表皮紫外线损伤中角质形成细胞Atg基因表达抑制致自噬失调的机制和效应研究

We found that UVB led to an MTOR-independent autophagy inhibition in keratinocytes. Atg5 and Atg7 were down-regulated in both skin with sun exposure and UVB-treated keratinocytes. However, the mechanism on Atg down-regulation and autophagy dysfunction remains unclear. We will detect the expression and location of various Atg proteins in ultraviolet-treated keratinocytes. The roles of Atg5 and Atg7 in cell biology and UVB-caused autophagy dysfunction will be clarified. We will confirm whether autophagy dysfunction is caused by Atgs down-regulation mediated by the pathway of unfolded protein response (UPR)-JNK/Beclin 1 complex. In vivo study, we will determine the autophagy level in skin tissues with or without sun exposure and detect the signaling of UPR-JNK/Beclin 1-Atg5 and Atg7 axis. This study is aimed to validate the role of UPR-JNK/Beclin 1-Atg5 and Atg7 axis in autophagy dysfunction in UVB-treated keratinocytes and contributes to the clinical and basal research of skin photodamage.

前期发现UVB对人角质形成细胞具有非MTOR依赖性自噬抑制效应；曝光部位皮肤和UVB照射的角质形成细胞中Atg5、Atg7等表达下调；然而Atg表达抑制和自噬失调的机制并不清楚。本研究拟在紫外线照射的角质形成细胞中深入分析系列Atg的蛋白表达和定位变化、初步分析Atg5和Atg7在角质形成细胞中的生物学功能并确定其抑制对自噬失调的作用、进而确认未折叠蛋白反应信号/JNK-Beclin 1复合物信号/Atg抑制分子事件级联是否是介导自噬失调的核心机制；在体研究中在曝光和非曝光皮肤组织中分析角质形成细胞自噬水平、分析“未折叠蛋白反应信号—JNK/Beclin 1复合物信号—Atg5、7”轴的调控状态，并探讨该信号级联作为分子标志物的可能。本研究旨在验证UVB影响未折叠蛋白反应—JNK/Beclin 1复合物信号—Atg5和Atg7表达抑制介导自噬失调的科学假设，有助于皮肤紫外线损伤临床基础研究

项目的背景.自噬在维护组织和细胞内环境稳定中起着非常关键的作用。紫外线对表皮角质形成细胞数种自噬关键基因的抑制效应在紫外线所致的皮肤病理和生理变化中扮演着非常重要的角色。这种效应的生物学意义和分子机制目前仍不清楚.主要研究内容.本项目中，繁育了ATG7和ATG5角质形成细胞条件性敲除小鼠（表皮自噬功能缺陷），比对分析紫外线损伤的表型差异，进行分子机制的探究。构建了ATG5敲低的角质形成细胞系HaCaT细胞，探究中波紫外线损伤后ATG5参与角质形成细胞损伤的分子机制。解析了salirasib和番茄红素调控角质形成细胞自噬的分子机制，进而对COLO-16细胞系通过自噬调控细胞生物学行为的分子机制进行了探究。在本研究中发现外用二甲双胍具有抗皮肤炎症和抗角质形成细胞调节性细胞死亡等保护效应。初步解析了外用二甲双胍在抗皮肤紫外线损伤中的药效学和药理学机制。我们进行了角质形成细胞在UVB暴露后发生gasdermin蛋白家族介导的焦亡现象探究。.此外，在本项目的支持下，我们启动了皮肤中巨噬细胞应对感染后自噬调控的研究。.重要结果和关键数据.自噬缺陷小鼠和背景小鼠均出现日晒伤样皮肤炎症表型，自噬缺陷小鼠表型减轻。条件性ATG5敲除小鼠UVB损伤皮肤内中性粒细胞和巨噬细胞浸润减轻。ATG5敲低的角质形成细胞中UVB导致的GPX4和xCT下降得到缓解。salirasib处理可引起人原代角质形成细胞中c-Raf，ERK和Akt通路异常，MTOR活性抑制，Beclin 1调节的自噬阻滞，凋亡活化和部分细胞周期调节蛋白表达抑制。番茄红素诱导皮肤鳞状细胞癌细胞系MTORC1介导自噬抑制，进而介导了对ZO-1、claudin-1的调控效应。发现外用二甲双胍可以缓解急性紫外线损伤引起的皮肤炎症和角质形成细胞损伤。发现UVB可以诱导角质形成细胞GSDME介导的焦亡。此外，发现吞噬白念珠菌以MTOR非依赖性方式降低巨噬细胞自噬流。.科学意义.表皮紫外线损伤中角质形成细胞Atg基因表达抑制致自噬失调的效应和机制的逐步阐明对紫外线相关的皮肤疾病的发病机制和治疗干预研究具有重要的科学意义。