综述：紫外线辐射在皮肤光致癌中的促炎作用

《Photochemistry and Photobiology》：Pro-inflammatory roles of ultraviolet radiation in cutaneous photocarcinogenesis

　　

过去认为，紫外线辐射（UV）致癌是由癌基因和肿瘤抑癌基因等癌症相关突变的积累引起的。在皮肤癌中发现的这些遗传变化被认为是UV诱导的，其依据是“UV特征突变”占主导地位。然而，近期的研究揭示，UV致癌包含一个更复杂的过程，炎症的重要性被强调。显然，DNA损伤会引起炎症。研究人员利用Ogg1基因敲除小鼠（Ogg1-KO）证明，该小鼠无法修复一种代表性的氧化性DNA损伤——8-氧化鸟嘌呤（8-OxoG），在未增加p53突变的情况下，其UV诱导皮肤癌的频率显著增高。对该系统的基因表达分析表明，8-oxoG会上调炎症通路基因。此外，着色性干皮病（XP，一种DNA修复障碍，患者表现为严重晒伤和高频皮肤癌）的小鼠模型被证明可表达极高水平的炎性趋化因子CXCL1。抑制CXCL1可降低UV诱导皮肤癌的发生，而无需修复二聚体光产物。另外，一些抗炎药物可抑制UV诱导皮肤癌的发生。包括伏立康唑和氢氯噻嗪在内的光敏性药物对UV致癌的增强作用，已从流行病学和实验两方面得到证实。

1. 皮肤癌与日光

尽管日光通过提供光、热、促进植物生长和激活维生素D而对人有益，但它也会引起炎症、免疫抑制和癌症发生。这些生物事件密切相关且相互作用。从流行病学和实验角度看，有足够证据表明太阳紫外线（UV）会导致皮肤癌。光致癌是一个多阶段过程，包括起始（诱变剂引起的初始不可逆遗传变化）、促进（选择性克隆生长和扩增的可逆步骤）和进展（赋予侵袭和转移行为）。紫外线在光致癌的起始和促进阶段都起着重要作用。因此，仅用UV照射小鼠即可诱发皮肤癌。此外，最近积累的科学发现表明，UV致癌包含更复杂的方面。UV通过以有利于肿瘤发展的方式调节免疫应答，来规避针对皮肤癌的免疫监视。UV诱导的鼠皮肤癌具有高抗原性，移植到同基因正常小鼠体内会被排斥。一系列实验表明，UV在系统性免疫抑制中起关键作用，这极大促进了UV致癌及其侵袭性。本综述将重点讨论光-DNA损伤在诱发突变和炎症反应方面的作用。

2. DNA光损伤引起的诱变及其在UV致癌中的作用

紫外线光子能量会产生各种DNA损伤，包括环丁烷嘧啶二聚体（CPD）和（6-4）光产物，两者合称为二聚体光产物，它们占UV诱导DNA损伤的最大比例。它们通常由核苷酸切除修复（NER）途径识别、移除和修复。如果这些光损伤未被清除，细胞功能会受损。此外，如果这些DNA损伤在复制周期中持续存在，跨损伤DNA合成（TLS）系统会发挥作用，通过促进以损伤DNA为模板的DNA合成来克服模板链上的损伤引起的复制阻碍。然而，如果DNA光损伤过多，无法修复并带入复制周期，则可能诱发体细胞突变。这些DNA光损伤通过特定基因突变导致细胞生长信号转导通路上调或细胞周期失调，从而促进皮肤癌形成。二聚体光产物的形成可导致所谓的“UV特征突变”：在二聚体位点发生嘧啶（胞嘧啶或胸腺嘧啶）到嘧啶的突变，例如CC到TT或C到T，其检测提示既往UV暴露史。另一方面，UV光子能量也会引起氧化应激，包括活性氧（ROS）和活性氮（RNS）。氧化应激也会直接或间接引起DNA损伤。氧化性DNA损伤（包括8-氧鸟嘌呤）可诱发不同于“UV特征突变”的突变类型，例如嘧啶到嘌呤（腺嘌呤或鸟嘌呤）或反之。ROS也密切参与促进阶段。低水平的氧化剂可修饰细胞信号蛋白，这些修饰具有功能后果。

根据体细胞突变目录（COSMIC）数据库，在人类恶性肿瘤中发现的突变模式“特征7”表现出大量的CC>TT突变，即“UV特征突变”，表明与UV暴露相关，且头颈部癌症很大一部分属于此组。实际上，在白种人中，非黑色素瘤皮肤癌（NMSC）的TP53突变频率（约50%–90%）远高于内脏恶性肿瘤，且这些NMSC中的TP53突变以“UV特征突变”为主。在亚洲人中，暴露部位NMSC的UV特征突变频率也显著高于非暴露部位，表明UV同样密切参与亚洲人NMSC的发展。

引起日光诱发皮肤癌的谱段在UV-B范围，因为在太阳UV中，UV-B范围最高效地产生二聚体光产物。分析裸DNA中DNA光损伤生成的作用光谱的实验数据表明，DNA光损伤在约260 nm处生成效率最高，这与DNA的最高吸收波长一致。动物实验中UV致癌的作用光谱最大值在UV-B范围内，峰值在293 nm，体内光致癌的作用光谱与光损伤的作用光谱一致，并乘以UV在表皮的透射率。

着色性干皮病（XP）是一种罕见的遗传性疾病，其NER或TLS受损。由于修复UV诱导DNA损伤的能力缺陷，XP患者在20岁前患NMSC的风险增加超过10,000倍，患黑色素瘤的风险增加超过2000倍。这些事实清楚地表明，如果日晒引起的DNA损伤导致的突变因未被修复而积累，会导致癌症高发。另一方面，DNA光损伤会引起G1期/G2期阻滞，使细胞得以通过NER修复。然而，当DNA光损伤过多无法修复时，DNA损伤信号响应会导致p53激活和MDM2失活，从而引起细胞凋亡，作为一种防御系统，防止带有DNA损伤的细胞变为癌前突变细胞。

DNA光损伤还参与除诱导遗传突变和细胞凋亡外的各种生物现象。使用嘧啶二聚体特异性修复酶T4N5，已证明CPD是UV诱导免疫抑制的触发因素。此外，通过使用胸腺嘧啶二核苷酸（pTpT），已证明DNA损伤可增强黑色素生成。DNA光损伤在炎症反应中的作用也已得到证实。本综述将讨论炎症在UV致癌中的作用以及DNA光损伤在炎症反应中的作用。

3. DNA光损伤与炎症在UV致癌中的作用

最近，炎症在皮肤癌发病机制中的作用引起了相当大的关注。

先前，研究人员在UV诱导的小鼠皮肤肿瘤中发现Ras基因中G:C到T:A的突变频率更高。小鼠通过四种方案接受UV照射以产生皮肤肿瘤：是否接受初始高强度大剂量UV照射。在该实验中，使用10倍最小红斑量（MED）作为“高强度大剂量”，其中MED定义为引起非常微弱但可辨别的红斑的剂量。因此，10 MED会引起严重晒伤，而随后的慢性照射程序使用约2 MED（3 kJ/m²）的UV-B照射，2 MED UV-B会引起轻度至中度红斑。随后，使用从这些UV诱导的皮肤肿瘤建立的肿瘤细胞系进行转化实验，以鉴定这些具有高转化能力的皮肤肿瘤细胞中UV特异性的遗传变化。研究发现，接受初始高强度大剂量UV照射的小鼠皮肤肿瘤发生更早、发生率更高，且其灶形成能力更强。在几个表现出显著高转化能力的肿瘤细胞系中，鉴定出激活的Ras癌基因。尽管最初预期这些肿瘤细胞会表现出“UV特征突变”，但在已识别的变化中，9个中有8个不是UV特征突变，尽管在分析的序列中存在二聚体位点，其中四个是G:C到T:A突变，这提示了8-氧鸟嘌呤的参与，这是DNA氧化引起的主要DNA损伤之一。有趣的是，大多数携带激活Ras的细胞来源于接受初始高强度大剂量UV照射的小鼠。接下来，在相同的UV-B暴露方案下，通过高效液相色谱（HPLC）定量了8-氧鸟嘌呤的存在。重复暴露于高强度大剂量UV-B导致小鼠皮肤中8-氧鸟嘌呤水平急剧增加。由于这种增加是非线性的，推测可能是UV照射皮肤发生的炎症引起的氧化应激参与其中。这促使研究人员在完全相同的UV暴露程序中研究体内炎症分子的表达。在相同UV暴露方案下接受高强度大剂量UV-B照射的小鼠中，3-硝基-l-酪氨酸的表达显著增强，提示炎症参与8-氧鸟嘌呤形成过程；这是因为硝基酪氨酸是炎症期间一氧化氮介导的氧化损伤的有力证据。这些数据表明，不仅UV光子能量，炎症过程也与UV照射皮肤中8-氧鸟嘌呤的形成密切相关，可能也与癌症发展相关。可能存在“选择偏倚”；即使形成了能够引起转换型突变的二聚体光产物，在筛选驱动突变的实验中，由8-OxoG引起的颠换突变在转化能力上更强。

为了进一步验证氧化性DNA损伤在UV-B致癌中的作用，研究人员使用了Ogg1基因敲除（Ogg1-KO）小鼠。Ogg1基因编码一种DNA糖基化酶，可通过从DNA中去除氧化碱基来修复8-氧鸟嘌呤。为了研究8-氧鸟嘌呤在UV致癌中的作用，小鼠在MED剂量下反复接受UV-B照射。在Ogg1-KO小鼠中，肿瘤开始发生更早，且其肿瘤发生率始终高于野生型（WT）小鼠。结果表明，由于修复酶缺陷导致的8-氧鸟嘌呤本身在高肿瘤生长和更恶性转化中起作用。利用这些Ogg1-KO小鼠的UV诱导肿瘤，研究人员检查了这些肿瘤是否特异性携带G:C到T:A突变（8-OxoG诱导突变的标志）。出乎意料的是，Ogg1-KO小鼠的UV诱导皮肤肿瘤在p53突变谱中表现出UV特征突变，这构成了在小鼠中观察到的大部分变化，与Ogg1基因型无关，且在P53基因中至少没有G:C>T:A突变。这表明，就p53基因突变谱而言，Ogg1-KO小鼠的皮肤肿瘤与WT小鼠相似。换言之，这意味着在当前系统中，8-氧鸟嘌呤可能通过一种与诱变无关的机制促进UV-B致癌，例如通过上调参与肿瘤发展的某些转录因子的信号。因此，为了寻找在特定条件下，何种分子增强Ogg1-KO小鼠肿瘤生长的问题，研究人员使用表达谱芯片来鉴定UV-B暴露后表现出显著上调或下调的基因。表达谱数据提取出的四个涉及显著增加基因表达的主要通路显示，炎症反应通路基因在Ogg1-KO小鼠UV-B暴露24小时后显著上调。免疫组化研究表明，UV-B暴露24小时后，Ogg1-KO小鼠的IL-1表达远高于WT小鼠，IL-6表达也表现出类似行为。

为了验证炎症在UV致癌中的作用，研究人员研究了抗炎/抗氧化传统补充剂钝顶螺旋藻（S. platensis）是否能抑制Ogg1-KO小鼠及其WT对照中UV-B诱导的皮肤肿瘤发生。膳食S. platensis抑制了两种基因型的肿瘤诱导和发展。UV-B诱导的炎症反应标志之一——耳肿胀和红斑的诱导，也在喂食膳食钝顶螺旋藻的Ogg1KO小鼠和无毛白化小鼠的皮肤中被抑制。此外，S. platensis显著降低了UV-B暴露后Ogg1KO小鼠皮肤中IL-1β和Cxcl1的表达。这些结果表明，Ogg1-KO小鼠的高度UV致癌表型与炎症反应密切相关，并引出了一个问题：这是否仅适用于Ogg1-KO小鼠。在当前系统中，更多数量的8-氧鸟嘌呤DNA损伤导致了更强的炎症反应和皮肤癌发展的增强。为了探究其他DNA修复障碍中炎症分子是否增强，使用了XP模型小鼠。作为人类模型，XP互补组A（XP-A）患者对UV暴露表现出严重和过度的反应。使用从XP-A患者建立的细胞已表明，由于NER缺陷，二聚体光产物（DNA光损伤）的清除大大减少，它们残留在XP-A细胞的DNA中，导致对UV致癌的易感性。研究人员使用小鼠模型，Xpa-缺陷小鼠，研究了XP-A中的炎症反应要素。与XP-A患者类似，XP-A小鼠模型对UV-B表现出强烈且异常的反应，红斑峰在UV暴露后约96小时出现，而WT小鼠的红斑峰在约48小时，且红斑弱得多。

因此，使用小鼠真皮微阵列数据进行通路分析，正如预期，大多数显著变化的通路与炎症反应相关。在显著的趋化因子信号通路中，中性粒细胞趋化因子Cxcl1特别引起了研究人员的注意，因为在UV照射后，观察到Xpa缺陷小鼠真皮中有丰富的中性粒细胞浸润。通过酶联免疫吸附法测量了UV-B照射后的CXCL1血液水平。UV-B照射整个背部皮肤1 kJ/m²后48小时和96小时，Xpa缺陷小鼠的CXCL1血液水平显著增加，而在WT小鼠中，UV-B照射后CXCL1水平无变化。此外，即使通过覆盖身体其余部分，仅用UV-B照射一小块区域（1平方厘米），Xpa缺陷小鼠在UV-B暴露后48小时的CXCL1血液水平也显著升高。这些结果表明，即使对一小块区域进行UV照射，也能在Xpa缺陷小鼠中不仅诱导照射部位的皮肤炎症，还能上调系统性炎症分子CXCL1。

先前已表明，缺乏肿瘤坏死因子-α（TNF-α，一种促炎细胞因子）的小鼠对皮肤致癌具有抗性，尽管在用7,12-二甲基苯并（a）蒽处理后，缺陷小鼠和WT小鼠表现出相同的c-Ha-ras突变。先前的报告显示，几种非甾体抗炎药可局部抑制UV-B诱导的炎症和皮肤肿瘤发生。研究人员还在Xpa缺陷小鼠中检查了抗炎分子/药物对UV诱导肿瘤发展的影响。为此，使用抗CXCL-1中和抗体、N-乙酰半胱氨酸（NAC）、乙酰水杨酸、洛索洛芬、双氯芬酸钠和美洛昔康作为抗炎分子/药物。全身给予抗CXCL-1中和抗体和N-乙酰半胱氨酸可抑制0.5 kJ/m²UV-B照射引起的炎症反应（通过耳肿胀和CXCL1血液水平评估），并抑制Xpa-缺陷小鼠中重复UV暴露引起的UV致癌，但乙酰水杨酸、洛索洛芬、双氯芬酸钠和美洛昔康则不能。尽管抗CXCL1抗体和NAC治疗显著抑制了Xpa缺陷小鼠的UV诱导肿瘤发生，但用NAC或CXCL1抗体治疗小鼠并未减少CPD的数量。在该系统中，正如已在Ogg1-KO小鼠系统中观察到的，未修复的DNA损伤（二聚体光产物）似乎在肿瘤发展和诱导炎症中发挥作用。

这些结果表明，DNA损伤诱导炎症，而炎症状态促进癌症发展。此外，抑制炎症可减少癌症形成，无论DNA损伤是否存在。

4. 促进UV致癌的修饰因素：光敏性药物对UV致癌作用机制

关于UV致癌和炎症，本部分讨论了促进UV致癌的修饰因素。具体而言，本节聚焦于具有光敏能力的药物在UV致癌中可能的作用。有时，皮肤科医生会遇到光敏性药疹患者。代表性的光敏性药疹临床表现图片显示，仅在日晒部位出现边界清晰、高度炎症性的红斑性斑块，即使在日光暴露剂量很小、正常情况下不引起任何强烈炎症的情况下。光敏性药疹由光毒性反应、光变态反应或两者引起。光毒性/光变态反应的机制尚不完全清楚，但认为最可能由自由基（如ROS或RNS）的生成引发，这些自由基是药物作为光敏剂在局部产生的，生成的自由基与局部分子反应，导致表皮细胞发生某些变化，进而引发炎症过程。理论上，能够作为光敏剂的药物在UVB-UV-A范围内有吸收光谱，因为UV-A和UV-B是到达地球表面的波长。这些能够作为光敏剂并可能引起光敏性药疹的药物有时被称为“光敏性药物（PSM）”。出现过药疹的患者在使用此类PSM时，被鼓励在外出时采取严格的防晒措施。在众多PSM中，有少数作为光敏剂会导致皮肤肿瘤形成，尽管它们本身并不致癌。一个众所周知且研究充分的例子是8-甲氧补骨脂素（8-MOP），它曾与UV-A联合用作PUVA光化学疗法治疗银屑病。实验和流行病学研究已证明其具有光致肿瘤性。在PUVA诱导的皮肤癌中，联合使用免疫抑制剂是一个危险因素，大多数皮肤癌在PUVA治疗开始多年后发生。尽管近年来8-MOP的使用不如以前广泛，但新开发的其他药物（局部和全身给药）可引发光毒性/光变态反应，其中一些已被证明具有光遗传毒性和/或光致肿瘤性。已有许多关于PSM在皮肤癌中可能作用的流行病学研究报告，并进行了全面的文献检索，以识别报告PSM使用者皮肤癌事件的荟萃分析、观察性研究和临床试验。报告称，许多药物的结论存在争议，从正相关到无相关，取决于种族、给药剂量和持续时间等多种因素。这暗示了流行病学研究的局限性。然而，存在一些PSM，其流行病学和实验证据强烈提示增强光致肿瘤作用。

4.1 喹诺酮类药物

第二代氟喹诺酮类抗生素因其通过抑制细菌旋转酶而具有高度广谱抗菌作用，被广泛用于各种感染性疾病，也被称为PSM。喹诺酮类在约320 nm处有最大吸收，已知对哺乳动物细胞有光毒性，并可在人类皮肤中引发光毒性反应。这些药物的光毒性和光变态性能力已在临床和实验（体内和体外）中得到广泛研究。Wagai等人提出，这些药物的光毒性机制很可能归因于靶组织中ROS，尤其是羟基自由基的生成。此外，喹诺酮类抗菌药洛美沙星（LFLX）已被证明在小鼠皮肤中具有光致肿瘤性。Klecak等人检查了几种喹诺酮类药物在慢性、亚光毒性UV-A辐射后发挥光生物效应的能力，发现所有研究的氟喹诺酮类抗生素（LFLX、氟罗沙星、环丙沙星、氧氟沙星和萘啶酸）都能增强UV-A诱导的光致肿瘤作用（直径1毫米或更大的皮肤肿瘤），但只有LFLX在大多数处理的动物中引起了恶性皮肤肿瘤的发展。此外，通过使用大肠杆菌的嘧啶二聚体特异性酶T4内切核酸酶V，Traynor和Gibbs证明，LFLX处理后进行UV-A照射能够在HaCat细胞中诱导嘧啶二聚体形成，他们推测洛美沙星光敏化产生高诱变性嘧啶二聚体的能力与在小鼠中引发恶性皮肤肿瘤形成的能力相关。他们还推测，这种效应的可能机制是三重态-三重态能量转移，但同时他们也指出，洛美沙星的三重态产率非常低，使得这种反应可能性较低。尽管T4内切核酸酶用于测量嘧啶二聚体，作为CPD特异性核酸酶，其作用机制是作为CPD处的糖基化酶，然后在产生的脱碱基位点作为脱碱基内切核酸酶。因此，它也会在任何脱碱基位点产生切口，这意味着T4内切核酸酶V处理导致的切口增加可能是由CPD以外的切口引起。然而，Ito等人通过使用Xpa-KO小鼠（因NER缺陷而修复CPD能力受损）更令人信服地证明了在LFLX存在下，UV-A诱导CPD。他们证明，UV-A暴露后1小时，Xpa缺陷小鼠的CPD染色水平的免疫荧光强度与WT小鼠几乎相似，而在UV-A暴露后24小时，仅在Xpa缺陷小鼠中残留CPD染色。这强有力地表明，LFLX作为光敏剂能够增强嘧啶二聚体的形成。他们还证明，在Xpa缺陷小鼠中，LFLX给药和随后的UV-A暴露显示出比WT小鼠更强的耳肿胀和更高的皮肤癌发生率。然而，据我们所知，尽管动物研究表明氟喹诺酮类具有光致肿瘤潜力，但临床尚无使用氟喹诺酮类后发生皮肤癌的病例报告。可能的原因是氟喹诺酮类抗生素是短期使用的。

4.2 伏立康唑的光致肿瘤作用

与此同时，研究人员了解到另一种光敏药物可能在不到10年甚至儿童中增强UV致癌。伏立康唑是第二代三唑类抗真菌药，2002年在美国被FDA批准用于治疗严重的顽固性真菌感染。然而，已有不良反应报告，包括唇炎、光敏反应、盘状红斑狼疮和史蒂文斯-约翰逊综合征/中毒性表皮坏死松解症。2005年，报告了一例15岁女孩的病例，她在开始使用伏立康唑治疗严重真菌感染5周后，出现了唇炎和日晒部位的红斑。报告称，一旦感染完全解决，就停用了伏立康唑。虽然患者的疱疹、红斑和唇炎在停用伏立康唑后消退，但她留下了光老化皮肤，包括日光弹性组织变性和日晒部位的多种雀斑和雀斑样痣。逐渐地，来自美国和欧洲的类似病例开始积累。2020年，Cowen等人报告了伏立康唑相关鳞状细胞癌（SCCs）的累积病例。作者对美国3个学术皮肤科中心接受长期伏立康唑治疗期间发生一处或多处SCC的患者进行了回顾性研究，时间跨度超过4年。共有8名患者（中位年龄34.5岁，9-54岁）在伏立康唑治疗（中位持续时间46.5个月，13-60）期间发生了51处SCC，许多患者因移植物抗宿主病和HIV/AIDS而免疫功能低下。所有患者均表现出局限于日晒部位的光敏性皮肤表现，如红斑、日光性角化病和日光性雀斑样痣。逐渐地，类似的病例报告不断积累，非白种人患者的病例也有报告。汇总了2016年至2024年日本报告的伏立康唑相关皮肤癌病例系列。其中，不仅包括造血系统恶性肿瘤患者，还包括肺癌、结节病和肺曲霉病患者，且未使用任何免疫抑制剂。从开始伏立康唑治疗到发生皮肤癌的持续时间与上述病例相似。

4.3 使用PSM的实验研究

为了研究光敏药物如何增强UV致癌的机制，研究人员选择了几种代表性的PSM，以阐明药物的存在是否会像在LFLX案例中观察到的那样，增加UV诱导CPD的产量。为此，将含有T–T位点的寡核苷酸DNA用320 nm UV-B（使用单色仪）在有或无药物存在下照射，并使用HPLC检测T<>T峰。HPLC纯化后，使用电喷雾电离飞行时间质谱鉴定产物。作为光敏剂的阳性对照，使用了苯乙酮。通过在苯乙酮存在下用313 nm UV照射后定量T<>T产量，确认了检测的可靠性。结果表明，在几种PSM中，只有当含有T–T位点的寡核苷酸DNA在氢氯噻嗪（HCT）存在下用320 nm UV照射时，T<>T峰才明显增加，而在实验条件下，LFLX、辛伐他汀或吡非尼酮则未增加。因此，进一步的研究集中于HCT，一种利尿降压药，已在全球范围内长期广泛使用。由于太阳UV照射范围广泛，包括UV-B和UV-A，且UV-A占到达地球太阳UV的90%以上，研究人员测试了在HCZ存在下，使用更长UV波长时CPD的量是否增加。接下来，将含有T–T位点的寡核苷酸DNA在有或无HCZ存在下，用310、315、320、325、330和335 nm UV（使用单色仪）照射。结果表明，HCT在整个UV波段（包括335 nm）增强了UV诱导T<>T的形成。在HCT存在下，各波段诱导的T<>T形成率是单独DNA（无HCT）的2.2至3.5倍。HCT的吸收峰在315 nm左右，T<>T的产率在315 nm最高。当单独DNA用335 nm UV照射时，T<>T形成处于痕量水平，而当DNA在HCT存在下照射时，T<>T可被定量。这清楚地表明，在光敏剂HCT存在下，UV-A可产生T<>T。此外，研究人员还检查了更长的UV-A波长（365 nm UV-A）在HCT存在下是否能产生CPD，因为尽管其光子能量低于UV-B，但UV-A占太阳UV的90%以上。研究人员利用Xpa缺陷小鼠实现敏感的CPD检测。使用365 nm发光二极管作为UV-A源。在一项体内研究中，研究人员用365 nm UV照射Xpa缺陷小鼠和WT小鼠，无论是否预先给予HCT，并使用单克隆抗体（TDM-2）通过免疫组化检测CPD。结果表明，在HCT存在下，365 nm UV可在Xpa缺陷小鼠和WT小鼠中形成CPD。

尽管CPD形成