水通道蛋白3与人皮肤成纤维细胞光老化的机制研究

【摘要】摘要：水通道蛋白3(Aquaporin3,AQP3)是一种能快速跨膜转运水、甘油和尿素等小分子物质的膜整合蛋白,在皮肤的屏障功能、水的保存中起重要作用。AQP3不但参与细胞的增殖、分化与迁移,与皮肤细胞的衰老相关,而且还能够通过调节H202的透膜吸收,进而影响细胞内的信号传递网络。自噬是细胞内主要的异化途径,维持细胞稳态,参与衰老以及与衰老相关的各种生理病理过程。但随着年龄的增长,细胞内自噬功能逐渐减弱,导致细胞适应外界环境和自身防御反应的能力降低,细胞稳态发生变化。细胞光老化过程中,UVA辐射细胞产生的ROS可诱导自噬及细胞衰老,而衰老的细胞中,自噬功能减弱,ROS对细胞造成的损伤得不到清除而不断积累,进一步加重细胞衰老。而H2O2作为ROS的重要组成成分,可被AQP3跨膜转运,由此,我们推测：AQP3与自噬在NHSFs光老化过程中可能存在某些联系。本研究的第一部分中,我们首先采用组织块真表皮分离法原代培养正常人皮肤成纤维细胞(NHSFs),利用320-400nm波长范围的UVA辐射NHSFs,构建光老化细胞模型。再行慢病毒转染AQP3shRNA和AQP3cDNA质粒,成功构建不同AQP3表达量的NHSFs稳定细胞株。最后行β-半乳糖苷酶染色、Western-blot(WB)和RT-PCR等技术检测衰老相关指标及光老化过程中AQP3水平的变化；行透射电镜、免疫荧光染色(IF)以及Western-blot等技术检测自噬水平。研究发现：(1)小剂量UVA单次辐射NHSFs,不能诱导细胞衰老,但AQP3表达增高；小剂量UVA重复5天辐射NHSFs,可诱导细胞衰老,此时AQP3表达下降；(2)降低表达AQP3的NHSFs出现衰老表型,接受小剂量的UVA单次辐射可加重衰老；而过表达AQP3可使NHSFs在接受小剂量UVA重复5天的剂量辐射时的衰老减轻；(3)小剂量UVA单次辐射NHSFs,细胞自噬水平增高；小剂量UVA重复5天辐射NHSFs,白噬水平下降；(4)降低表达AQP3的NHSFs,自噬水平降低,小剂量的UVA单次辐射可使自噬水平进一步降低；而过表达AQP3,使NHSFs的自噬水平增加,在接受小剂量UVA重复5天的剂量辐射时的亦可减轻自噬水平的降低。该部分研究初步明确了,AQP3通过影响细胞自噬,在人皮肤成纤维细胞光老化过程中的发挥保护性作用。为进一步明确AQP3通过影响自噬参与细胞光老化过程的具体机制,在第二部分的研究中,我们利用前期构建的光老化细胞模型和稳定转染的细胞株,使用H2O2抑制剂,以及三条MAPKs途径中各磷酸化蛋白分子的抑制剂,检测了细胞内H2O2水平,以及ERK1/2／、JNK/SAPK、p38MAPK及mTOR磷酸化水平/总蛋白水平以及LC3Ⅱ/Ⅰ和P16INK4a的蛋白表达水平。研究发现：(1)低表达AQP3的NHSFs,胞内H2O2水平增加,低剂量UVA单次辐射即可使胞内H2O2水平进一步升高,H2O2抑制剂可显著降低其水平；(2)高表达AQP3可显著减少NHSFs在接受低剂量UVA重复5天辐射时升高的胞内H2O2水平,H2O2抑制剂亦可降低其胞内H202水平；(3)抑制剂降低胞内H2O2水平后,可使MAPKs的JNK/SAPK、P38MAPK、ERK磷酸化水平下降；(4)分别抑制三种MAPKs磷酸化后,只有JNK/SAPK、p38MAPK抑制剂诱导了LC3Ⅱ/Ⅰ水平增高,P16INK4a表达下降。说明,三条MAPKs途径中只有JNK/SAPK、p38MAPK途径参与了AQP3调节自噬和影响光老化的过程；而AQP3介导的H2O2的跨膜转运,是活化MAPKs途径的重要因素。综上所述,我们得出如下结论：UVA辐射NHSFs诱导的胞内H2O2聚集可激活MAPKs途径进而影响自噬和衰老,AQP3可通过调控H2O2的跨膜转运,减轻MAPKs的活化,实现对自噬水平的调节,从而抵御NHSFs衰老。即：AQP3可通过影响ROS-MAPKs-mTOR途径调节自噬,从而在人皮肤成纤维细胞光老化过程中发挥保护性作用。本研究首次将AQP3引进皮肤衰老机制的研究领域,也是首次发现AQP3可通过影响自噬水平延缓细胞光老化衰老进程。
【作者】刘芳芬；
【导师】谢红付；李吉；
【作者基本信息】中南大学，临床医学，2013，博士
【关键词】水通道蛋白3；自噬；皮肤光老化；人皮肤成纤维细胞；UVA；MAPKs信号途径；

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