编辑推荐：
本篇研究论文深入探讨了从黄条鰤鱼卵中提取的天然代谢物——鳕鱼醇（gadusol）在黑色素细胞（melanocytes）中的光保护作用。研究证实，鳕鱼醇可有效吸收UVB（290–320 nm）辐射，并展现出抗氧化功能，能显著减轻UVB（15-30 mJ/cm2）暴露导致的细胞活性下降、凋亡增加、活性氧（ROS）生成及异常增殖。此研究为寻找更安全、有效且环境可持续的新型皮肤光防护剂，特别是针对黑色素瘤（melanoma）的预防，提供了关键的实验证据，具有重要的转化医学和环境科学价值。
引言
紫外线（UV）辐射根据波长分为三个主要波段：UVC（200–290 nm）、UVB（290–320 nm）和UVA（320–400 nm）。其中，UVC被大气臭氧层完全吸收，而UVA和UVB可到达地球表面，并与重要的生物效应相关。过度暴露于长波紫外线是皮肤癌的主要风险因素，因为它们能引起直接的（UVB）和间接的（UVA）DNA损伤。黑色素瘤是最具侵袭性的皮肤癌形式，源于负责合成黑色素（melanin）的黑色素细胞的恶性转化。在2022年，全球约有331,722例新发黑色素瘤病例和58,667例死亡，使其成为全球第17位最常见的癌症。UVB辐射由于能与DNA直接相互作用，其细胞毒性效应比UVA更强，已被证明可增加金属蛋白酶的表达、引起皮肤炎症、改变皮肤微生物群、增加活性氧（ROS）的生成，并直接与DNA作用形成诱变性的光产物，这些后果与癌症的恶性表型特征密切相关。
尽管黑色素瘤的治疗有所进展，但医疗支出的增加并不一定能转化为治疗效果的改善，这凸显了预防作为有效策略的重要性。在此背景下，使用局部防晒霜是减少紫外线对皮肤有害影响的有效方法。防晒霜可作为物理或化学屏障，阻挡、反射或吸收紫外线。然而，对现有化学防晒成分对人类健康和水生环境影响的日益担忧，正推动着人们寻找更安全、更可持续的替代品。
因此，寻找天然来源、尤其对环境安全的新型光保护剂成为一个新兴议题。研究表明，许多生物（如蓝细菌、藻类和真菌）合成了一大类天然紫外线过滤剂——类菌胞素氨基酸（Mycosporine-like amino acids, MAAs）。从进化角度看，MAAs的可能前体是鳕鱼醇，这是一种最初在鱼卵中发现的天然光保护化合物，同样具有吸收紫外线辐射的能力。鳕鱼醇具有简单的化学结构，可能作为MAAs衍生的基础，保留了光保护功能。鳕鱼醇的光保护活性归因于其最大吸收峰，其峰值出现在268–296 nm范围内，具体取决于pH值。在酸性pH下，它以质子化形式存在；在中性或碱性pH下，其羟基去质子化，形成鳕鱼醇盐（gadusolate），后者保留了主要吸收UVB辐射的能力。然而，很少有研究探索鳕鱼醇在生物模型中的光保护潜力，尽管它被认为是一种有前景的、比现有商业化学过滤器更具可持续性的抗氧化剂和紫外线过滤剂。
材料与方法
本研究使用的鳕鱼醇提取物来自阿根廷国家渔业研究与发展研究所。提取自2023年1月至2月收集的黄条鰤鱼（Seriola lalandi）鱼卵，遵循并改良了Plack等人描述的方案。通过紫外-可见光谱法对鳕鱼醇进行定量，在pH 8.26时于296 nm处识别吸收峰，在pH 2.53时可逆地移至268 nm。
研究使用的细胞系是非致瘤性小鼠黑色素细胞系（melan-a），购自圣保罗癌症研究所。细胞在含有5% CO2的37°C环境中培养。为进行实验，细胞铺板于96孔板，用不同浓度（5, 10, 50, 100 μM）的鳕鱼醇处理，并在处理后0、24、48、72小时进行细胞活力分析。对于紫外线照射，使用UVB灯（光谱范围280–320 nm，峰值发射312 nm）对细胞进行照射，剂量包括7.5、15、30 mJ/cm2。为评估鳕鱼醇的即时光保护能力，设置了鳕鱼醇（50 μM）与UVB（15和30 mJ/cm2）共暴露组，鳕鱼醇仅在照射期间与细胞接触。
结果
鳕鱼醇的鉴定与无细胞毒性
通过紫外-可见光谱对提取物中的鳕鱼醇进行了鉴定和定量。在pH 2.53时，鳕鱼醇的吸收峰在268 nm；在pH >7时，其去质子化形式鳕鱼醇盐的吸收峰在296 nm。计算得到测试浓度为0.235 mM。浓度高达100 μM的鳕鱼醇处理，并未导致黑色素细胞活力或活细胞数量的显著降低，表明鳕鱼醇对该细胞系无明显的细胞毒性。7（λmax = 296 nm）的吸收光谱。实线对应鳕鱼醇盐，虚线对应鳕鱼醇。垂直虚线指示最大吸收。">
UVB辐射诱导细胞毒性
暴露于递增剂量的UVB辐射可显著降低活细胞数量。在15和30 mJ/cm2的剂量下，细胞活力在照射后24小时显著降低。其中，30 mJ/cm2的剂量在长达72小时内都能引起细胞毒性。因此，选择15和30 mJ/cm2的剂量来评估鳕鱼醇的光保护能力，其中30 mJ/cm2的剂量细胞毒性效应更显著。
鳕鱼醇与UVB共暴露可减轻细胞毒性效应
当细胞在UVB照射期间同时暴露于50 μM鳕鱼醇时，鳕鱼醇保护细胞免受15 mJ/cm2UVB剂量诱导的细胞活力降低和活细胞数量减少。在暴露于30 mJ/cm2UVB的细胞中，鳕鱼醇从照射后24小时起减轻了辐射损伤，与仅暴露于UVB的细胞相比，共暴露组的活细胞数量和细胞活力更高。在72小时，共暴露组的活细胞数量和细胞活力与对照组统计学上无差异。这表明鳕鱼醇的光保护作用虽然在48小时前不完全，但足以让细胞在72小时恢复。
鳕鱼醇可光保护UVB辐射诱导的细胞死亡
在30 mJ/cm2UVB剂量照射后12和24小时，仅暴露于UVB的细胞其凋亡细胞死亡显著增加。但与鳕鱼醇共暴露显著减少了细胞凋亡，保护细胞免受UVB诱导的细胞死亡。照射后48小时，UVB辐射未引起任何类型的细胞死亡显著增加。UVB诱导的主要细胞死亡类型是凋亡。
鳕鱼醇减弱细胞内活性氧水平
用鳕鱼醇处理的细胞与对照组无显著差异，而仅用UVB照射的细胞在照射后24和48小时，其ROS生成显著高于对照组。在48小时，鳕鱼醇虽未将ROS生成降低至对照组水平，但其活性足以使ROS水平显著低于仅暴露于UVB的组。
鳕鱼醇抑制UVB诱导的黑色素细胞增殖
在24、48和72小时后进行的细胞增殖状态分析（有丝分裂指数）表明，鳕鱼醇不影响细胞增殖。暴露于UVB辐射的细胞在48和72小时时细胞增殖增加，而用鳕鱼醇处理并暴露于UVB的细胞则保持了与对照组相似的增殖率。
讨论
皮肤癌（包括黑色素瘤）发病率的上升，以及防晒霜（一种有效的皮肤癌预防剂）使用带来的环境影响，是科学界面临的新兴问题。鳕鱼醇作为一种天然化合物，存在于鱼类等海洋生物的卵中，是抵御紫外线负面效应的潜在光保护剂。本研究探讨了鳕鱼醇在黑色素细胞（黑色素瘤发生的主要靶细胞）中的光保护能力。小鼠因其与人类物种的遗传和生理相似性而被广泛用作实验模型，非致瘤性小鼠黑色素细胞系（melan-a）是一个具有几乎所有非转化黑色素细胞特征的成熟模型，因此本研究结果可为人类皮肤致癌相关的细胞反应提供相关且合理的类比解释。
鳕鱼醇在pH依赖下，分别在268 nm（UVC范围）和296 nm（UVB范围）有吸收峰，证实了其吸收UVC和UVB波段紫外线的能力。考虑到UVC无法到达地表，而UVB能直接损伤DNA并具有更强的临床致癌相关性，本研究选择UVB作为细胞损伤诱导剂。
当前商业防晒霜中的一些成分（如二苯酮-3）可能被皮肤吸收并对人体健康构成潜在风险。相比之下，天然光保护化合物，如类菌胞素氨基酸（MAAs），因其在UVA和UVB光谱内的吸收能力、光稳定性、水溶性、较低的环境影响潜力以及抗氧化和抗炎等多种有益生物特性而备受关注。鳕鱼醇与MAAs共享许多光物理特性，并被推测为MAAs的可能前体。与二苯酮-3等合成紫外线过滤剂相比，鳕鱼醇表现出高光稳定性，吸收紫外线后能无显著产生活性物种地消散能量，且具有水溶性，环境持久性可能更低。
本研究发现，鳕鱼醇在高达100 μM的浓度下对黑色素细胞无细胞毒性，并能保护细胞免受UVB辐射的细胞毒性效应。鳕鱼醇与UVB共暴露可减轻15和30 mJ/cm2剂量UVB引起的细胞活力下降和活细胞数量减少。细胞死亡分析显示，鳕鱼醇可保护细胞免受UVB诱导的凋亡。在斑马鱼胚胎中的研究也观察到类似现象，有母源鳕鱼醇的胚胎暴露于UVB后，环丁烷嘧啶二聚体形成减少，活化的caspase-3水平降低。
在作用机制上，鳕鱼醇在照射后24和48小时显著降低了UVB诱导的ROS生成。尽管ROS水平未完全恢复至基线，但这与细胞凋亡的减少相一致。鳕鱼醇的光保护机制与其化学结构有关，其富含碳的芳香环和羟基可吸收UVB光子，通过非辐射衰变快速释放热量，从而防止自由基等活性物种的形成。鉴于鳕鱼醇在生理pH下主要以阴离子形式存在，且本研究中的暴露时间很短，推测其在本次实验背景下主要作为细胞外紫外线过滤器而非细胞内抗氧化剂发挥作用。
此外，暴露于UVB的细胞在48和72小时表现出增殖增加，这可能是对早期细胞死亡的代偿性反应，但可能增加基因组不稳定的风险。鳕鱼醇能够将细胞增殖率正常化，对抗UVB诱导的应激。
需要指出的是，本研究采用了单次急性UVB暴露，而急性和慢性暴露会引发不同的生物反应。急性暴露常与炎症通路激活、细胞凋亡和组织修复性增殖相关，而慢性暴露则可能导致这些事件的失调和突变累积。因此，本研究具有探索性质，旨在回答鳕鱼醇在黑色素细胞暴露于UVB时是否具有光保护效应这一初始问题。未来研究需要在更复杂的慢性暴露背景下进一步阐明鳕鱼醇的保护程度。
结论
综上所述，鳕鱼醇作为一种有前景的光保护剂脱颖而出。本研究数据显示，在测试浓度下鳕鱼醇无细胞毒性，并能减轻UVB辐射在细胞死亡、氧化应激和增殖方面的有害影响。这些发现强化了鳕鱼醇在预防皮肤黑色素瘤等方面的生物潜力。未来研究应进一步探讨鳕鱼醇在其他生物学框架（如免疫炎症机制、基因组修复通路、肿瘤微环境）中的作用，扩展其在其他皮肤细胞系中的效应研究，并开展主要在生物中的系统毒理学研究，以探索鳕鱼醇在开发对人类健康安全且与水生生态系统生物相容的新型防晒霜配方中的应用前景。
