光老化与维甲酸

 

UVB诱导的人皮肤成纤维细胞衰老包括蛋白酶体损伤和自噬活性增强

UVB-Induced Senescence of Human Dermal Fibroblasts Involves Impairment of Proteasome and Enhanced Autophagic Activity

摘要

在目前的研究中,我们扩展了之前的研究成果,旨在更好地理解二倍体人皮肤成纤维细胞(HDFs)的分子机制,HDFs是一种研究皮肤光老化过程的实验模型。我们提供的证据表明,抑制受损蛋白的蛋白酶体降解和激活自噬小体形成是UVB诱导的HDFs衰老的早期事件,依赖于UVB诱导的活性氧的积累。我们的数据表明,在UVB处理的HDFs中,自噬(autophage)是建立衰老表型所必需的,而自噬的抑制足以改变细胞衰老,使细胞凋亡死亡的命运。在重建皮肤等价物的研究表明,UVB辐射触发真皮层的自噬诱导标志。这些发现对皮肤衰老,特别是光老化的基础研究和转化研究都有潜在的意义。

 

导论

细胞衰老(cellular senescence)越来越被认为是一个生理过程参与肿瘤抑制,与在不同的组织与年龄有关的障碍(1、2),在哺乳动物的发展和监管开关(3),衰老细胞表达的非独家的标记,包括细胞周期抑制剂p16INK4A分子和高浓度的senescence-associatedβ-galactosidase (SA-β-Gal)(1)。许多衰老细胞分泌细胞因子,生长因子、基质金属蛋白酶、集体称为senescence-associated分泌表型(4)。在人类皮肤,衰老细胞阳性标记SA-β-Gal(5)和p16INK4a分子(6、7)积累随着年龄的增长,有越来越多的证据表明,皮肤中的成纤维细胞的持续衰老与衰老皮肤的功能和形态的改变有关。

由于紫外线照射皮肤光老化发生,特别是UVA和UVB,根据他们不同的物理性质,引起不同虽然重叠生物反应在皮肤的表皮和真皮层(9)。在人类皮肤成纤维细胞(HDFs),重复建立了温和的UVB治疗作为实验模型来研究的某些方面外在皮肤老化(10),这取决于衰老细胞的积累,特别是真皮中的成纤维细胞(11)。HDFs在UVB诱导衰老过程中的转录谱分析揭示了不同的mirna和mrna的调控,并提示在这一过程中存在多种调控途径。在这项研究中,我们还注意到自噬相关基因和促凋亡基因的上调;然而,在UVB诱导的衰老中没有观察到凋亡细胞死亡(12)。


大自噬(Macroautophage),以下简称自噬(autophage),是一种普遍的质量控制机制,在大多数(如果不是所有的话)真核系统中起作用,以确保细胞内环境的稳定,特别是蛋白质的稳定(13)。微管相关蛋白1轻链3 (LC3)是自噬体形成过程中的关键因子。在未处理的细胞中,LC3主要以未加脂的形式存在。自噬激活后,LC3与脂质PE共价连接,脂化后的LC3被募集到自噬体膜上(14)。自噬是一个重要的代谢过程,通过营养消耗、mTOR抑制和AMPK(5’腺苷酸单磷酸活化蛋白激酶)的激活而上调(15)。在年轻细胞中,自噬在非应激条件下维持在基础水平,并被不同的应激源进一步激活,如活性氧(ROS)的过量产生(16)。在皮肤老化的背景下,在人类面部皮肤成纤维细胞复制衰老过程中,自噬的基础水平增加(17)。此外,自噬在HDFs中由UVA诱导(18),在人角质形成细胞中由UVB诱导(19);然而,自噬似乎延迟了这些细胞类型的衰老反应,但并不能完全消除这些细胞类型的衰老反应(20,21)。特别是在真皮中,在老年供体成纤维细胞中发现的自噬体数量增加,主要是由于自噬通量受损引起细胞外基质蛋白含量的改变,从而导致真皮完整性的恶化和皮肤脆性的增加(21)。最近的研究建立了自噬和衰老之间复杂的相互作用,这在很大程度上取决于细胞的环境。简而言之,自噬被认为是几种人类细胞类型中致癌基因诱导衰老的重要中介物(22,23),而由于端粒缩短,自噬似乎对衰老没有作用(24)。在某些细胞类型中,自噬可以抑制衰老(25-28)。自噬在UVB诱导的HDFs衰老中的作用目前尚不清楚。


除了自噬外,20S蛋白酶体是维持蛋白稳定的第二个重要质量控制系统。与在衰老的HDFs中观察到的氧化和损伤蛋白的积累一致,在复制衰老的HDFs中观察到蛋白酶体活性的普遍降低(29)。蛋白酶体和自噬体的活性是由重叠信号调节的,这两个质量控制系统之间的交叉调节已经被描述。因此,有研究表明,蛋白酶体抑制会诱导自噬,这意味着自噬是蛋白酶体降解损伤的一种代偿机制(30,31)。其他研究报道蛋白酶体在自噬抑制作用下被激活(32)。这些观察表明,一个复杂的调控模块连接两个主要的蛋白质质量控制系统。然而,这一模块在UVB诱导的HDFs衰老中的调节作用仍不明确。在目前的交流中,我们探讨了蛋白质量控制系统及其功能相互作用在调节UVB处理衰老反应中的作用。


结果

自噬在uvb诱导衰老的早期被激活

从新生包皮中提取的HDFs被提交到温和和重复剂量的UVB中,如所述(12)。通过DHE染色(补充图1A)和LTR染色(补充图1B)观察活细胞中活性氧的产生和酸性细胞器的含量。使用氧化还原敏感染料DHE对活细胞进行染色后,我们观察到从第一次UVB照射后第2天开始,细胞质ROS水平升高(补充图1A)。LTR染色显示,这一过程伴随着酸性细胞器数量和大小的显著增加(补充图1B),提示可能涉及自噬。报告蛋白(被称为LC3-GFP融合蛋白),由微管相关蛋白1轻链3 (LC3)融合到GFP中,通过在细胞胞质中形成绿色点状结构来跟踪自噬激活提供了一个有用的工具(35)。为了验证自噬在UVB上的激活,我们通过共聚焦显微镜评估了lc3 - gfp阳性囊泡(自噬体)的生成,以控制未经辐照和UVB处理的lc3 - gfp表达的成纤维细胞。对照非辐照细胞中自噬体的基础水平(图1A,补充图2A)。相比之下,用UVB处理的细胞显示自噬小体形成的增加,特别是在第2天,每个细胞的平均自噬小体数量是各自对照的8倍(图1A,补充图2A)。自噬通量在第一次应激后第7天仍保持较高水平,并在第9天恢复到对照组非辐照细胞的水平(补充图2B)。在这些条件下,用UVB处理不会增加细胞凋亡(补充图2C)。为了进一步分析uvb诱导的LC3脂化过程,使用抗LC3抗体进行Western blotting分析从对照细胞和辐照细胞中分离的蛋白(图1B,补充图2D)。我们观察到在UVB处理下LC3-I向脂化形式LC3-II的转化增加,尤其是在第3天。UVB处理后第2天,经UVB处理组和对照组细胞的超微结构分析,证实UVB诱导自噬体和自噬液泡的形成(图1C、补充图3和4)。

阻断ROS的积累可以防止uvb诱导的自噬

为了了解活性氧在UVB诱导衰老和自噬诱导过程中的作用,如前所述,HDFs在NAC的存在下培养,并在轻度UVB胁迫下产生。细胞增殖的细胞被监控(图2),自噬小体的数量(补充图2),和酸性细胞质中的细胞器数量和规模(补充图5)与控制细胞培养在正常媒体相比,细胞生长在南汽的存在数量略低的自由人民党(图2)。在15天的实验中,在正常培养基中培养的UVB辐照细胞大约有两个PDLs,这与之前的研究结果一致(12),而在有NAC的培养基中培养的细胞中,UVB会导致细胞损失,这在增殖曲线中反映为负值(图2A)。当通过在UVB处理的HDFs的细胞质中形成LC3-GFP斑点来监测自噬启动时,我们发现NAC处理降低了每个细胞的自噬小体数量,这表明ROS水平的增加是UVB自噬激活的一个重要事件(补充图2A)。大量的酸性细胞器在UVB治疗时使用荧光探针LTR由流式细胞仪分析,我们观察到明显降低在UVB-treated LTR荧光细胞培养在媒体包含南京天1,2,7和9,与UVB-treated相比细胞生长在控制媒体(补充图5)无统计差异。在LTR荧光观察天3和4。

 

uvb诱导衰老过程中蛋白酶体与自噬活性的相互作用

为了监测HDFs在UVB照射下的蛋白酶体活性,我们产生了一个报告细胞株,该细胞株由携带GFP-degron的HDFs组成。在对照组和未处理的表达成纤维细胞的GFP-degron中,破坏稳定的蛋白被有效地泛素化,从而成为蛋白酶体降解的靶点,导致非常低的GFP荧光(37)。当蛋白酶体活性被药理抑制剂或氧化应激阻断时,GFP-degron融合蛋白稳定并在细胞质中积累,使细胞产生更多的绿色荧光,为研究活细胞中的蛋白酶体活性提供了方便的工具(37)。当表达GFP-degron蛋白的HDFs经UVB处理后,通过流式细胞仪检测发现,与未辐照对照组相比,蛋白酶体活性显著降低(图2B),并通过共聚焦显微镜检测证实(补充图6A)。加入蛋白酶体抑制剂N-Acetyl-Leu-Leu-Norleu-al (LLnL)作为阳性对照,GFP荧光阳性细胞比例从6%增加到70%(补充图6,未显示数据)。



值得注意的是,在UVB处理后的第一天就可以检测到GFP荧光的显著增加,这表明抑制蛋白酶体活性实际上可能触发自噬激活。为了验证这一假设,使用蛋白酶体抑制剂LLnL处理表达HDFs的LC3-GFP,共聚焦显微镜分析自噬小体的形成(补充图6B)。将斑点数量量化,并与未处理的细胞进行比较(图2C)。我们观察到蛋白酶体活性被抑制后,细胞质LC3-GFP的标点符号增加了约50%。相反,当表达HDFs的GFP-degron中的3-甲基腺苷(3-MA)抑制自噬时,蛋白酶体活性没有变化(补充图6A)。



阻断自噬改变了照射uvb的HDFs从衰老到凋亡的命运

基于我们对UVB处理后自噬激活的研究发现,HDFs通过携带Atg7特异性shRNA的慢病毒载体被耗尽,用于自噬相关基因Atg7。非靶向shRNA作为对照。Atg7对于Atg5和Atg12的结合以及LC3的脂化至关重要,这是自噬小体形成的两个基本机制(40)。因此,该基因的沉默阻止了自噬的启动(41),为研究uvb诱导衰老期间自噬小体形成的相关性提供了一个有用的工具。HDFs感染Atg7 shRNA载体导致Atg7 mRNA和蛋白水平降低约50%(图3A)。将atg7沉默和对照的HDFs提交UVB照射,并监测其衰老反应(图3B)。在没有UVB照射的情况下,Atg7敲除和对照HDFs 15天的生长曲线没有显著差异,与未受感染HDFs的生长曲线相匹配(12)。但是,经过UVB照射后,出现了明显的差异。非靶向shRNA处理的细胞在15天内的PDLs少于2,与uvb处理的HDFs相同(12),没有检测到细胞死亡。相比之下,UVB处理atg7耗尽的HDFs在同一时间段内引发了细胞数量的显著减少。采用Annexin V-PI染色,流式细胞仪检测细胞凋亡和坏死的频率,各组均未发现坏死(数据未显示);然而,UVB处理显著增加了atg7耗竭细胞的凋亡死亡(图3C)。这种效应在第4天,即照射的最后一天尤为明显。当细胞被染色senescence-associatedβ牛乳糖(SA-β-Gal)活动,我们发现,大约70%的细胞治疗不属预定目标的shRNA到达衰老表型白天9,所述前(12)。相比之下,UVB处理atg7耗竭细胞主要导致细胞凋亡死亡(近57%),相对较小比例的细胞(27%)在这种情况下衰老(图3D)。

 

综上所述,我们的研究结果表明,在uvb诱导的HDFs衰老过程中,活性氧生成增加、蛋白酶体抑制以及自噬激活是早期事件。uvb处理的HDFs衰老表型的建立需要自噬,抑制自噬足以使细胞由衰老变为凋亡死亡。我们的研究表明,降低蛋白酶体活性和增加自噬有助于HDFs中uvb诱导衰老的发展,并提出了蛋白质量控制机制作为干预皮肤光老化的新靶点。

 

UVB-Induced Senescence of Human Dermal Fibroblasts Involves Impairment of Proteasome and Enhanced Autophagic Activity | The Journals of Gerontology: Series A | Oxford Academic
https://academic.oup.com/biomedgerontology/article/72/5/632/2630053/

 

光化学与光生物学杂志B:生物学

蓝光照射对人皮肤成纤维细胞的影响


摘要
已有研究报道,除了紫外线辐射外,蓝光还影响不同细胞类型的细胞生理。然而,我们对蓝光作用谱知之甚少。本研究的目的是研究清楚定义的发光二极管发出的不同波长(410,420,453,480 nm)的蓝光对人皮肤成纤维细胞活力、增殖和抗氧化能力的影响。我们发现蓝光照射(410,420 nm)可导致细胞内氧化应激和毒性作用,且其剂量和波长依赖于蓝光照射。在453 nm和480 nm的光镜下均未见毒性反应。此外,低剂量蓝光(410,420,453 nm)降低成纤维细胞的抗氧化能力。在无毒剂量下,410、420和453 nm处的辐照降低了增殖,表明增殖的成纤维细胞对蓝光的敏感性更高。我们的研究结果表明,不同波长的蓝光会引起细胞内不同程度的氧化应激反应,并产生不同的生理结果,从而导致皮肤过早的光老化。另一方面,由于蓝光的抗增殖和毒性作用,它可能成为治疗和预防瘢痕疙瘩、增生性疤痕和皮肤纤维化疾病的新方法。
突出了
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1011134411000698

 

 

透明质酸:皮肤老化的关键分子

Hyaluronic acid: a key molecule in skin aging


摘要

皮肤老化是一个多因素的过程,由两个不同的和独立的机制:内在和外在老化。年轻的皮肤保持它的肿胀,弹性和柔韧性,在其他方面,由于其高含量的水。日常的外部伤害,除了正常的老化过程外,还会导致水分流失。皮肤保湿的关键分子是透明质酸(HA),它具有独特的保湿能力。HA的合成、沉积、细胞与蛋白的结合与降解的调控位点众多,反映了HA代谢的复杂性。合成或分解透明质酸的酶和负责许多透明质酸功能的透明质酸受体都是具有不同组织表达模式的多基因家族。了解透明质酸在皮肤不同层的代谢,以及透明质酸与其他皮肤成分的相互作用,将有助于以合理的方式调节皮肤水分。



关键词:透明质酸,透明质酸合成酶,透明质酸酶,CD44, RHAMM,皮肤老化



皮肤老化

人类皮肤衰老是一个复杂的生物学过程,目前尚未完全了解。它是两个生物学上独立过程的结果。第一种是内在的或天生的老化,这是一个不可预防的过程,它影响皮肤的模式与影响所有内部器官的模式相同。第二种是外源性老化,即暴露于外部因素,主要是紫外线(UV)照射的结果,也称为光老化。1 .随着年龄的增长,荷尔蒙会发生变化,从而影响皮肤的内在老化。2 .从25岁左右开始,性激素的分泌逐渐减少,与更年期相关的雌激素和黄体酮的减少。众所周知,雌激素和雄激素缺乏会导致胶原蛋白降解、皮肤干燥、失去弹性、表皮萎缩和皮肤起皱



虽然内在和外在的皮肤老化是独特的过程,但它们在分子机制上有相似之处。例如,活性氧(ROS),产生于细胞的氧化代谢,在这两个过程中起着重要的作用。4 ROS在外在或内在皮肤老化诱导转录因子c-Jun通过增殖蛋白激酶(MAPK),导致超表达基质金属蛋白酶(MMP) 1, MMP-3 MMP-9和预防胶原- 1.5的表达因此,高浓度的胶原蛋白和胶原蛋白合成减少退化疾病发生在本质上年龄以及photoaged皮肤。


透明质酸

化学和物理化学性质

HA是non-sulphated插科打诨,由重复聚合物双糖D-glucuronic酸和N-acetyl-D-glucosamine联系glucuronidicβ(1→3)债券。在水溶液中,HA形成特定的稳定三级结构。尽管HA的组成简单,没有糖组成的变化,也没有分支点,但它具有多种物理化学性质。HA聚合物根据其大小、盐浓度、pH值和相关阳离子的不同,可以有多种构型和形状。与其他GAG不同的是,HA不以共价附着在蛋白核上,但它可能与蛋白多糖形成聚合体。21 HA包含大量的水,即使在低浓度下,溶液也具有很高的粘度



透明质酸的组织和细胞分布

HA广泛分布于原核细胞、22、23至真核细胞。24人,哈中最丰富的皮肤,25 - 29占总额的50%的身体哈,30眼睛的玻璃体,31脐带,17和滑液,32岁,33岁,但它也存在于所有组织和体液,如骨骼组织,27心脏瓣膜,34个肺,35-39主动脉,40前列腺,41膜,全集阴茎海绵体和尿道海绵体。42 HA主要由间充质细胞产生,也可由其他类型的细胞产生



HA的生物功能

在过去的20年里,大量的证据揭示了透明质酸在分子机制中的功能作用,并指出了透明质酸在许多疾病的新治疗策略开发中的潜在作用。



透明质酸的功能包括:水合作用、关节润滑、空间填充能力和细胞迁移的框架。在组织损伤和伤口愈合过程中,HA的合成增加。25、44、45 HA调节组织修复的几个方面,包括激活炎症细胞增强免疫应答46-48,以及对成纤维细胞损伤、50和上皮细胞损伤的应答。51-55 HA还为血管形成7、45和可能参与肿瘤进展的成纤维细胞迁移56、57提供了框架。还报道了癌细胞表面HA水平与肿瘤侵袭性的关系



HA的大小对于上面描述的各种功能来说似乎是至关重要的。高分子量的透明质酸,通常超过1000 kDa,存在于完整的组织中,具有抗血管生成和免疫抑制作用,而较小的透明质酸聚合物则是危难信号,是炎症和血管生成的潜在诱因。38,46,60-63
皮肤老化也与皮肤水分流失有关。皮肤水分的关键分子是透明质酸或透明质酸(HA),一种具有独特的结合和保留水分子的能力的糖胺聚糖(GAG)。6 HA属于细胞外基质(ECM)分子。在过去的几十年里,皮肤的成分已经被很好地描述了。起初,大多数研究集中在组成皮肤层的细胞上,如表皮、真皮和皮下组织。最近,人们认识到细胞间的ECM分子除了提供一个建设性的框架外,还对细胞功能产生重大影响。这些ECM分子虽然在光学显微镜下呈非晶状,但它们形成了高度有序的结构,主要由GAG、蛋白多糖、生长因子和胶原蛋白等结构蛋白组成。然而,皮肤ECM的主要成分是透明质酸。



近年来的研究报道了透明质酸在血管生成、7种活性氧、8种软骨细胞、9种癌症、10种肺癌、11种肺损伤、12种免疫调节、14、15和皮肤等方面的作用。本文简要介绍了透明质酸的生物学和功能的最新研究进展,并着重介绍了透明质酸与皮肤衰老的关系。

 

生物合成的HA

透明质酸是由称为透明质酸合成酶的特殊酶合成的。这些是膜结合酶,在质膜的内表面合成透明质酸,然后透明质酸通过孔状结构挤压进入细胞外空间。哺乳动物的酶有-1、-2和-3三种,它们具有不同的酶学性质,能合成不同长度的HA链


HA退化

HA有一个动态的周转率。透明质酸在血液中的半衰期为3至5分钟,在皮肤中的半衰期不到一天,在软骨中的半衰期为1至3周。69 - 71公顷退化成碎片不同大小的透明质酸酶(HYAL)通过水解hexosaminidicβ(1 - 4)N-acetyl-D-glucosamine之间的联系,在HA D-glucuronic酸残留。在人类,六HYAL已确定:HYAL-1, 2, 3, 4, PH-20和HYALP1.72 HYAL酶家族没有得到足够关注,直到recently73 74,因为他们发现在极低的浓度和难以去除,描述和测量他们的活动,这是高但不稳定。16个新方法已经使分离和鉴定透明质酸成为可能。75,76透明质酸-1是血清中主要的透明质酸。77 HYAL-1基因的突变与HYAL不足和黏多糖病类型IX.78 HYAL-2活动相比,等离子体HYAL-1很低和高分子量水解专门公顷,收益率大约20 kDa的碎片,小型低聚糖进一步退化的ph值- 20.79 HYAL-3主要表达在骨髓和睾丸,74年也在其他器官,如人类的肺。37、38透明质酸-3在HA分解代谢中的作用尚不清楚,可能通过增强透明质酸-1.80的活性促进HA降解



HA也可以在抗坏血酸、硫醇、亚铁或亚铜离子等还原剂存在的情况下,通过自由基机制m81进行非酶降解,这一过程需要分子氧的存在。因此,能够延缓自由基催化的透明质酸降解的药物可能有助于维持真皮透明质酸及其保湿性能的完整性



透明质酸受体

透明质酸是一种广泛分布于细胞外基质、细胞表面、细胞质和细胞核中与透明质酸结合的蛋白。那些将透明质酸附着在细胞表面的细胞构成透明质酸受体。这些受体中最突出的是跨膜糖蛋白“簇分化44”(CD44),它以多种亚型形式出现,是一个具有可变外显子表达的单基因的产物。82-84 CD44几乎在所有细胞中都存在,除了红细胞,它调节细胞粘附、迁移、淋巴细胞活化和归巢以及癌症转移。



HA介导的运动性受体(RHAMM)是HA的另一主要受体,其表达形式多种多样。85-87 RHAMM是多种细胞类型的功能受体,包括内皮细胞s88和平滑肌细胞。HA与RHAMM的相互作用通过一个复杂的信号转导事件网络以及与细胞骨架的相互作用来控制细胞的生长和迁移。89转化生长因子(TGF) -β1,这是一种潜在的刺激细胞运动性,抒发RHAMM的合成与表达和哈,从而启动locomotion.90

 

皮肤中的透明质酸

生物素化的HA结合肽91的使用表明,不仅间质来源的细胞能够合成HA,而且允许HA在皮肤和表皮的真皮层间室发生组织移位。这种技术使透明质酸在表皮层可见,主要在上部棘层和颗粒层的细胞外基质中可见,而在基底层透明质酸主要在细胞内可见



皮肤作为屏障的功能部分归因于板层体,被认为是含有水解酶的修饰溶酶体。它们与成熟角质形成细胞的质膜融合,能够通过质子泵酸化,并将部分极性脂质转化为中性脂质。水状物质通过表皮的扩散被颗粒层中角质形成细胞合成的脂质所阻断。这种边界效应与HA染色水平相对应。这一层以下的富ha区域可以从富含水分的真皮中获取水分,而真皮中所含水分不能穿透富含脂肪的颗粒层。皮肤的水化主要取决于真皮和表皮重要部位的ha结合水,而水化的维持主要取决于颗粒层。烧伤患者颗粒层的广泛丢失可能会导致严重的脱水临床问题



如前所述,皮肤透明质酸占全身透明质酸的50%,真皮的透明质酸含量明显高于表皮,而乳头状真皮的透明质酸含量远远高于网状真皮。真皮的透明质酸与淋巴和血管系统是连续的。真皮中的透明质酸调节水平衡、渗透压和离子流,起着筛除某些分子的作用,增强细胞表面的胞外结构域,并通过静电相互作用稳定皮肤结构。在无疤痕胎儿组织修复过程中,血透明质酸水平升高,血透明质酸的长期存在保证了这种无疤痕组织修复。95-97真皮成纤维细胞为真皮透明质酸提供了合成机制,应该成为增强皮肤水合作用的药理学目标。不幸的是,外源性透明质酸从真皮中清除,并迅速降解



皮肤中的透明质酸合成酶

基因表达在皮肤上,有一个,有2个在真皮和表皮由TGF-β1不同调节,表明亚型是独立监管和HA的功能是不同的真皮和表皮。16、has2和has3的mRNA表达可被角化细胞生长因子刺激,激活角化细胞迁移,刺激创面愈合,在培养基和角质形成细胞内积累中等大小的HA。角化细胞迁移反应的刺激下,伤口愈合的合成增加HA.99有2个信使rna也引起IL-1β和TNFαfibroblasts100和表皮生长因子在大鼠表皮keratinocytes.101



有报道称,在组织损伤过程中,HA合成酶表达异常。102 - 104有2个,有3个信使rna在小鼠皮肤损伤后显著增加,导致青少年增加表皮HA.104透明纤维瘤病,这是一种罕见的常染色体隐性疾病,其特征是沉积透明材料和多种皮肤损伤,有明显减少的表达有1有3个,占皮肤损伤的减少合成HA。105 .在以has2为主要亚型的真皮成纤维细胞中,糖皮质激素几乎完全抑制了mRNA的表达,这表明糖皮质激素局部治疗导致萎缩性皮肤中血凝素减少的分子基础



皮肤中的透明质酸酶

在皮肤中,还没有确定哪一种透明质酸控制真皮和表皮中透明质酸的转化。阐明皮肤中透明质酸的生物学可能为对抗皮肤中与年龄有关的透明质酸的转化提供新的药理靶点。

 

皮肤中的HA受体

在真皮和表皮,HA与CD44共定位。然而,在不同皮肤隔室中CD44的确切变异尚未被阐明。据报道,当朗格汉斯细胞在表皮细胞中迁移时,其富含cd44的表面通过介导其与角质形成细胞周围基质中的HA结合。106,107个RHAMM也在人类皮肤中表达。28、29的TGF-β1诱导刺激纤维母细胞运动是通过RHAMM调解,90年RHAMM的过度会导致fibroblasts.108的变换



透明质酸与皮肤老化

在衰老皮肤中观察到的最显著的组织化学变化是表皮透明质酸的显著消失,而真皮中仍然存在透明质酸。随着年龄的增长,血凝素内稳态发生这种变化的原因尚不清楚。如上所述,表皮透明质酸的合成受下层真皮的影响,与真皮透明质酸的合成处于不同的控制之下。因此,表皮失去了负责结合和保持水分子的主要分子,导致皮肤失去水分。在真皮中,与年龄相关的主要变化是透明质酸(HA)对组织结构的渴望增加,同时丧失了透明质酸的可提取性。这与胶原的逐渐交联和胶原可提取性随着年龄的增长而逐渐丧失是平行的。以上所有与年龄有关的现象都会导致皮肤明显的脱水、萎缩和失去弹性,而这些正是皮肤老化的特征。



皮肤过早老化是由于长期反复暴露于紫外线辐射的结果。大约80%的面部皮肤老化是由于紫外线照射造成的。紫外线辐射损伤最初会导致一种温和形式的伤口愈合,并且最初与真皮透明质酸的增加有关。在裸鼠体内,只要暴露在紫外线下5分钟,就会引起透明质酸的沉积,这表明紫外线辐射对皮肤的伤害是一个非常迅速的过程。暴露于紫外线辐射后皮肤最初的红肿可能是由于增强的血凝素沉积和组胺释放引起的轻微水肿反应。反复和大量暴露在紫外线下,最终会导致典型的伤口愈合反应,形成疤痕样的I型胶原蛋白,而不是通常的I型和III型胶原蛋白混合物,这种混合物使皮肤具有弹性和柔韧性

 

在皮肤中,与伤疤或伤口愈合反应中发现的GAG含量和分布异常相比,光老化导致血凝素减少,硫酸软骨素蛋白聚糖水平升高。111年真皮成纤维细胞减少HA合成是由于胶原蛋白片段,这激活αvβ3-integrins进而抑制ρphosphoERK激酶信号和核易位,导致有2表达减少。我们最近揭示了一些可能区别于光老化和自然老化的生化变化。使用从同一患者获得的光暴露和光保护人体皮肤组织标本,我们发现,与光保护皮肤相比,光暴露皮肤中低分子质量HA的表达显著增加。这种HA降解的增加与HA -1表达的显著下降和透明质酸-1、透明质酸-2和透明质酸-3表达的增加有关。此外,与受光保护的皮肤相比,光暴露时HA受体CD44和RHAMM的表达显著下调。这些发现表明photoexposed皮肤,因此外在皮肤老化,特点是不同的内稳态HA.29我们也评估photoprotected皮肤组织标本成人和青少年患者和观察到内在皮肤老化与显著减少公顷以上的差别,对这些内容有1、2,CD44和RHAMM.28类似结果photoprotected皮肤也被报道为两性哈,有2个和CD44.114



结论

现有数据表明,HA内稳态在皮肤内在老化中表现出明显的特点,而在皮肤外在老化中则完全不同。在理解皮肤层中透明质酸的代谢以及透明质酸与其他皮肤成分之间的相互作用时,还需要进一步的深入研究。这些信息将有助于以一种合理的方式调节皮肤水分的能力,并可能有助于完善目前的药物和开发新的治疗皮肤老化的方法。

 

Hyaluronic acid: A key molecule in skin aging
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3583886/

 

维甲酸受体在人皮肤角质形成细胞和皮肤成纤维细胞中的表达


维甲酸是上皮细胞正常分化所必需的,但其细胞功能尚不清楚。视黄酸受体(RARs)在皮肤细胞类型中的表达模式可以帮助我们了解视黄酸在皮肤中的作用。

 

我们比较了人角质形成细胞和皮肤成纤维细胞中RAR的表达模式,并研究了维甲酸对RAR表达的影响。rar -和rar -在角质形成细胞和成纤维细胞中表达:rar -在两种细胞中表达水平相似,但在成纤维细胞中更为丰富。

分层(高钙培养基)和增殖(低钙培养基)角质形成细胞中rar -和rar -的表达无差异,这些rar的表达不受维甲酸的影响。在角质形成细胞中检测不到rar。在大多数成纤维细胞系中,RAR-beta转录本要么检测不到,要么表达水平较低。低浓度(10(−10)- 10(−9)M)维甲酸可迅速诱导rar -的表达。环腺苷酸单磷酸(cAMP)类似物抑制肿瘤细胞的RAR-beta诱导。然而,二丁基camp对成纤维细胞的RAR-beta诱导没有影响。腺苷酸环化酶激活剂Forskolin和磷酸二酯酶抑制剂3-异丁基-1-甲基黄嘌呤(3-异丁基-1-甲基黄嘌呤,IBMX)降低了构成型RAR-beta的mRNA水平,但没有阻断维甲酸对RAR-beta的诱导。由于细胞内cAMP水平仅在响应forskolin时可检测到升高,因此,RAR-beta mRNA组成水平的降低可能是通过cAMP以外的机制介导的。

Retinoic acid receptor expression in human skin keratinocytes and dermal fibroblasts in vitro | Journal of Cell Science
https://jcs.biologists.org/content/102/1/113

 

 

维甲酸减少人乳腺癌细胞的迁移:维甲酸受体的作用

Retinoic acid reduces migration of human breast cancer cells: role of retinoic acid receptor beta


乳腺癌是女性最常见的恶性肿瘤,远处转移的出现导致98%的患者死亡。视黄酸受体β(RARβ)并不表示在50%的乳腺浸润性癌与正常组织相比,它与淋巴结转移有关。我们的假设是RARβ蛋白质参与转移的过程。使用T47D和MCF7乳腺癌细胞系进行生存力测定、免疫印迹、迁移测定、RNA干扰和免疫荧光。管理维甲酸(RA)在乳腺癌细胞诱导基因表达RARβ最大后72小时浓度1μM。高浓度的RA的表达增加RARβ造成60%的抑制细胞迁移和显著减少迁移量的表达相关蛋白(moesin c的Src和粘着斑激酶(FAK)]。治疗和RARαRARγ受体激动剂并不影响细胞迁移。相反,选择性的添加类维生素a RARβ检测受体激动剂(BMS453)显著降低细胞迁移与RA抑制。当RARβ基因沉默了,RA未能显著抑制迁移和减少moesin结果无效,c的Src和FAK的表达。RARβ必须抑制乳腺癌细胞迁移RA诱导的调节蛋白的表达参与了细胞迁移。

INTRODUCTION

Breast cancer is the most common malignancy in women, with ~1.38 million new patients and 459,000 deaths/year worldwide (http://globocan.iarc.fr/). Despite improvements in early diagnosis and surgical and adjuvant systemic therapies for breast cancer, the mortality rate has remained high. It is therefore necessary to continue searching for novel approaches to breast cancer prevention, early detection and treatment.

Although at early stages breast cancer could be a well‐curable disease, when metastasis occurs, the prognosis is severe. Metastasis constitutes the final step of the neoplasic progression and it became in the primary cause of death from solid tumours 1. Therefore, the detailed knowledge of the molecular actions linked to the metastasis process is critical for the development of novel therapeutic strategies in oncology.

Retinoids are a family of signalling molecules chemically related to vitamin A (retinol). At present, little is known about the possible effects of retinoids, specifically, the retinoic acid (RA) role in breast cancer progression and metastasis. Retinoic acid, an active metabolite of vitamin A, plays essential roles in development, differentiation, cell growth and cellular homoeostasis 2, 3. All‐trans, 9‐cis, and 13‐cis‐RA are three stereoisomers of the RA 4. They exert their metabolic effects mainly through the nuclear receptors: retinoic acid receptors (RAR) and the retinoic X receptors, both belong to the nuclear receptors superfamily 5.

The RARβ has become a particularly interesting target in cancer research. During cancer progression, RARβ gene deletion or promoter hypermethylation frequently occurs. It has been suggested that RARβ re‐expression can restore RA‐mediated growth control, indicating that the anticancer action of retinoids is mediated by RARβ 6-8. Consequently, RARβ has been proposed as a tumour suppressor. However, the mechanism underlying its antitumour action has not yet revealed.

The RARβ promoter contains a high affinity RA‐responsive element RARE 5, 9, 10, which is associated with the transcriptional activation of RARβ by RA in a variety of cells 5. It has been observed an important reduction in RARβ mRNA expression in different types of human carcinomas including breast carcinoma 11-13.

Loss of RARβ gene expression has been reported in ~50% of invasive breast carcinomas and it has been proposed as an essential player in the conversion of non‐invasive breast cancer into invasive disease 13-16. The RARβ tumour suppressor gene is the only RAR whose levels decrease drastically in many tumour types, but when RARβ get re‐expressed the clinical response might be improved 17.

Genetic and epigenetic alterations may originate a progressive decrease in RARβ mRNA expression and the lack of RA response during breast carcinogenesis 12, 13. Recent studies have found that lack of RARβ is more often because of DNA methylation affecting the RARβ promoter 6, 8, 18. The high frequency of hypermethylation in the RARβ promoter also suggests that epigenetical changes may confer a survival advantage to the disseminated cells at the distant site 19.

Recently, our laboratory, in accordance with other authors, has shown that RARβ methylation in primary breast tumours correlated with lymph node invasion and metastasis 20. The metastatic process requires the acquisition of invasive properties such as motility, invasion and remodelling of the extracellular matrix (ECM). A key regulator of ECM signals is the actin‐binding protein moesin, which belongs to the ezrin/radixin/moesin (ERM) family. Activated moesin triggers the de‐polymerization of actin fibres and the re‐assembly of microfilaments towards the cell membrane edge, leading to the formation of cortical actin complexes and specialized cell membrane structures implicated in the generation of the cellular locomotive force 21. Interestingly, ERM proteins have been recently reported as key regulators of metastasis in aggressive cancers 22, 23. Another ECM controller is the focal adhesion kinase (FAK), a non‐receptor protein tyrosine kinase involved in cell attachment, migration, invasion, crucial steps for cancer development and metastasis 24, 25. Focal adhesion kinase overexpression has been described in human cancers and is related to invasive potential of tumour cells and poor prognosis 24, 26, 27. It has been shown that FAK suppression is associated with decreased mobility and metastastic capacity in breast cancer cells 28. Focal adhesion kinase is activated by c‐Src, a non‐receptor tyrosine kinase that recruited FAK to the c‐Src complex 29. In addition, the activation of c‐Src has been significantly associated with tumour progression and aggressive features 30, 31. Activated FAK–Src complex mediates the phosphorylation of multiple adhesion components involved in the dynamic regulation of cell motility.

讨论

类视黄酮在临床前模型中已经被研究了很长时间,临床数据已经支持了这些化合物在癌症预防和治疗中的潜力37-39。



维甲酸正越来越多地被纳入包括乳腺癌39-41在内的各种肿瘤疾病的化学预防和治疗方案。一般认为,RA通过诱导细胞凋亡、抑制肿瘤生长和/或癌细胞分化三种机制来阻断启动细胞或转化细胞的促进,从而抑制肿瘤的发生。乳腺癌细胞的生长抑制RA与RARβ的感应,有关可能作为一个肿瘤抑制基因,似乎在乳腺癌细胞调节,相反,还是监管在正常乳腺上皮细胞33。



一些研究也报道了RA可能抑制不同类型癌症的侵袭和转移,如乳腺癌和结肠癌细胞。然而,RA阻止晚期癌变的机制尚不清楚。此外,成功的局限性的固体肿瘤预防和治疗类维生素a可能相关的表观遗传沉默RARβ4。



本研究的多层面方法是试图通过使用两个人类乳腺癌细胞系来全面分析RA对迁移能力的影响。我们已经证明了RA以剂量和时间依赖的方式抑制乳腺癌细胞迁移的能力;其他使用不同细胞系的研究也显示了类似的效果44-47。与其他作者一致,我们证明了在没有生长抑制的情况下,RA对乳腺癌细胞的运动抑制作用48。可能的机制与RA反高迁移效果进一步调查,我们的数据显示RA治疗调节RARβ表达量调节moesin, FAK c公/ Src(相关蛋白质迁移)表达MCF7细胞(RARβ表达启动子甲基化在基底条件很低)。



大量研究表明,FAK可能在与癌症进展和转移相关的信号级联中发挥重要作用。FAK表达的增加与细胞活力、侵袭性和增殖的增加相关。Moesin也被认为是侵袭性癌症转移的关键调控因子。因此,我们假设RA减少moesin, FAK和c Src表达在乳腺癌MCF7 RARβ细胞系。事实上,RARβ表达式被治疗RA诱导和RARβ沉默废除RA的能力减少moesin的表达,FAK和c Src在这些细胞。根据之前的报道,风湿性关节炎的抗癌症潜在应承担的主要是由RARβ7,53从而增加迁移量的表达相关蛋白E钙粘素46。

 

在T47D细胞MCF7细胞,我们发现RA显著减少细胞迁移(55%),但这只代表了20 - 30%,减少RARβ沉默的时候。与我们的预期相反,RARβ沉默后,RA moesin降低,c的Src和FAK表达但是细胞表达迁徙表型moesin本地化的边缘附近的移民细胞膜形成特定的细胞结构(皮质肌动蛋白复合物,伪足和膜褶边)。因此,在T47D细胞,RA对细胞迁移的影响可能介导不仅由RARαRARβ还和/或RARγ。另一方面,我们已经记住moesin c的Src和FAK三几个相关蛋白质的能动性和RARβ可能参与的一个或多个调制这些蛋白(蛋白、vinculin paxilin和/或contactin)。



在癌细胞下来还是监管RARβ表达式,风湿性关节炎导致无效的减少细胞迁移,表明肿瘤细胞可能沉默RARβ促进肿瘤的逃脱触发转移过程。这是第一次的沉默RARβ与细胞迁移,这可能导致其抗肿瘤活性。与其他研究小组一致,我们认为RARβ启动子甲基化可能带来的生存优势传播细胞在遥远的地点19。



一些作者已经证明,RA和其他具有生物活性的类视黄酸能抑制多种细胞系的细胞迁移,如人结肠癌细胞46,人乳腺癌MCF7和MDA‐MB‐231细胞54,55。Dutta等人证明RA处理导致MCF7细胞中FAK表达显著下降,他们认为这可能与细胞活力下降54有关。此外,在MDA‐MB‐231细胞中,同样的作者证明了RA进入细胞核并调节各种信号通路,包括整合素、FAK、ERK、PI‐3K、NFkB和down调节前MMP‐9活性及其表达。他们发现,当RA 55存在时,MDA‐MB‐231细胞在纤连蛋白培养基上的迁移受到阻碍。然而,这些作者并没有探究是哪一种RA受体亚型介导了对细胞迁移和运动的影响。



肿瘤细胞黏附和运动特性的改变可能在各种肿瘤类型的恶性表型的发展和进展中起关键作用。入侵是由细胞与细胞外微环境之间的交叉对话机制所控制的、相互依赖的不同步骤所构成的多相过程。



我们通过间接免疫荧光染色证实,RA减少了褶边、伪足等特异结构的出现,通过对应力纤维的重组影响了细胞骨架的重排,抑制了运动细胞中常见的形成应力纤维弧和层状体。维甲酸诱导MCF7和T47D细胞产生静态表型,肌动蛋白纤维沿细胞表面主轴纵向排列。因此,在72小时的RA孵育后,观察到具有迁移表型的细胞数量显著减少。此外,这种抑制作用非常有限在RARβ监管小组。我们的结果表明,类风湿性关节炎可能扮演了一个重要的角色在乳腺癌发展和进展通过RARβ调节细胞迁移和细胞骨架重组。



Chang等人证明,RA在培养的人视网膜色素上皮细胞(RPE)中对多种ECM蛋白的从头合成有不同的调节作用。其机制可能是,至少部分是由于RA对整合素b3表达的抑制作用。综上所述,RA似乎具有改变ECM蛋白表达,重构细胞骨架的能力。因此,我们推测RA可以将乳腺癌细胞表型从侵袭性改变为非侵袭性。Du。等人证明,RA处理后,20个与RPE细胞迁移相关的基因下调,而另外4个基因上调58。他们发现整合素基因的表达受类风湿性关节炎的影响。整合素是与FAK高度相关的蛋白质。RA对钙粘蛋白的上调通过维持细胞和组织的凝聚力来阻止RPE细胞的迁移。因此,表达与运动有关的基因可能在迁移和侵袭中发挥重要作用。

 

RA具有很强的抗转移作用,这表明设计联合类维生素a和其他药物的治疗方案的重要性。目前有几种维生素a正在进行临床试验,以治疗或预防乳腺癌的进展。类视黄醛是乳腺癌细胞在肿瘤进展早期的有效抑制剂,但当肿瘤变得更具侵袭性时,它们的效力就会减弱。因此,为了开发合理的维甲酸类药物治疗乳腺癌,有必要阐明维甲酸类药物激活的分子途径。视黄酸受体β表达通过RARβ类维生素a缺乏症和响应能力不足可能减少晚期乳腺癌患者肿瘤的治疗功效59。也变得越来越明显,RARβ表达式在致癌作用,失去了早期epigenetically沉默6在许多固体肿瘤,为新的治疗策略提供一个机会调查通过使用类维生素a与表观遗传修饰符,促进再保险沉默基因的表达。有限的治疗成功率与类维生素a在预防和治疗迄今观察到固体肿瘤可能与RARβ的频繁的表观遗传沉默。健壮的评价RARβ和下游基因可能在固体肿瘤优化类维生素a的使用。



结论

我们的研究表明,高浓度的RA诱导RARβ表达介导细胞迁移和细胞运动性抑制乳腺癌细胞。结果表明,RA参与了癌细胞转移过程中的某些特性,如能动性和黏附性。需要更多类视黄酸的药代动力学研究来阐明类视黄酸在人类肿瘤细胞中的其他生物学效应,从而设计新的癌症治疗临床试验或预防恶性转化的策略。

Abstract
Breast cancer is the most common malignancy in women and the appearance of distant metastases produces the death in 98% of cases. The retinoic acid receptor β (RARβ) is not expressed in 50% of invasive breast carcinoma compared with normal tissue and it has been associated with lymph node metastasis.

Our hypothesis is that RARβ protein participates in the metastatic process. T47D and MCF7 breast cancer cell lines were used to perform viability assay, immunobloting, migration assays, RNA interference and immunofluorescence.

Administration of retinoic acid (RA) in breast cancer cells induced RARβ gene expression that was greatest after 72 hrs with a concentration 1 μM. High concentrations of RA increased the expression of RARβ causing an inhibition of the 60% in cell migration and significantly decreased the expression of migration‐related proteins [moesin, c‐Src and focal adhesion kinase (FAK)].

 

The treatment with RARα and RARγ agonists did not affect the cell migration. On the contrary, the addition of the selective retinoid RARβ‐agonist (BMS453) significantly reduced cell migration comparable to RA inhibition.

When RARβ gene silencing was performed, the RA failed to significantly inhibit migration and resulted ineffective to reduce moesin, c‐Src and FAK expressions. RARβ is necessary to inhibit migration induced by RA in breast cancer cells modulating the expression of proteins involved in cell migration.

 

Introduction
Breast cancer is the most common malignancy in women, with ~1.38 million new patients and 459,000 deaths/year worldwide (http://globocan.iarc.fr/). Despite improvements in early diagnosis and surgical and adjuvant systemic therapies for breast cancer, the mortality rate has remained high. It is therefore necessary to continue searching for novel approaches to breast cancer prevention, early detection and treatment.

Although at early stages breast cancer could be a well‐curable disease, when metastasis occurs, the prognosis is severe. Metastasis constitutes the final step of the neoplasic progression and it became in the primary cause of death from solid tumours 1. Therefore, the detailed knowledge of the molecular actions linked to the metastasis process is critical for the development of novel therapeutic strategies in oncology.

Retinoids are a family of signalling molecules chemically related to vitamin A (retinol). At present, little is known about the possible effects of retinoids, specifically, the retinoic acid (RA) role in breast cancer progression and metastasis. Retinoic acid, an active metabolite of vitamin A, plays essential roles in development, differentiation, cell growth and cellular homoeostasis 2, 3. All‐trans, 9‐cis, and 13‐cis‐RA are three stereoisomers of the RA 4. They exert their metabolic effects mainly through the nuclear receptors: retinoic acid receptors (RAR) and the retinoic X receptors, both belong to the nuclear receptors superfamily 5.

The RARβ has become a particularly interesting target in cancer research. During cancer progression, RARβ gene deletion or promoter hypermethylation frequently occurs. It has been suggested that RARβ re‐expression can restore RA‐mediated growth control, indicating that the anticancer action of retinoids is mediated by RARβ 6-8. Consequently, RARβ has been proposed as a tumour suppressor. However, the mechanism underlying its antitumour action has not yet revealed.

The RARβ promoter contains a high affinity RA‐responsive element RARE 5, 9, 10, which is associated with the transcriptional activation of RARβ by RA in a variety of cells 5. It has been observed an important reduction in RARβ mRNA expression in different types of human carcinomas including breast carcinoma 11-13.

Loss of RARβ gene expression has been reported in ~50% of invasive breast carcinomas and it has been proposed as an essential player in the conversion of non‐invasive breast cancer into invasive disease 13-16. The RARβ tumour suppressor gene is the only RAR whose levels decrease drastically in many tumour types, but when RARβ get re‐expressed the clinical response might be improved 17.

Genetic and epigenetic alterations may originate a progressive decrease in RARβ mRNA expression and the lack of RA response during breast carcinogenesis 12, 13. Recent studies have found that lack of RARβ is more often because of DNA methylation affecting the RARβ promoter 6, 8, 18. The high frequency of hypermethylation in the RARβ promoter also suggests that epigenetical changes may confer a survival advantage to the disseminated cells at the distant site 19.

Recently, our laboratory, in accordance with other authors, has shown that RARβ methylation in primary breast tumours correlated with lymph node invasion and metastasis 20. The metastatic process requires the acquisition of invasive properties such as motility, invasion and remodelling of the extracellular matrix (ECM). A key regulator of ECM signals is the actin‐binding protein moesin, which belongs to the ezrin/radixin/moesin (ERM) family. Activated moesin triggers the de‐polymerization of actin fibres and the re‐assembly of microfilaments towards the cell membrane edge, leading to the formation of cortical actin complexes and specialized cell membrane structures implicated in the generation of the cellular locomotive force 21. Interestingly, ERM proteins have been recently reported as key regulators of metastasis in aggressive cancers 22, 23. Another ECM controller is the focal adhesion kinase (FAK), a non‐receptor protein tyrosine kinase involved in cell attachment, migration, invasion, crucial steps for cancer development and metastasis 24, 25. Focal adhesion kinase overexpression has been described in human cancers and is related to invasive potential of tumour cells and poor prognosis 24, 26, 27. It has been shown that FAK suppression is associated with decreased mobility and metastastic capacity in breast cancer cells 28. Focal adhesion kinase is activated by c‐Src, a non‐receptor tyrosine kinase that recruited FAK to the c‐Src complex 29. In addition, the activation of c‐Src has been significantly associated with tumour progression and aggressive features 30, 31. Activated FAK–Src complex mediates the phosphorylation of multiple adhesion components involved in the dynamic regulation of cell motility.

The purpose of our study was to investigate the effects of RA on human breast cancer cells migration, underlying molecular mechanisms involved and the possible roles of RARβ. To this aim, we studied the consequences of RA treatment on the expression of moesin, c‐Src and FAK and actin remodelling in breast cancer cells.

 

Retinoic acid reduces migration of human breast cancer cells: role of retinoic acid receptor beta - Flamini - 2014 - Journal of Cellular and Molecular Medicine - Wiley Online Library
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1111/jcmm.12256