参与作用。
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