《Journal of Photochemistry and Photobiology B: Biology》：Acute UV response of early erythema and late edema in SKH1 mice
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紫外线照射后小鼠皮肤红肿水肿动态研究。采用SSUV和UVB照射SKH1雌雄小鼠，通过ImageJ和OG-HFUS评估红肿（4-10h达峰，SSUV较UVB提前）及水肿（24-48h稳定，剂量依赖且性别中立）。揭示红肿峰值时间与光源及性别相关，而水肿在24-48h为高剂量可靠指标。
Szabolcs Bozsányi | Rhea Carmel Glen Rodrigues | Ruby Acquah | Erin C. Tracy | Sean P. Murphy | Jocelyn Tracy | Li Yan | Mehdi Boostani | Hamid-Reza Rezvani | Wendy J. Huss | Gyorgy Paragh
美国纽约州布法罗市罗斯威尔公园综合癌症中心皮肤科，邮编14263
摘要
在人类皮肤中，紫外线（UV）暴露后24小时测量的红斑是一种无创方法，用于确定急性UV反应。尽管在鼠模型中经常用红斑来衡量急性UV反应，但由于小鼠品系、性别和光源的差异，UV暴露后最具有信息量的时间点并不明确。我们当前的研究通过阐明雌性或雄性SKH1小鼠在急性UV照射后红斑和水肿的发展过程，填补了这一关键空白。使用ImageJ软件对数字照片进行皮肤红斑评估，并利用光学引导的高频超声（OG-HFUS）测量皮肤厚度和视觉水肿程度，观察时间最长达到UV暴露后72小时。在所有剂量的SSUV或UVB照射下，雌性和雄性小鼠都在4至10小时内出现红斑。200、300、400 mJ/cm2的照射剂量在SSUV照射下导致红斑在4-6小时达到峰值，而相同剂量的UVB照射则在6-8小时达到峰值。24小时后，水肿引起的皮肤苍白掩盖了红斑，使得高剂量区域的红斑指数低于未照射区域。水肿程度与剂量相关（在SSUV照射下），使用OG-HFUS和视觉水肿评分方法，水肿在24至48小时之间达到峰值。在SKH1小鼠模型中，UV暴露后4-8小时测量红斑是评估急性UV反应的最佳时间。而在高UV照射剂量下，UV暴露后24-48小时测量水肿是一种性别中立的、可靠的急性UV反应通用指标。
引言
急性紫外线（UV）暴露会引发一系列皮肤生物反应，这些反应的严重程度取决于暴露的强度。只有5%的UV辐射被皮肤反射，而其余95%的UV辐射被表皮吸收、散射或穿透，从而导致皮肤的急性和慢性变化[1]。这些急性和慢性变化包括红斑、水肿、炎症、水泡形成和疼痛[2][3][4]。红斑是由炎症和血管扩张直接引起的皮肤发红反应[5,6]，而水肿则是由于液体积聚造成的[7,8]。UV引起的红斑和水肿的严重程度取决于UV暴露的强度和持续时间，症状从轻微的红肿到更严重的水泡和疼痛不等[8]。准确测量急性UV反应对于评估化学化合物的防晒和致敏效果至关重要，从而有助于开发缓解慢性UV暴露影响的工具[3,5]。
UV反应通常通过测量红斑来无创评估[6]。已经开发了许多红斑评估方法，包括视觉评估（VA）、使用三种基本颜色的比色法、光谱法以及其他不太常用的基于成像的技术[6,9]。VA是最古老和最简单的红斑测量方法[6,10]，它成本低廉且不需要专门的成像技术；然而，它难以标准化且需要评估者的专业知识。比色法是一种以标准化方式描述和量化颜色的技术。几种商用手持式比色系统特别适用于皮肤科应用，因为它们可以提供客观、可重复和量化的皮肤颜色变化数据[11,12]。光谱方法通过测量皮肤反射率中由关键色素（尤其是真皮微血管中的氧合血红蛋白和脱氧血红蛋白）变化引起的波长依赖性变化来测量颜色[6]。其他复杂的方法包括在组织学样本上测量血管口径[10,11]，而Draize评分系统可以同时测量红斑和水肿[13]。在慢性UV研究中，皱纹比率也是衡量UV损伤的合适方法[14]。Logger等人将照片转换为CIELab（国际照明委员会L*a*b*）颜色空间后测量红斑，提供了一种优雅且可重复的红斑测量方法[15]。CIELab颜色空间有三个轴：灰度轴、红绿轴和黄蓝轴。灰度轴用L*表示，分为100个等级；从0（完全黑暗）到100（亮白色）。第二个CIELab轴是红绿轴，用a*表示；正侧为红色，负侧为绿色。第三个轴是黄蓝轴，用b*表示；正侧为黄色，负侧为蓝色[6]。因此，CIELab颜色空间中的红斑可以在红绿轴上轻松测量[15]。
水肿也可以通过多种方法测量，包括使用电子卡尺进行机械测量[16,17]、使用微米尺测量双层皮肤厚度[18]或测量耳部厚度[19]。皮肤厚度可以在用苏木精和伊红（H&E）染色的福尔马林固定石蜡包埋样本上测量[13]，也可以通过视觉检查评分[19]、磁共振成像（MRI）[20]或水置换法[21]来测量。高频超声（HFUS）是皮肤科领域的一种新兴方法。HFUS可以直接测量表皮和真皮的厚度以及声学特征，从而精确无创地评估由于衰老和UV照射引起的皮肤层变化[18,19]以及皮肤肿瘤的厚度[22]。
SKH1小鼠由于其免疫能力、杂合状态、无毛发以及易受UV损伤的特点，是皮肤相关研究中最常用的临床前模型[23]。虽然SKH1小鼠的皮肤颜色比人类皮肤更均匀[24]，但对于其急性UV暴露后的红斑时间进程尚无共识。Lu等人在SKH1小鼠中观察到UVB照射后3至24小时内出现急性UV诱导的红斑[24]。相比之下，许多作者报告SKH1小鼠在照射后24小时出现红斑[20,25,26]。还有研究报道UVB照射后48或72小时仍存在红斑[13,27]。红斑出现时间的不一致性部分是由于作者对红斑的定义不同，因为这些研究没有区分急性可消退的红斑和由UV反应亚急性阶段的出血性结痂引起的不可消退的红斑[28,29]。然而，即使考虑到上述修正因素，已发表的结果仍然存在显著差异。SKH1模型中红斑作为皮肤损伤指标的报告不一致性使得评估潜在疗法的保护效果变得复杂。在SKH1小鼠皮肤暴露于高UV剂量后，水肿反应的报告则更为一致。多项研究表明，SKH1小鼠的水肿峰值出现在照射后24-48小时内[17,30]。
为了阐明SKH1小鼠急性UV诱导的可见变化的时间线，我们对雄性和雌性SKH1小鼠在暴露于太阳模拟器UV（SSUV）和UVB照射后的急性红斑和水肿反应进行了全面研究。我们的目标是提供一个可靠的时间线和易于使用的工具，以评估SKH1小鼠模型中的红斑和水肿。
所有动物实验均遵循罗斯威尔公园综合癌症中心的机构动物护理和使用委员会（IACUC）的指南和批准进行。SKH1小鼠（品系名称：SKH1-hrhr）[23]从Charles River Laboratories（马萨诸塞州威尔明顿）购买，并繁殖出用于这些研究的杂合后代。SKH1小鼠被饲养在具有12小时光照/黑暗周期的受控环境中，提供标准啮齿动物饲料和水。
UV照射后4-10小时可见并可测量红斑，6小时时达到峰值
SKH1小鼠在4至10小时内可检测到急性UV诱导的红斑（图1），而在24小时时几乎没有或完全没有红斑。急性UV诱导的红斑在4至10小时达到峰值，这与照射剂量相关，并且雄性和雌性小鼠以及不同UV源之间存在差异。SSUV诱导的红斑比UVB更明显，总体而言，UVB诱导的红斑峰值出现时间比SSUV晚；UVB诱导的红斑在6-10小时达到峰值。
准确评估急性UV引起的皮肤损伤对于研究防晒剂的效果至关重要。鉴于先前文献中关于红斑出现时间的报道存在差异，本研究旨在确定红斑出现和峰值的时间，以及水肿如何干扰分析。我们使用不同剂量的SSUV和UVB照射对雄性和雌性SKH1小鼠的红斑进行了测量，采用的方法修改自Logger等人的方法[15]。我们发现...
我们的研究提供了关于SKH1小鼠急性UV暴露后红斑和水肿时间动态的新见解。观察到的早期红斑峰值以及随后由水肿掩盖的现象与人类不同，并挑战了文献中报告的传统时间线。我们展示了OG-HFUS和四点视觉评估量表在评估小鼠皮肤水肿方面的实用性。未来评估防晒和治疗剂效果的研究应关注...
Szabolcs Bozsányi：撰写——审阅与编辑、撰写——初稿、可视化、验证、软件、项目管理、方法学、调查、数据分析、概念化。
Rhea Carmel Glen Rodrigues：撰写——审阅与编辑、验证、软件、调查、数据分析、概念化。
Ruby Acquah：撰写——审阅与编辑、验证、调查、数据分析、概念化。
Erin C. Tracy：撰写——审阅与编辑、可视化
本工作得到了
Roswell Park Alliance Foundation的支持。
综合癌症中心和
国家癌症研究所（NCI）的资助（P30CA016056和R01CA255242）。
作者声明他们没有已知的可能会影响本文工作的竞争性财务利益或个人关系。
我们感谢Gergely Csány和Miklós Gy?ngy及其在Dermus Ldt?团队的技术支持和软件支持。我们衷心感谢Pamela A. Hershberger博士在手稿编辑方面的帮助。同时，我们也感谢Lawrence Tworek在工程支持方面的帮助，包括UV光谱测量和太阳模拟器的设置与维护。
