miRNA在皮肤紫外线光反应中的作用

栗丹 吴迪 周炳荣 骆丹

miRNA在皮肤紫外线光反应中的作用

栗丹 吴迪 周炳荣 骆丹

日光的紫外线照射是一种常见的环境致癌因素。人类皮肤长期暴露于紫外线照射（特别是长波紫外线和中波紫外线）可引起多种伤害，如，红斑、色素沉着、免疫抑制、光老化和皮肤肿瘤等。为了避免这些损伤维持基因完整性，细胞自身具有多种保护机制，包括DNA修复、细胞周期阻滞和诱发凋亡等。研究表明，miRNA在紫外线照射引起的各种细胞反应中发挥了重要作用，与人类一系列的光照后皮肤损伤反应和疾病有关。

微RNAs；紫外线；光；创伤和损伤；皮肤肿瘤

近年来的研究发现，miRNA在多种疾病中的表达失调与疾病的发生发展相关，这些miRNA从基因表达的转录后水平调控某些蛋白质的翻译，从而影响疾病的发生发展。在皮肤科领域，关于紫外线照射引起的不同光损伤反应中，陆续发现一些特异性表达的miRNA，研究这些异常水平的miRNA在相关疾病中所起的特殊作用已成为热点，尤其在皮肤肿瘤方面。

1 皮肤对紫外线（UV）损伤的反应

UV照射可诱导正常人类细胞启动一个瞬时而快速的反应机制（UV应激反应），可以诱导细胞周期阻滞和凋亡等，同时也启动了一套完整的DNA修复系统和细胞周期调控系统以维持基因组的完整性。不同程度的UV损伤决定了具体的DNA修复反应。发生细胞周期阻滞的细胞修复后便进入新一轮的分裂周期，修复失败将发生细胞周期阻滞状态或者凋亡［1］，并进一步导致免疫抑制、炎症、光老化和皮肤肿瘤的发生。

2 miRNA与UV导致的皮肤损伤

miRNA是一类内源性非编码小分子RNA，主要通过与目标基因的3′-UTR区域结合以负调控转录后基因的表达而破坏mRNA的稳定性，阻碍蛋白质翻译，这是miRNA依赖性基因抑制的主要机制。目前关于miRNA在皮肤科领域的研究主要集中在伤口愈合、皮肤分化和肿瘤方面。临床研究表明miRNA的表达与一系列UV诱导的皮肤损伤密切相关，特别是皮肤肿瘤［2］。研究证明其与皮肤癌的发生、侵袭、转移密切相关［3］。

2.1 UV照射后皮肤角质形成细胞中miRNA的表达变化：研究表明，通过对皮肤角质形成细胞和成纤维细胞接受UV照射后的研究发现，miRNA表达的特定模式。Zhou等［4］运用miRNA微阵列技术和实时定量PCR测定正常人角质形成细胞在不同剂量UVB照射4 h和24 h后miRNA含量的变化，发现44个miRNA的表达发生明显变化（超过对照组的两倍），这些变化的miRNA呈时间依赖性而非照射剂量依赖性。

作者单位：210029南京，南京医科大学第一附属医院皮肤性病科

2.2miRNA与UV引发的DNA损伤：UV照射导致DNA损伤引发的细胞反应是伴随基因表达的改变发生的，这种反应在转录、翻译及转录后水平均接受miRNA的调控。研究表明，miRNA介导的基因调控比其他大部分的转录水平的调控反应早。对依赖miR-16的CDC25a调控学说的研究更进一步证明了miRNA在UV照射射引起的细胞应答中的功能，CDC25a mRNA在细胞周期中下调可以导致即时的细胞周期停止，而基因沉默和过表达研究显示miR-16直接下调CDC25a。说明介导miRNA的基因沉默，有助于细胞对紫外线应激发生定时的应答反应［5］。

2.3 miRNA与UV引起的色素沉着：色素形成是皮肤对UV照射的一个独特的防御反应，人表皮黑素细胞的黑素小体向角质形成细胞的转移作用在减轻UV照射导致的DNA损伤中发挥重要作用［6］。有研究阐明，miR-25可通过抑制小眼畸形相关转录因子（MITF）来调节皮肤细胞的黑素合成功能［7］。Dynoodt等［8］对miRNA在人类皮肤的黑素合成过程中的作用进行了研究，结果发现，16种miRNA表达发生改变：miR-125b、miR-139-5p、miR-145、miR-155、miR-193* 等，其中，miR-206、miR-218、miR-221、miR-222、miR-28、miR-335*、miR-365 和 miR-455表达水平上升，miR-130b、miR-182和miR-9等表达水平下降，通过上调和下调这些miRNA的表达可调控色素生成相关基因的表达。鉴于目前针对色素沉着的治疗方法并不理想，也存在诸多不良反应，因此，通过miRNA来调控特定基因以治疗色素病具有意义。近来Wu等［9］通过调节miR-434-5P及其目标基因酪氨酸酶证实miRNA疗法实现皮肤美白的可能性。

2.4 miRNA与皮肤光老化：光老化是皮肤长期、持续地暴露在自然或人工合成的UV引起的老化过程，其机制包括UV激活生长因子受体、蛋白激酶连锁反应、上调c-Jun、c-Fos和AP-1转录因子复合体的表达等。其中激活蛋白1不仅刺激基质金属蛋白酶的转录以诱导细胞外基质蛋白的降解，而且下调胶原合成。Song等［10］研究了关于人皮肤中UVA照射上调c-Jun表达的机制，发现真皮成纤维细胞的c-Jun蛋白的增加与miR-155表达下降密切相关，表明miR-155可能作为光老化治疗的靶点。还有研究表明，在UVB相关老化中发现有miR-15a、miR-20a、miR-20b、miR-93 和 miR-101 表达改变。此外，在一项积雪草提取物对光老化的保护作用研究中发现，积雪草可引起真皮成纤维细胞中特定的miRNA的表达，从而抑制UVB介导的光老化。这些miRNA表达水平的改变与细胞凋亡抑制、细胞周期调控和MAP 激酶活化有关［11］。Zhou 等［12］研究显示，miRNA34c-5p可通过调节与衰老相关分子的表达来延缓UVB诱导的提早衰老真皮成纤维细胞的老化进程，这为治疗光老化新药物的研发提供了新的思路。

2.5 miRNA 与光致癌作用：Dziunycz等［13］运用实时RT-PCR分析发现，鳞状细胞癌皮肤组织中miR-21表达水平显著增加，miR-184的水平也明显增加。最新的研究确定了β-HPV感染与鳞状细胞癌发生间的密切联系［14］，证明HPV感染也是鳞状细胞癌发生的一个危险因素。研究发现，miRNA表达下调与UV照射引起的HPV8癌基因水平的上调及随后的肿瘤发生密切相关［15］。Sand 等［16］运用 miRNA 微阵列技术分析出皮肤基底细胞癌的表达谱，筛选出特殊的差异性表达的目标miRNA，其中有16个表达上调的 miRNA，如 hsa-miR-130a、miR-18a/b、miR-125a-5p等，10个表达下调的miRNA，如hsa-miR-145、miR-145等。研究发现，这些miRNA与肿瘤发生的多种通路有关。

UV照射目前仍然是黑素瘤重要的可控危险因子［17］。大量研究表明，miRNA参与黑素瘤细胞的增殖、细胞周期改变、转移、侵袭、免疫逃逸和耐药性的发生，这些功能的调控大多是通过不同的分子通路来实现的［18］。研究发现，miRNA-146a可通过激活Notch信号通路促进黑素瘤的发生和进展［19］。而miRNA-206作为一种肿瘤抑制因子，可通过作用于CDK4、细胞周期蛋白D1和细胞周期蛋白C诱导黑素瘤细胞的 G1 期阻滞［20］。此外，miRNA-143 已被证明作用于目标基因Syndecan-1以抑制黑素瘤细胞的生长［21］。Qi等［22］运用新一代测序技术发现，miRNA在转移性黑素瘤与原发性黑素瘤中的表达水平不同，具体包括 hsa-miR-146、hsa-miR-27、hsamiR-877 和 hsa-miR-186。Saleiban 等［23］发现，miRNA-20b可以调控黑素瘤细胞中的蛋白酶活化受体1的表达，而蛋白酶活化受体1水平与黑素瘤的进展和侵袭力有密切联系，进一步证明其在肿瘤进展和侵袭性中的作用。

3 结语

虽然对UV照射引起皮肤细胞的转录调控和翻译后蛋白修饰已有大量研究，但近来发现，miRNA在基因翻译中的调控作用。目前已明确，多种miRNA与UV诱导的皮肤反应尤其是皮肤肿瘤的发生、进展、侵袭和转移有密切联系。而对于特定miRNA的功能以及miRNA之间的相互作用还需要更进一步的研究。

［1］ Cerqueira A,Santamaría D,Martínez-Pastor B,et al.Overall Cdk activity modulates the DNA damage response in mammalian cells［J］.J Cell Biol,2009,187（6）:773-780.

［2］ Baer C,Claus R,Plass C.Genome-wide epigenetic regulation of miRNAs in cancer［J］.Cancer Res,2013,73（2）:473-477

［3］ Sand M,Sand D,Altmeyer P,et al.MicroRNA in non-melanoma skin cancer［J］.Cancer Biomark,2012,11（6）:253-257.

［4］ Zhou BR,Xu Y,Permatasari F,et al.Characterization of the miRNA profile in UVB-irradiated normal human keratinocytes［J］.Exp Dermatol,2012,21（4）:317-319.

［5］ Pothof J,Verkaik NS,van IJcken W,et al.MicroRNA-mediated gene silencing modulates the UV-induced DNA-damage response［J］.EMBO J,2009,28（14）:2090-2099.

［6］ Costin GE,Hearing VJ.Human skin pigmentation:melanocytes modulate skin color in response to stress［J］.FASEB J,2007,21（4）:976-994.

［7］ Zhu Z,He J,Jia X,et al.MicroRNA-25 functions in regulation of pigmentation by targeting the transcription factor MITF in Alpaca （Lama pacos） skin melanocytes ［J］.Domest Anim Endocrinol,2010,38（3）:200-209.

［8］ Dynoodt P,Mestdagh P,Van Peer G,et al.Identification of miR-145 as a key regulator of the pigmentary process ［J］.J Invest Dermatol,2013,133（1）:201-209.

［9］ Wu DTs,Chen JS,Chang DC,et al.Mir-434-5p mediates skin whitening and lightening ［J］.Clin Cosmet Investig Dermatol,2008,1:19-35.

［10］ Song J,Liu P,Yang Z,et al.MiR-155 negatively regulates c-Jun expression at the post-transcriptional level in human dermal fibroblastsin vitro:implications in UVA irradiation-induced photoaging［J］.Cell Physiol Biochem,2012,29（3-4）:331-340.

［11］ An IS,An S,Kang SM,et al.Titrated extract of Centella asiatica provides a UVB protective effectby altering microRNA expression profiles in human dermal fibroblasts ［J］.Int J Mol Med,2012,30（5）:1194-1202.

［12］ Zhou BR,Guo XF,Zhang JA,et al.Elevated miR-34c-5p mediates dermal fibroblast senescence by ultraviolet irradiation［J］.Int J Biol Sci,2013,9（7）:743-752.

［13］ Dziunycz P,Iotzova-Weiss G,Eloranta JJ,et al.Squamous cell carcinoma of the skin shows a distinct microRNA profile modulated by UV radiation ［J］.J Invest Dermatol,2010,130（11）:2686-2689.

［14］ Farzan SF,Waterboer T,Gui J,et al.Cutaneous alpha,beta and gamma human papillomaviruses in relation to squamous cell carcinoma of the skin:a population-based study［J］.Int J Cancer,2013,133（7）:1713-1720.

［15］ Hufbauer M,Lazic D,Reinartz M,et al.Skin tumor formation in human papillomavirus 8 transgenic mice is associated with a deregulation of oncogenic miRNAs and their tumor suppressive targets［J］.J Dermatol Sci,2011,64（1）:7-15.

［16］ Sand M,Skrygan M,Sand D,et al.Expression of microRNAs in basal cell carcinoma［J］.Br J Dermatol,2012,167（4）:847-855.

［17］ Chen ST,Geller AC,Tsao H.Update on the Epidemiology of Melanoma［J］.Curr Dermatol Rep,2013,2（1）:24-34.

［18］ Lee JJ,Murphy GF,Lian CG.Melanoma epigenetics:novel mechanisms,markers,and medicines ［J］.Lab Invest,2014,94（8）:822-838.

［19］ Forloni M,Dogra SK,Dong Y,et al.miR-146a promotes the initiation and progression of melanoma by activating Notch signaling［J］.Elife,2014,3:e01460.

［20］ Georgantas RW 3rd,Streicher K,Luo X,et al.MicroRNA-206 induces G1 arrest in melanoma by inhibition of CDK4 and Cyclin D ［J］.Pigment Cell Melanoma Res,2014,27 （2）:275-286.

［21］ Li R,Zhang L,Jia L,et al.MicroRNA-143 targets Syndecan-1 to repress cell growth in melanoma ［J/OL］.PLoS One,2014,9（4）e94855 ［2014-04-10］.http://journals.plos.org/plosone/article?id=10.1371/journal.pone.0094855.

［22］ Qi M,Huang X,Zhou L,et al.Identification of differentially expressed microRNAsin metastaticmelanomausingnextgeneration sequencing technology ［J］.Int J Mol Med,2014,33（5）:1117-1121.

［23］ Saleiban A,Faxälv L,Claesson K,et al.miR-20b regulates expression of proteinase-activated receptor-1 （PAR-1） thrombin receptor in melanoma cells ［J］.Pigment Cell Melanoma Res,2014,27（3）:431-441.

Roles of miRNAs in skin responses to ultraviolet radiation

Li Dan,Wu Di,Zhou Bingrong,Luo Dan.Department of Dermatology and Venereology,First Affiliated Hospital of Nanjing Medical University,Nanjing 210029,China

Solar ultraviolet （UV） radiation is a ubiquitous carcinogenic environmental factor.Longterm exposure of human skin to UV radiation （particularly UVA and UVB） can cause a variety of adverse changes,such as erythema,pigmentation,immunosuppression,photoaging,skin neoplasms,and so on.To avoid these adverse changes and maintain genetic integrity,cells themselves have various protective mechanisms,including DNA repair,cell cycle block and apoptosis induction.Studies have indicated that miRNAs play important roles in various cellular reactions induced by UV radiation,and are associated with a series of adverse cutaneous reactions and dermatoses following UV radiation.

MicroRNAs;Ultraviolet rays;Light;Wounds and injuries;Skin neoplasms

Luo Dan,Email:daniluo2005@163.com

10.3760/cma.j.issn.1673-4173.2015.04.011

国家自然科学基金（81000700）

骆丹，Email:daniluo2005@163.com

2014-07-07）