花旗松素通过过滤紫外、清除自由基与转录-蛋白组重构的多靶点光防护机制抵抗UVB诱导的角质形成细胞损伤

《Biomolecules》：Multi-Target Photoprotection by Taxifolin Against UVB-Induced Keratinocyte Injury Through UVB Filtration, ROS Scavenging and Transcriptomic-Proteomic Reprogramming Fangfang Chen, Yihan Cai, Jinxiong Wu, Nengzhen Fang, Fei Li, Hongtan Wu and Yu-Pei Chen

本文深入探讨了天然黄酮类化合物花旗松素（Taxifolin）在抵御紫外线B（UVB）诱导的人永生化角质形成细胞（HaCaT）损伤中的多靶点光防护作用。研究通过结合化学防晒（UVB光谱过滤）、强效抗氧化（ROS清除）及多组学（转录组与蛋白质组）分析，系统揭示了花旗松素如何通过抑制JNK/p38 MAPK磷酸化、缓解G1/S期阻滞、上调MYC/FOXQ1/HMOX1及AP-1组分（c-Jun/c-Fos）等关键分子事件，重塑促生存转录程序，从而有效抑制细胞凋亡、提升细胞存活率。该研究为开发基于花旗松素的天然多靶点光防护策略提供了坚实的机理依据和候选分子靶点。

　　

花旗松素的体外抗氧化与UVB过滤能力

花旗松素展现出与抗坏血酸（维生素C）相当的强效抗氧化活性。在DPPH和ABTS自由基清除实验中，其清除能力呈浓度依赖性，在50 μg mL^-1时对DPPH的清除率超过90%。FRAP实验进一步证实了其强大的电子供给能力。此外，高效液相色谱（HPLC）分析显示，花旗松素在289 nm处有一个强烈的吸收峰，该波长与UVB光谱（280-320 nm）的核心区域高度重叠，这表明它除了作为抗氧化剂，还能作为一种化学防晒剂，直接滤除部分UVB光子，从源头减少光损伤。

花旗松素在HaCaT细胞中对UVB诱导氧化应激的干预

研究首先确认了在所用浓度和时间下，花旗松素对HaCaT细胞无毒性。UVB照射（312 nm, 225 mJ cm^-2）可导致细胞内活性氧（ROS）水平激增约2倍。而提前1小时用花旗松素预处理细胞，能剂量依赖性地淬灭这种ROS爆发，在100 μg mL^-1浓度下，ROS水平可恢复至与未照射组无统计学差异的基础水平，证明了其卓越的细胞内ROS清除效能。

对JNK/p38 MAPK信号通路的抑制作用

UVB辐射会迅速激活应激相关的MAPK通路，特别是JNK和p38的磷酸化，从而放大ROS产生并推动细胞走向凋亡。蛋白质印迹（Western blot）分析显示，UVB照射1小时后，磷酸化p38（p-p38）和磷酸化JNK（p-JNK）水平显著升高。花旗松素预处理能以浓度依赖的方式抑制这种磷酸化激活，在100 μg mL^-1时，p-p38和p-JNK信号分别降至对照组的55.3%和66.9%。这表明花旗松素有效阻断了ROS-MAPK的恶性循环。

对细胞存活与凋亡的长期保护效果

将观察时间延长至照射后12小时，评估花旗松素对延迟性UVB损伤的对抗能力。MTT实验表明，UVB照射使细胞存活率降至35.2%，而提前用花旗松素（50 μg mL^-1）预处理，可将存活率显著提升至84.2%，效果与阳性对照没食子酸相当。Hoechst 33258染色显示，UVB照射导致细胞核出现浓集、碎片化等典型凋亡形态，而花旗松素处理能剂量依赖性地减少这些凋亡核的数量。Calcein-AM/PI双染实验进一步证实，花旗松素能剂量依赖性地维持细胞膜完整性，减少死细胞（PI阳性）数量。流式细胞术（Annexin V-FITC/PI）定量分析表明，UVB照射使总凋亡率上升至28.30%，而100 μg mL^-1花旗松素预处理可将其降低至22.74%，同时提高活细胞比例，综合证实了其抗凋亡、促生存的作用。

多组学揭示的分子干预网络

通过整合转录组学和蛋白质组学分析，研究在系统层面阐明了花旗松素的作用机制。UVB照射本身引起了广泛的基因和蛋白表达扰动。而花旗松素干预则显著逆转了UVB驱动的表达失衡，在转录和蛋白层面分别鉴定出605个差异表达基因和379个差异表达蛋白。

功能富集分析（GO和KEGG）揭示，花旗松素调控的核心通路和生物学过程包括：

1. 1.
   细胞周期（特别是G1/S期转换）：花旗松素缓解了UVB诱导的G1/S期阻滞，伴随者细胞周期蛋白Cyclin E1（CCNE1）、Cyclin E2（CCNE2）和Cyclin D1表达的恢复。这些蛋白与CDK（细胞周期蛋白依赖性激酶）结合，通过磷酸化视网膜母细胞瘤蛋白（Rb）释放E2F转录因子，从而驱动细胞进入S期。这种恢复有助于细胞在DNA损伤修复后有序进行细胞周期进程，而非停滞在检查点引发凋亡。
2. 2.
   关键转录因子的上调：花旗松素同时上调了多个关键转录因子，构成了一个促生存的转录程序：
   • •
     MYC（c-Myc）：作为细胞周期的主调控开关，其上调有助于协调增殖相关基因的表达。
   • •
     FOXQ1（Forkhead box Q1）：在UVB应激背景下，其诱导可能优先激活抗凋亡程序。
   • •
     HMOX1（Heme oxygenase-1）：血红素加氧酶-1的上调提供了强大的抗氧化、抗炎和抗凋亡保护。
   • •
     AP-1组分：转录组和蛋白质组数据均显示，花旗松素能协调诱导c-Jun和c-Fos的表达。c-Jun和c-Fos是激活蛋白-1（AP-1）转录复合物的核心。在UVB应激的角质形成细胞中，AP-1活性的增强与促生存信号相关联，能驱动抗凋亡和细胞周期进展相关基因的表达，进一步强化细胞的存活能力。
3. 3.
   信号通路调控：富集分析还涉及MAPK信号通路、TGF-β信号通路以及多种癌症相关通路，表明花旗松素能广泛影响与应激反应、增殖和生存决策相关的信号网络。

转录组与蛋白质组的关联分析显示，虽然整体相关性一般，但在功能层面（共富集的GO术语和KEGG通路）表现出强烈的正向一致性。进一步筛选在转录和蛋白水平均显著差异表达（log₂FC ≥ 1）的分子，发现了14个一致上调的基因/蛋白（包括MYC、FOS等），仅有1个一致下调，这凸显了花旗松素干预在分子层面高度协调地转向促生存、抗凋亡的应答模式。

结论与意义

综上所述，花旗松素通过整合三种协同机制，构建了一个多靶点的光防护网络，有效保护HaCaT角质形成细胞免受UVB损伤：

1. 1.
   物理化学屏障：凭借其在289 nm的强吸收特性，充当化学防晒剂，直接滤除UVB。
2. 2.
   氧化应激中和：发挥强大的抗氧化能力，直接清除UVB诱导产生的ROS，打破氧化应激的启动环节。
3. 3.
   细胞内信号与转录重编程：通过抑制JNK/p38 MAPK通路阻断ROS-MAPK恶性循环；通过多组学重塑，缓解细胞周期阻滞，并上调MYC、FOXQ1、HMOX1及AP-1（c-Jun/c-Fos）等关键因子，激活一个综合性的促生存、抗凋亡转录程序，从而显著提升细胞在UVB应激下的存活率。
   这项研究不仅为花旗松素作为一种天然多靶点光保护剂的开发提供了深入的机制见解，也为其在紫外线相关皮肤损伤防护和疾病干预中的应用奠定了坚实的理论基础，并指出了未来可进一步验证的关键分子节点。