Nrf2信号通路在茶多酚防御UV致HaCaT细胞急性光损伤机制中的作用

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研究背景:  太阳发射出不同类型的紫外线(ultraviolet,UV),根据波长可分为320-400nm的长波紫外线(ultraviolet A,UVA)、280-320nm的中波紫外线(ultraviolet B,UVB)和波长为200-280nm的短波紫外线(ultraviolet C,UVC)。人类皮肤作为一种物理性及免疫性屏障,抵抗着来自于外界环境中的各种有害刺激,如有害病原微生物、有毒物体和UV辐射等。皮肤覆以机体最外层而成为 UV辐射的主要靶点。正常的日照有利于机体合成生长所需的维生素D3,然而高剂量或长期UV辐射将很大程度上增加许多皮肤疾病发生的风险。机制上,UV能够通过激活相关受体而介导皮肤炎症和免疫反应、DNA/RNA损伤及相关活性氧族(Reactive oxygen Species,ROS)的产生。然而,目前关于 UV所致的急性光损伤所涉及的具体机制尚不明确。近年来,由于人们生活方式的改变、户外活动增加以及大气臭氧层的破坏,由 UV引起的疾病不断增多,具有易复发、难治愈、易癌变,涉及人群广特点,已逐渐成为全球性的重大环境与健康问题。因此,深入认识 UV致皮肤急性光损伤机制、探索安全有效且作用机制明确的 UV防护剂以及寻求防御 UV致皮肤急性光损伤的有效靶点已成为皮肤科研究领域的热点课题。  在光损伤众多机制中,UV启动表皮氧化应激反应,促使ROS的产生被认为是导致皮肤急性光损伤的重要机制。氧分子在 UV的作用下可致自由基及其衍生物即ROS的形成,包括超氧化物、过氧化氢、单态氧、羟基自由基等,直接破坏细胞内蛋白质、脂质、核酸等大分子物质结构及其生理功能,进而诱发细胞氧化应激损伤。ROS可通过激活线粒体内源性Casepase-9/3凋亡通路,且细胞中线粒体是ROS产生的主要场所,故线粒体成为ROS损伤的首要靶目标之一。因此,清除过量ROS,提高机体抗氧化水平为寻找安全有效的UV防护剂提供了一条新的思路。  近年来众多学者提出每日食用含有多酚等天然抗氧化物的膳食可防止 UV对人类皮肤的辐射伤害。茶是植物多酚最主要的来源之一,最初起源于4000年前的东南亚,目前成为仅次于水的最受欢迎饮料。不少体内外实验研究提示茶多酚可通过提高细胞内谷胱甘肽转移酶(glutathione transferases,GST)、谷胱甘肽过氧化物酶(glutathione peroxidase,GSH-Px)等抗氧化物酶活性、减少UV诱导的ROS产生及减轻UV辐射所导致的DNA损伤,从而减少光损伤。因此,茶多酚的抗氧化及光保护作用已毋庸置疑,但是由于其成分的复杂性致使目前对参与其中机制无统一定论。茶多酚活性成分主要包括表没食子儿茶素没食子酸酯((-)-epigallocatechin gallate,EGCG)、表没食子儿茶素((-)-epigallocatechin,EGC)、表儿茶素没食子酸酯((-)-epicatechin gallate,ECG)、表儿茶素((-)-epicatechin,EC),其中含量最丰富、最具活性的是EGCG。不少研究者通过研究茶多酚的主要活性成分--EGCG的生物学特性试图寻找茶多酚抗氧化及光保护的作用机制。研究发现EGCG可通过调控Nrf2信号通路及其下游II相解毒酶的表达发挥其在光保护中的作用。  核因子NF-E2相关因子2(Nuclear factor erythroid2-related factor2,Nrf2)是目前研究对氧化还原敏感的转录因子中最为重要的核转录因子之一。当机体暴露于 ROS刺激时,Nrf2与其负向调节蛋白Kelch样ECH联合蛋白1(Kelch-like-Ech-associated-protein1,Keap1)解偶联转位进入细胞核,与Maf识别元件(Maf recognition elements,MAREs)结合形成异二聚体后识别并结合抗氧化反应元件(antioxidant response element,ARE),调控下游GST、超氧化物歧化酶(superoxide dismutase,SOD)、血红素加氧酶(heme oxygenase,HO-1)等II相解毒酶的表达,最终提高机体抗氧化能力。  茶多酚的主要活性成分EGCG可通过激活Nrf2信号通路从而保护细胞防御氧化应激损伤。ROS产生所致的氧化应激损伤是UV致细胞急性光损伤的主要机制之一。茶多酚作为其混合物是通过什么途径发挥其对皮肤的光保护作用,目前研究尚无定论。因此,我们推测:在UVA/UVB致HaCaT细胞急性光损伤中,茶多酚是否也是通过Nrf2信号通路发挥其光保护作用?  目的:  1.测定UVA/UVB对 HaCaT细胞最小非细胞毒性剂量,建立UVA/UVB致HaCaT细胞急性光损伤模型;  2.探讨急性光损伤机制中线粒体的参与作用;  3.探讨Nrf2信号通路在茶多酚防御UVA/UVB致HaCaT细胞急性光损伤中的机制。  方法:  1.首先,利用不同剂量UVA/UVB照射HaCaT细胞,通过倒置光学显微镜、MTT、Annexin V-PI流式细胞仪检测急性光损伤后细胞的形态、增殖及凋亡情况,分别确定UVA/UVB最小非细胞毒性剂量,建立UVA/UVB致HaCaT细胞急性光损伤模型;  2.其次,利用不同剂量UVA/UVB照射HaCaT细胞,通过JC-1检测细胞急性光损伤后线粒体膜电位的改变情况;  3.然后,利用不同浓度茶多酚处理HaCaT细胞,通过MTT检测细胞的增殖情况,摸索茶多酚对HaCaT细胞最大非细胞毒性药物浓度;  4.最后,利用免疫荧光、Real-time PCR检测茶多酚处理后UVA/UVB致HaCaT细胞急性光损伤中Nrf2蛋白胞浆/核内的分布情况及nrf2 mRNA、bach1 mRNA的表达情况。  结果:  1.倒置光学显微镜(100×)观察证实,HaCaT细胞接受UVA/UVB照射后可出现急性光损伤表现:细胞肿胀,细胞形态消失,部分细胞脱落,细胞间隙增宽等;  2.MTT、Annexin V-PI流式细胞仪结果表明:随着UVA/UVB照射剂量的逐渐升高,HaCaT细胞的增殖出现抑制,凋亡率也随之增加,且呈剂量依赖性;  3. JC-1染色结果显示:随着 UVA/UVB剂量的逐渐增强,代表单体的绿色荧光也随之逐渐增强,而代表聚合物的红色荧光却逐渐减弱,提示 UVA/UVB照射可降低HaCaT细胞线粒体的膜电位,导致细胞出现损伤,且呈剂量依赖性;  4. MTT检测茶多酚处理后HaCaT细胞增殖活性结果表明:茶多酚处理HaCaT细胞后可抑制其增殖作用,且在浓度高于11μg/ml时开始对HaCaT细胞的增殖出现显著性的抑制作用;  5.免疫荧光、RT-PCR结果表明,单独 UVA/UVB、茶多酚处理后 Nrf2核转位及其mRNA表达增加,且前者作用较后者强;当 UVA/UVB照射且加入茶多酚共同作用后Nrf2核转位及其mRNA表达进一步增加。  结论:  1.20J/cm2的UVA照射剂量可作为UVA致HaCaT细胞急性光损伤模型的构建;500mJ/cm2的UVB照射剂量可作为UVB致HaCaT细胞急性光损伤模型的构建;  2. UVA/UVB照射可降低 HaCaT细胞线粒体的膜电位,且细胞膜电位随着照射剂量的增强而降低,提示线粒体功能障碍参与了UVA/UVB致HaCaT细胞急性光损伤;  3.单独茶多酚处理可抑制HaCaT细胞的增殖作用,且呈剂量依赖性;茶多酚对HaCaT细胞最大非细胞毒性药物浓度为11μg/m l;  4. HaCaT细胞内Nrf2核转位及其mRNA的表达在UVA/UVB和茶多酚共同作用下最高,其次依次为单独UVA/UVB照射后和单独茶多酚作用后,提示Nrf2信号通路可能在应激条件下才进一步发挥作用;  5. Nrf2信号通路在茶多酚防御UVA/UVB致HaCaT细胞急性光损伤机制中有参与作用。
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