阳光中的中波紫外线(UVB)是引起皮肤损伤的主要环境原因之一,会导致暴露的皮肤细胞出现复杂的变化,包括DNA损伤、氧化应激,进而引起细胞出现炎症和凋亡。对于UVB的防护现在主要是使用物理手段,但是其强度与稳定性都比较差,因此寻找有效的防护UVB损伤的药物是必要的。但由于UVB损伤的靶点广泛并难以明确其对机体产生影响的具体机制,这为相关药物的开发带来了极大的困难。DNA损伤是UVB对细胞造成的最典型损伤,我们的研究也发现,UVB照射处理可引起人永生化角质形成细胞HaCaT的细胞核DNA损伤。DNA损伤后容易泄露到细胞质中,而细胞质中存在的DNA是一种典型的危险相关分子模式(DAMP),可被机体相应的感受蛋白识别并引发炎症反应。我们观察到,在DNA损伤后2-3小时内,HaCaT细胞中的胞质DNASpinal biomechanics感受器cGAS-STING信号通路即被激活。转染siRNA沉默STING可以削弱UVB照射诱导的细胞凋亡,说明STING通路可激活凋亡途径。NF-κB信号通路和干扰素调节因子3(IRF3)-IFNβ信号通路是cGAS-STING途径的两条主要下游通路。NF-κB信号通路在UVB照射的HaCaT细胞中被激活,NF-κB易位至细胞核,而STING的沉默减弱了这种易位;用BAY抑制NF-κB途径阻断了 UVB诱导的细胞凋亡。UYB照射引起IRF3的核转位并伴随着IFNβ的mRNA表达水平提高,而STING的沉默减弱了 IRF3的核转位和IFNβ的mRNA水平表达;用TBK1-IRF3-IFNβ途径抑制剂MRT67307处理细胞,阻断了 UVB诱导的细胞凋亡。这些结果说明UVB照射诱导HaCaT细胞DNA损伤后激活cGAS-STING信号通路以及其下游NF-κB和IRF3-IFNβ两条信号通路,从而诱发了细胞凋亡。线粒体是细胞VP-16小鼠内重要的细胞器,可以为细胞供能,但它的功能异常会导致许多病理变化,包括细胞凋亡、炎症和衰老损伤等。接下来我们首先对线粒体的基本含量进行了考察,结果发现UVB照射处理后HaCaT细胞内线粒体含量异常地增加。那么这种线粒体含量的增加对UVB处理下的细胞是有益还是有损,就引起了我们的兴趣。进一步考察发现UVB处理导致线粒体膜电位(MMP)的崩溃、ATP水平降低并且活性氧(ROS)的产生增加,表明在UVB照射的HaCaT细胞中线粒体功能紊乱。考虑UVB处理的细胞中线粒体含量的增加,这些结果说明UVB照射导致功能失调的线粒体出现蓄积。而对这个过程影响最大的就是由PINK1激酶和parkin泛素连接酶介导的特异性清除受损线粒体的线粒体自噬途径。于是接下来我们考察线粒体自噬水平。研究发现UVB照射的细胞中PINK1和parkin的水平均降低,表明线粒体自噬水平被抑制;转染siRNA沉默PINK1或parkin的表达显示出与UVB照射相似的细胞损伤,包括线粒体数量增加、MMP下降和ATP产生减少、细胞凋亡增加等,证明PINK1/parkin介导的线粒体自噬对线粒体功能具有保护作用。进一步研究还发现沉默PINK1或parkin增加cGAS和STING的蛋白质水平,促进NF-κB的核转位,以及IFNβ的转录,表明cGAS-STING信号通路的激活。与UVB照射的损伤相似,PINK1/parkin沉默促进了细胞凋亡。Bax除了通过增加线粒体外膜通透性促进细胞色素c的释放而调节凋亡外,还可能促进其它线粒体内容物包括线粒体DNA(mtDNA)等的释放,介导炎症相关反应。我们的研究显示UVB照射上调Bax蛋白水平并增加线粒体膜通透性,随后介导mtDNA泄露至细胞质中并诱导cGAS-STING-凋亡的活化;使用Bax的靶向siRNA处理细胞显著抑制了这种活化。我们的研究还发现Bax所介导的mtDNA泄露-cGAS-STING-凋亡这个过程受到PINK1/parkin所介导的线粒体自噬的负调节。这些结果提示,线粒体自噬水平的下降是UVB诱导表皮细胞损伤的关键环节。线粒体是高度动态的,除了线粒体自噬以外,线粒体的数量与质量还受到线粒体分裂融合等动态活动的调节。研究显示UVB照射在异常增加线粒体含量的同时,却减小了线粒体的体积。检测分裂与融合关键蛋白发现,UVB照射导致HaCaT细胞中线粒体分裂蛋白发动蛋白相关蛋白1(DRP1)的显著上调和线粒体外膜融合蛋白1和2(MFN1和2)的下调,显示了线粒体分裂的相对增加。我们用DRP1抑制剂mdivi-1或用DRP1靶向的siRNA处理细胞以抑制线粒体分裂,减轻了 UVB诱导的NLRP3/cGAS-STING促炎途径的激活和凋亡发生;反之,用MFN1和2靶向的siRNA抑制线粒体融合则增加了 UVB诱导的NLRP3/cGAS-STING促炎途径的激活和凋亡发生。以上结果表明线粒体分裂/融合动力学参与NLRP3炎症小体和cGAS-STING途径激活以及细胞凋亡的诱导。线粒体分裂的增强或融合的减少都导致活性氧(ROS)的上调;使用抗氧化剂NAC清除过量的ROS抑制了 NLRP3炎症小体和cGAS-STING途径的活化,从而减弱了炎症反应,并减轻了细胞凋亡。这些结果显示,线粒体分裂-融合的失衡通过ROS的产生参与NLRP3/cGAS-STING促Compound 3使用方法炎途径以及细胞凋亡的调节。综上,本研究发现了 UVB辐射对cGAS-STING信号通路的激活,其下游的NF-κB和IFNβ途径均参与相关的细胞炎症与凋亡。UVB对STING通路的激活依赖于线粒体自噬下降以及线粒体裂变/融合动力学失衡所导致的mtDNA胞质泄露。研究揭示了 UVB照射损伤表皮细胞的较为详尽的机制,为相关治疗提供了新的策略,提示我们线粒体-STING途径可以作为开发皮肤保护药物的靶点。