Bach2通过自噬调控成纤维细胞光老化的作用机制研究

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皮肤光老化是皮肤长期暴露于紫外线(Ultraviolet,UV)引起的光损伤的累积,持续发展或治疗不当可引发日光性角化(Actinic keratosis,AK)等皮肤疾病,甚至导致皮肤肿瘤。对人的健康,美观,心理和生活质量造成严重的影响。因此,光老化的机制研究具有十分重要的科学意义。Bach2(BTB and CNC homolog 2)是一个具有碱性亮氨酸拉链结构(bZIP domain)的转录因子,参与细胞转录调控,既往的研究主要集中在其参与调节淋巴细胞发育、分化与肿瘤免疫等方面。近年来发现Bach2参与细胞衰老的调节:敲除Bach2促进淋巴细胞衰老;而且在小鼠胚胎成纤维细胞(Mouse embryonic fibroblast,MEF)中,Bach2在UV引起的损伤细胞中表达显著下调,可能潜在地作为转录阻断DNA损伤的靶点。但这方面的研究尚少,且具体的分子机制不明确。本研究前期发现,Bach2在AK患者皮肤组织中较正常皮肤组织中表达降低,这些均提示Bach2可能在UV引起的光老化及相关疾病中发挥调节作用,而这方面的研究目前尚未见相关报道。因此,本研究从UVA(Ultraviolet A)照射损伤皮肤的角度出发,探索转录因子Bach2在光老化过程中的功能作用,通过自噬信号途径阐释Bach2参与光老化的生物学机制,及Bach2在临床光老化治疗上的应用等展开研究。主要包括以下内容:(1)Bach2在UVA介导的光老化成纤维细胞中减少首先,通过UV照射的小鼠成纤维细胞的转录组数据分析,发现UV照射后小鼠成纤维细胞中Bach2表达降低,同时p21与MMP3的表达增加。及Bach2在AK患者皮肤组织中表达较正常皮肤组织低。预示Bach2可能与UV及UV导致的疾病相关。其次,检测发现Bach2在成纤维细胞及角质细胞中均有表达。同时模拟日光中生理剂量UVA照射,构建UVA诱导的慢性光老化模型并通过相关指标SA-β-gal,p16,p21,Lamin B1,γ-H2AX等鉴定,确保其构建成功。最后考察Bach2在光老化模型中的表达改变,结果表明Bach2在UVA诱导的光老化的成纤维细胞中表达减少,且随照射时间增加其表达减少。提示Bach2可能与UV介导的小鼠和人的皮肤成纤维细胞光老化相关。(2)Bach2抵抗UVA辐射损伤,减少成纤维细胞光老化首先构建Bach2腺病毒干扰载体,扩增病毒并感染原代成纤维细胞,结果表明Bach2下调后SA-β-gal染色活性、细胞周期蛋白p16及炎性因子IL-1α,IL-1β,IL-6,IL-8及TNFα等衰老相关标记的表达均显著增加,提示Bach2下调可能促进皮肤成纤维细胞衰老。另外,Bach2水平降低(基因干扰)的细胞,采用UVA照射可进一步促进细胞光老化。说明Bach2下调增加UVA辐射引起的损伤。相反,高水平Bach2(外源过表达)降低复制型衰老及SASP(Senescence associated secretory phenotype)等相关衰老标志物的表达。提示,Bach2过表达可能降低细胞衰老。而且,增加Bach2水平后再进行UVA照射,UVA辐射导致的细胞衰老得到控制,说明Bach2水平增加能够抵御光老化的损害。分别从正反两方面证明Bach2具有降低UVA引起的光老化的作用。提示Bach2参与调控成纤维细胞光老化,但具体机制有待研究。(3)Bach2与自噬通路相关蛋白相互作用并增加自噬,延缓成纤维细胞衰老为探究Bach2参与调控光老化的分子机制,分别从自噬和蛋白酶体途径出发,首先,使用蛋白酶体抑制剂MG-132处理发现Bach2无显著改变,提示蛋白酶体途径可能不是Bach2蛋白降解的主要途径。其次,Bach2过表达增加LC3自噬斑的形成,提示Bach2可能与细胞自噬相关。进一步通过增加Bach2(过表达)可促进成纤维细胞中自噬相关基因及蛋白的(Atg3,Atg5,Atg7,p62,Beclin-1,LC3)表达。相反,Bach2下调抑制自噬相关基因及蛋白表达水平。说明Bach2参与调控成纤维细胞自噬。通过自噬抑制剂3-MA(3-methyladenine)处理Bach2过表达的成纤维细胞,及Atg5,Atg7基因敲除考察细胞衰老的发生。结果发现3-MA处理成纤维细胞,Atg5-/-及Atg7-/-的小鼠成纤维细胞(MEF)均显示自噬抑制,并增加衰老相关蛋白p16及p21的表达,且一定程度地降低Bach2的表达。说明药理及基因敲除等均抑制自噬并增加成纤维细胞衰老。为进一步明确Bach2如何调控细胞自噬,荧光共定位实验发现外源性及内源性Bach2均与LC3存在内源共定位信号,但未发现其p62的共定位信号。此外,外源及内源免疫共沉淀实验显示Bach2与自噬相关蛋白Beclin-1,Atg3,Atg5,Atg7及LC3等存在相互作用。以上结果表明Bach2与自噬主要参与蛋白相互作用来调控自噬,进而调节成纤维细胞衰老。(4)体内验证Bach2参与皮肤光老化,并在光老化小鼠皮肤组织中表达减少首先构建UVA慢性照射诱导小鼠皮肤光老化模型,并通过皮肤组织HE染色,及p16,p21等衰老相关指标证明光老化模型构建成功。小鼠皮肤组织免疫荧光实验表明Bach2荧光信号在光老化的小鼠皮肤组织中分布较对照组少,且Bach2蛋白水平在光老化小鼠皮肤组织中降低,且随UVA照射时间增加而进一步减少。以上结果说明Bach2在体内参与皮肤光老化。(5)小剂量PDT治疗通过Bach2减少成纤维细胞光老化使用一系列浓度剂量(0-5 mM ALA)的光动力治疗(Photodynamic therapy,PDT)处理UVA诱导的光老化的成纤维细胞,随着ALA-PDT浓度增加,衰老相关指标SA-β-gal,p16及p21等表达下调。说明一定浓度剂量的PDT可降低细胞衰老。其中1.0 mM ALA-PDT可降低光老化成纤维细胞中p16及p21的表达,同时增加Bach2蛋白水平。且体内实验显示Bach2荧光信号在PDT治疗的光老化小鼠皮肤组织中分布较对照组高。细胞及体内实验说明PDT治疗可改善光老化,且Bach2可能与PDT治疗光老化有关。干扰Bach2可促进成纤维细胞衰老,使用PDT处理Bach2干扰的细胞,实验结果发现1.0 mM ALA-PDT处理后SA-β-gal的活性一定程度地增加,但Bach2及p16的表达无显著性改变。预示低剂量PDT不能改善Bach2下调导致的细胞衰老。说明低剂量PDT可能通过Bach2调控成纤维细胞光老化。综上所述,本课题从病理、细胞、分子及动物水平探究Bach2参与调控光老化的作用,以及其作用的分子机制与临床应用的指导等。为光老化及光线性相关疾病治疗提供新的研究视角与思路。以及为光老化防治提供理论基础及新的靶标。
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