芳香烴受體在皮膚外源性衰老中的研究進(jìn)展

陳詩蕊 孫良丹 楊 森

1安徽醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院皮膚科，合肥，230032；2安徽醫(yī)科大學(xué)教育部皮膚病學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(安徽醫(yī)科大學(xué))，合肥，230032;3安徽省免疫炎癥介導(dǎo)疾病實(shí)驗(yàn)室，合肥，230032

芳香烴受體，又稱為二噁英受體，是配體激活的核轉(zhuǎn)錄因子，因作為環(huán)境污染物多環(huán)芳烴類的配體被發(fā)現(xiàn)后命名，介導(dǎo)外源性化學(xué)或物理刺激，從而影響皮膚衰老表型和衰老相關(guān)基因的表達(dá)，隨著研究的深入，發(fā)現(xiàn)該受體不僅介導(dǎo)各種環(huán)境毒物如鹵代芳烴、雜環(huán)胺和多環(huán)芳烴等的細(xì)胞毒性反應(yīng)，還影響了許多重要的生物學(xué)過程，包括細(xì)胞增殖分化、皮膚免疫調(diào)節(jié)和皮膚穩(wěn)態(tài)的維持。直到最近幾年，外界環(huán)境與皮膚的衰老的相關(guān)機(jī)制逐步引起人們的重視，本綜述將探究環(huán)境污染因素在外源性皮膚衰老進(jìn)程中，與芳香烴受體相關(guān)的作用機(jī)制。

1 芳香烴受體

AHR在人體發(fā)育以及免疫調(diào)節(jié)中發(fā)揮重要作用，同時(shí)在皮膚的角質(zhì)形成細(xì)胞、成纖維細(xì)胞、黑素細(xì)胞和調(diào)節(jié)T細(xì)胞中均高度表達(dá)，參與皮膚屏障功能、色素調(diào)節(jié)、皮膚免疫與應(yīng)對環(huán)境變化的反應(yīng)[1]。而AHR在皮膚免疫和免疫抑制的調(diào)節(jié)中發(fā)揮著重要的作用，可以調(diào)節(jié)和保護(hù)。AHR作為配體激活的核轉(zhuǎn)錄因子，可以被多種化學(xué)物質(zhì)激活，并且在所有皮膚類型的細(xì)胞胞漿中高度表達(dá)。當(dāng)未被激活時(shí)，AHR被困在環(huán)狀多蛋白復(fù)合物中，AHR與配體結(jié)合后可破壞該復(fù)合物，轉(zhuǎn)移到細(xì)胞核中，在那里它成為具有不同反應(yīng)元件的啟動子的功能轉(zhuǎn)錄因子，以配體依賴性的方式轉(zhuǎn)位進(jìn)入細(xì)胞核，與芳香烴受體核轉(zhuǎn)位子(aryl hydrocarbon receptor nuclear translocator, ARNT)在核內(nèi)形成異二聚體，這種二聚體的結(jié)合形式能夠與 DNA高度親和，識別并結(jié)合位于AHR反應(yīng)性的基因啟動子上游的外源性化學(xué)物調(diào)節(jié)元件(xenobiotic regulative element, XRE)，引發(fā)其下游靶基因，比如藥物代謝I期酶細(xì)胞色素(cytochromeP450, CYP1A1)和基質(zhì)金屬蛋白(matrix metalloproteinase, MMP)[2]的轉(zhuǎn)錄及表達(dá)，產(chǎn)生相應(yīng)的生物學(xué)效應(yīng)。AHR的功能遠(yuǎn)較單純的調(diào)控外來化學(xué)物質(zhì)的代謝復(fù)雜得多，它幾乎涉及細(xì)胞分化、增殖、衰老與凋亡的各個(gè)方面，其與機(jī)體的衰老存在密不可分的關(guān)系，且在皮膚完整性(即屏障功能)，色素沉著調(diào)節(jié)，對環(huán)境狀況的反應(yīng)和皮膚免疫中起關(guān)鍵作用。

2 AHR在皮膚衰老進(jìn)程中的表達(dá)證據(jù)

最近研究表明高水平的PAHs可以直接破壞皮膚表皮，特別是鋪在表皮上的分層的鱗狀角質(zhì)形成細(xì)胞和皮膚成纖維細(xì)胞。流行病學(xué)研究還發(fā)現(xiàn)了諸多皮膚病如接觸性皮炎，濕疹和自身免疫性疾病與空氣中多環(huán)芳烴的協(xié)同作用密切相關(guān)[3]。在多環(huán)芳烴污染下，皮膚總是表現(xiàn)出衰老的表型。而這些增加的證據(jù)表明多環(huán)芳烴可能與皮膚細(xì)胞的衰老有關(guān)。

AHR對衰老存在著負(fù)面影響[4]，人類的AHR表達(dá)水平可以作為血管和器官衰老的預(yù)測因子[5]， 顆粒物質(zhì)(PM)污染物可通過AHR引起皮膚衰老。在一項(xiàng)雞尾酒加氫的抗衰老研究中，通過HDAC1和p63聯(lián)合定位皮膚中的濾泡間表皮干細(xì)胞(IFESCs)[6]，觀察IFESCs中AHR的表達(dá)情況，其加氫處理是對全臉進(jìn)行淺表皮剝離后，用具有抗衰老作用的GHR制劑[7]處理全臉后，細(xì)胞中AHR的表達(dá)水平顯著降低，而芳烴受體抑制因子(AHRR)的水平急劇增加，AHRR通過其抑制性激活作用負(fù)調(diào)節(jié)AHR信號傳導(dǎo)。在AHR的表達(dá)被抑制后，細(xì)胞外基質(zhì)蛋白(包括I型和IV型膠原纖維)的表達(dá)增加，這對面部年輕化具有積極的意義。這項(xiàng)研究表明，AHR在衰老皮膚中的表達(dá)是增加的，而通過抗衰處理，AHR的表達(dá)則會降低。

當(dāng)然AHR的表達(dá)不全是負(fù)面作用，在一定范圍的表達(dá)情況下，AHR信號傳導(dǎo)對表皮屏障功能有增強(qiáng)作用。在AHR-null小鼠中，屏障功能被顯著破壞，表明功能性的AHR表達(dá)在皮膚屏障完整性中起關(guān)鍵作用[8]。在另一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)研究中，通過AHR拮抗衰老進(jìn)程的控制大量抗氧化酶的主轉(zhuǎn)錄因子:核因子-紅細(xì)胞2相關(guān)因子-2(NRF2)的高水平的表達(dá)，會導(dǎo)致這種基因小鼠的皮膚干燥，有脫發(fā)，脫屑，表皮棘皮癥和角化過度[9]。所以氧化和抗氧化過程之間的適當(dāng)平衡對維持表皮穩(wěn)態(tài)也起著重要作用。

3 環(huán)境污染通過AHR介導(dǎo)衰老的通路機(jī)制

皮膚衰老分為內(nèi)源性衰老與外源性衰老，而皮膚衰老主要表現(xiàn)是粗皺紋形成、干燥和不均勻色素沉著[10]，我們既往認(rèn)為UVA和UVB是導(dǎo)致外源性衰老的元兇。隨著全球工業(yè)化進(jìn)程的不斷推進(jìn)，環(huán)境污染日益加重，而不同環(huán)境污染地區(qū)的人群的表皮氧化應(yīng)激水平存在差異[11]，不同空氣污染顆粒來源的城市和鄉(xiāng)村，皮膚衰老的水平也不盡相同[12]。我們逐漸認(rèn)識到UVA和UVB都在與無處不在的環(huán)境顆粒物協(xié)同作用，通過AHR直接引起皮膚的外在衰老。環(huán)境污染物PMs作為一個(gè)多孔狀大顆粒物質(zhì)，表面可吸附大量的多環(huán)芳烴(PAHs)。PMs暴露誘導(dǎo)皮膚產(chǎn)生諸多不良反應(yīng)，包括色斑的形成，產(chǎn)生活性氧(reactive oxygen species, ROS)和致炎因子。其中，ROS的累積對皮膚的適當(dāng)分化、屏障功能、細(xì)胞外基質(zhì)會產(chǎn)生不利影響，還會破壞DNA，這都會誘導(dǎo)衰老表型的產(chǎn)生。大量研究表明，包括四氯二苯-p-二惡英(tetrachlorodibenzo-p-dioxin,TCDD)、苯并芘(BaP)等在內(nèi)的眾多PAHs引起的細(xì)胞毒性反應(yīng)，大部分是由AHR所介導(dǎo)的[13]。 AHR下游信號通道眾多，根據(jù)是否依賴芳香烴受體核轉(zhuǎn)位因子(aryl hydrocarbon receptor nuclear translocator,ARNT)及下游激活的靶位基因,可分為：①經(jīng)典TCDD/AHR/ARNT途徑，是AHR和ARNT結(jié)合成異二聚體，作用于二噁英反應(yīng)元件，激活的下游靶位基因主要包括CYP1A1、白介素及轉(zhuǎn)化生長因子等；② 不依賴ARNT的蛋白磷酸化信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑，其下游激活靶位基因包括P-聯(lián)蛋白、原癌基因c-Myc、表皮生長因子受體等。非經(jīng)典激活的AHR可與其他信號級聯(lián)相互作用，包括促炎和免疫調(diào)節(jié)分子，如表皮生長因子受體(EGFR)和下游絲裂原活化蛋白激酶(MAPK)[14]，核因子NFκB[15]，過氧化物酶體增殖物激活受體[16]等。AHR在細(xì)胞中的多種信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑也證明AHR在不同 細(xì) 胞、不 同 組 織 中 所 介 導(dǎo) 的生物學(xué)效應(yīng)有所不同。這些外源性氧化劑的刺激會導(dǎo)致受體酪氨酸激酶(RTKs)磷酸化的和下游信號通路的激活，包括3個(gè)絲裂原活化蛋白激酶(MAPKs)家族：胞外信號調(diào)節(jié)激酶(ERK)，p38和c-Jun N-末端激酶(JNK/SAPK)。①AHR入核后激活調(diào)控鈣調(diào)蛋白激酶 II(CaKM II)[17]，繼而導(dǎo)致MAPK/ERK的快速激活；活化的MAPK途徑將會磷酸化c-Jun，c-Fos和ATF-2，導(dǎo)致它們的核轉(zhuǎn)位和與MMP-1啟動子區(qū)域的轉(zhuǎn)錄因子激活蛋白-1(AP-1)元件的結(jié)合。②AHR的入核還能通過激活c-scr激酶，從而激活EGFR受體，間接導(dǎo)致 ERK 的激活。ERK激活后介導(dǎo)AHR分子通過26S 蛋白酶體-泛素化途徑降解，從而負(fù)反饋調(diào)控AHR信號通路及下游靶基因CYP1A1和MMPs的表達(dá)[18]，ERK的激活也會導(dǎo)致c-fos磷酸化水平升高，c-fos通過AP-1轉(zhuǎn)錄復(fù)合物的結(jié)合而調(diào)節(jié)MMPs的轉(zhuǎn)錄。而ERK抑制劑會抑制AHR的降解從而導(dǎo)致衰老相關(guān)靶基因的過度表達(dá)。③AHR的入核同時(shí)可以導(dǎo)致JNK/SAPK信號通路的激活，從而使c-Jun的磷酸化水平增高，MAPK-c-Jun的激活，使轉(zhuǎn)錄因子激活蛋白(AP-1)的生成增加，AP-1在MMP1，MMP3和MMP9的轉(zhuǎn)錄上調(diào)中起關(guān)鍵作用[19]， MMPs的過表達(dá)導(dǎo)致真皮細(xì)胞外基質(zhì)片段化，即真皮中膠原纖維和彈力纖維發(fā)生降解。

AHR被激活后其下游細(xì)胞色素代謝酶(CYP1A1，CYP1A2，CYP1B1等)隨后被激活，CYP1A1的活性作用可以導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)累積ROS，導(dǎo)致細(xì)胞損傷[20]；與此同時(shí)，環(huán)境污染物經(jīng)過代謝后水溶性增加，其毒性也隨之增強(qiáng)，特別是芳香烴類的代謝物可以直接攻擊DNA形成突變，基因水平的不穩(wěn)定是衰老的八大特征之一[21]。參與ROS或DNA損傷的CYP1A1可誘導(dǎo)細(xì)胞衰老， MMP1則介導(dǎo)結(jié)締組織損傷和影響基質(zhì)重塑，而皮膚的衰老主要表現(xiàn)是膠原和血管的變化，因此污染物激活A(yù)HR會導(dǎo)致皺紋的發(fā)生[22]。而在細(xì)胞水平層面，能反應(yīng)皮膚細(xì)胞衰老的特征有：細(xì)胞周期停滯，增殖抑制和中度凋亡。Yuan的實(shí)驗(yàn)研究中，與對照細(xì)胞相比，使用遞增濃度的SRM1649b(PAH組成的標(biāo)準(zhǔn)參考物質(zhì))處理的永生化角質(zhì)形成細(xì)胞(HaCaT細(xì)胞)和原代新生兒皮膚纖維母細(xì)胞(NHDF)后，顯示細(xì)胞凋亡率明顯增加，細(xì)胞增殖能力下降，細(xì)胞周期阻滯，其原因是調(diào)控細(xì)胞周期G1向S期轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵蛋白Cyclin A和Skp2蛋白表達(dá)下調(diào)[6]；在SRM1649的刺激下，皮膚細(xì)胞的周期阻滯也會導(dǎo)致增殖減弱；在細(xì)胞衰老水平也顯示了升高的凋亡細(xì)胞的數(shù)量和比例。以上研究證實(shí)，在環(huán)境污染物讓人皮膚細(xì)胞經(jīng)歷顯著的衰老。

綜上，環(huán)境污染物通過激活A(yù)HR-MAPKs(ERK/JNK)信號傳導(dǎo)途徑和上調(diào)衰老相關(guān)基因誘導(dǎo)人皮膚細(xì)胞衰老。同時(shí)在細(xì)胞凋亡水平也觀察到了污染物刺激下的細(xì)胞增殖和周期阻滯等與衰老相關(guān)的表型。

4 AHR與UVA和UVB的協(xié)同作用

在城市環(huán)境中，人們或多或少的會共同暴露于環(huán)境污染物與陽光照射下，而多環(huán)芳烴的光氧化反應(yīng)會產(chǎn)生含有羥基的衍生物和活性氧(ROS)，而其中單線態(tài)氧是多環(huán)芳烴主激發(fā)產(chǎn)生的主要ROS[23]。研究顯示，在眾多多環(huán)芳烴中，四環(huán)和五環(huán)芳烴在模擬太陽紫外線(UVA+UVB)照射下具有光毒性，但是隨著照射時(shí)間的延長，大多數(shù)多環(huán)芳烴都產(chǎn)生了光毒性作用[24]。環(huán)境中的多環(huán)芳烴會進(jìn)入暴露在最外層的皮脂和角質(zhì)形成細(xì)胞中，而在UVA照射下，會增加多環(huán)芳烴的光反應(yīng)性，能產(chǎn)生局部的光氧化應(yīng)激反應(yīng)，加速光老化[25]。而在另一項(xiàng)研究中，在UVA1與污染物的共同暴露下，除了細(xì)胞內(nèi)產(chǎn)生的高水平的ROS外，還觸發(fā)了超氧化物的生成和線粒體的損傷[26]，可能會干擾能量代謝，進(jìn)而引起皮膚細(xì)胞衰老。

Tigges等[27]的研究結(jié)果證實(shí)AHR的拮抗劑可以保護(hù)UVB引起的光老化損傷，這就反證了UVB引起的皮膚衰老是由AHR參與介導(dǎo)的。Fritsche等學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)UVB照射表皮的角質(zhì)形成細(xì)胞過程中可以產(chǎn)生一種類似光產(chǎn)物的物質(zhì)-芳烴受體激動劑(FICZ)，它可以激活A(yù)HR[14]，AHR的激活可以導(dǎo)致細(xì)胞膜上EGFR的異常激活，在此基礎(chǔ)上又會進(jìn)一步激活MAPK/ERK1/2通路，繼而引起了一系列的細(xì)胞核內(nèi)的效應(yīng)，這條通路也會導(dǎo)致MMP的表達(dá)上調(diào)，而MMP的上調(diào)是細(xì)胞衰老的重要分子生物學(xué)機(jī)制，其會導(dǎo)致膠原的降解而導(dǎo)致皮膚衰老。

5 AHR拮抗劑與其他抗氧化劑逆轉(zhuǎn)外源性皮膚衰老

Yuan在實(shí)驗(yàn)中利用AHR特異性小分子拮抗劑1031來抑制AHR的功能[2]，目前己被用于治療紫外線引起的皮膚損傷。實(shí)驗(yàn)研究中，向SRM1649b處理后的HaCaT細(xì)胞添加1031后，SRM1649b所誘導(dǎo)的MMP-1蛋白和mRNA表達(dá)水平顯著降低。Yuan的實(shí)驗(yàn)結(jié)果揭示了AHR拮抗劑對于皮膚抗衰的作用，為嚴(yán)重空氣污染下皮膚衰老的未來治療提供了潛在的靶標(biāo)。

外界的污染物刺激和體內(nèi)的氧化代謝會激活A(yù)HR在表皮角質(zhì)形成細(xì)胞中的大量表達(dá)，因此會介導(dǎo)活性氧物質(zhì)的產(chǎn)生。在通過AHR拮抗衰老的過程中有一個(gè)自然抗氧化和誘導(dǎo)解毒的關(guān)鍵因子：核因子-紅細(xì)胞2相關(guān)因子-2(NRF2)，是一個(gè)用于抗氧化信號傳導(dǎo)的主開關(guān)[28]。各類抗氧化物質(zhì)可以通過激活NRF2轉(zhuǎn)錄因子，并上調(diào)一系列抗氧化酶，中和氧化應(yīng)激并保護(hù)角質(zhì)形成細(xì)胞免受氧化損傷，其中洋薊苦苷(cynaropicrin，Cyn)是一種倍半萜內(nèi)酯，是洋薊中主要的生物活性植物化學(xué)物質(zhì)，可以誘導(dǎo)人角質(zhì)形成細(xì)胞中抗氧化途徑AHR-NRF2-NQO1(苯醌氧化還原酶1)的激活，并且激活的途徑是AHR和NRF2依賴性的，從而預(yù)防UVB誘導(dǎo)的光老化[29]。具有AHR拮抗活性的NRF2激動劑已被用于皮膚抗衰老的美容目的。例如，肉桂醛能通過NRF2的表達(dá)發(fā)揮其抗氧化活性，并下調(diào)苯并芘誘導(dǎo)的氧化應(yīng)激[30]。然而，肉桂醛不能激活A(yù)HR，而是顯著抑制其作用，這與大豆焦油，仙人掌榕提取物，魚腥草提取物和鬼針草提取物形成鮮明對比。肉桂醛的雙重功能，即抑制AHR和激活NRF2，特別有利于治療環(huán)境污染物如二噁英的毒性作用。另一個(gè)抗氧化劑是表沒食子兒茶素沒食子酸酯(EGCG)，它也能上調(diào)NRF2的表達(dá)[31]，并抑制AHR作用[32]。而其他的抗氧化劑，例如維生素C和E，以及微量礦物質(zhì)硒，可以在一定程度逆轉(zhuǎn)環(huán)境帶來的外在損害。新的抗氧化劑配方以及調(diào)節(jié)AHR的新藥還在研究中。

6 小結(jié)

本文總結(jié)了多環(huán)芳烴對皮膚衰老的不利影響，系統(tǒng)地揭示了復(fù)雜的分子調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)，為未來針對PAHs污染的人體皮膚衰老設(shè)計(jì)有效治療策略鋪平了道路。但是針對AHR與MAPK之間的詳細(xì)作用機(jī)制還不甚清晰，對于AHR的深入探討將有助于人們更深刻地認(rèn)識環(huán)境污染物如何啟動或影響皮膚的衰老損傷過程，豐富人們對皮膚細(xì)胞衰老中各種信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑的多樣性及其相互作用的認(rèn)識。