紫外线促进皮肤恶性黑色素瘤转移研究进展

    皮肤恶性黑色素瘤(cutaneous melanoma，CM)是起源于表皮黑素细胞的恶性皮肤肿瘤，为最常见的皮肤癌症之一[1,2]。CM具有高度侵袭性，造成其高死亡率的主要原因是其扩散转移的能力[3,4]。早期CM经手术治疗5年生存率达98%，然而一旦发生远处转移，5年生存率仅为23%[5]。紫外线(ultraviolet，UV)为波长在10~400 nm之间的电磁波，由于阳光中的UV到达地面并对皮肤产生影响的主要为UVA(320~400 nm)和UVB(280~320 nm)，因此二者被广泛应用于医学研究[6]。目前认为，间歇性强UV辐射是导致CM发生的重要原因[7,8,9]。近年来发现，UV在CM的转移过程中也发挥了重要作用。一方面，UV辐射可改变细胞间黏附，促进相关细胞因子分泌，增强CM细胞降解细胞外基质及运动能力[10]；另外，UV辐射还会影响CM细胞代谢，增加瘤细胞的侵袭力[11]。此外，长期UV辐射还可引起局部炎症反应，影响肿瘤微环境，促进血管增生继而促进CM远处转移[12]。本文从UV辐射对瘤细胞运动能力、黏附特性、代谢特点的影响及对肿瘤微环境的改变等多个方面，综述了UV辐射对CM远处转移的影响。

    一、UV辐射与CM细胞运动侵袭能力

    UV辐射可增强CM细胞运动能力，进而促进其远处转移。有研究显示，接受30 mJ/cm2剂量的UVB辐射后，CM细胞运动能力显著提高，进一步研究证实该效应是由辐照后瘤细胞分泌的白介素8 (interleukin 8, IL-8)介导的，而IL-8的中和抗体可以显著降低瘤细胞的运动能力[10]。IL-8作为一种CM细胞的自分泌生长因子，还可促进血管的生成并诱导CM细胞的迁移[13]。UVB处理可增强CM细胞IL-8等细胞因子的表达，进而上调Ⅳ型胶原酶及基质金属蛋白酶(matrix metalloproteinase, MMP)2的表达，促进CM细胞侵袭转移[14,15]。而动物实验也证实，在体外经200 J/m2剂量的UVB处理后，CM细胞的IL-8高表达可持续60 d以上，其侵袭转移能力显著提高，注射到小鼠皮下后肺转移灶明显增加[14]。CM细胞中IL-8的高表达可能是由于UVB诱导c-jun/c-fos表达导致，其与IL-8基因的AP-1位点相结合进而诱导其表达[14]。

    细胞外基质的降解是CM侵袭转移的关键步骤，UV辐射可通过多种机制促进细胞外基质的降解，进而提高CM的侵袭能力[16]。研究证实，体外辐射剂量为6 J/cm2的UVA和60 mJ/cm2的UVB辐射可在CM细胞中启动组织蛋白酶轴，促进转化生长因子β1(transforming growth factor 1, TGF-β1)的释放和活化，继而激活成纤维细胞活化蛋白(fibroblast activation protein-α，FAP-α)基因，增加FAP-α的表达[16,17]。FAP-α是一种位于质膜的丝氨酸蛋白酶，具有蛋白酶和胶原酶活性，对细胞外基质降解至关重要[18,19]。即UV辐射可通过组织蛋白酶-TGF-β1-FAP-α轴促进细胞外基质的降解，进而促进CM细胞侵袭转移。此外，UVA和UVB还可提高CM中Ⅳ型胶原酶的活性，促进其突破基底膜进而远处播散[16]。另外值得注意的是，10 J/cm2的UVA辐射还可造成CM细胞胞膜的损伤，通过Ca2+依赖性溶酶体胞吐途径即刻对损伤胞膜进行修补，同时将其中的溶酶体酶释放至胞外，也参与细胞外基质的降解，促进了CM的远处转移[20]。但进一步研究发现，仅UVA辐射存在该效应，UVB处理则未发现相似作用。然而，最新的一项研究显示，UVB辐射的成纤维细胞持续上调MMP1的表达，其可降解局部α1-Ⅰ型胶原蛋白(collagen, type Ⅰ，alpha 1, COL1A1)，而COL1A1的降解可抑制CM细胞的侵袭能力[21]。相反，抑制MMP1表达可恢复瘤细胞的侵袭能力，因此，UV辐射导致的细胞外基质降解对CM侵袭转移能力的影响仍需进一步研究。

    二、UV辐射与CM细胞黏附能力

    UV辐射还可改变CM细胞间黏附，进而促进其远处转移。与其他类型的癌症一样，CM的远处转移包括侵入周围组织，进入淋巴或血管系统，滚动、黏附和锚定在血管内皮及渗出，在靶器官中建立转移灶等一系列复杂过程[22,23]。上述过程高度依赖肿瘤细胞及内皮细胞表面黏附分子的相互作用。整合素是黑色素瘤细胞表面表达的一大类细胞黏附分子，在转移过程中对细胞信号传导、生长和迁移非常重要[24]。有研究显示，100 mJ/cm2的UVB辐射可增强CM细胞中黑色素瘤活性抑制蛋白(melanoma inhibitory activity, MIA)的表达，MIA为一种高效的CM细胞脱离因子，其通过与纤维连接蛋白和层粘连蛋白结合干扰细胞黏附，阻断它们与α4β1和α5β1整合素的相互作用[25]。UVB诱导的MIA的生成和释放可促进垂直生长期黑色素瘤从基底膜或基质蛋白中脱离，继而发生远处转移[25]。另外有研究证实，在M624瘤细胞系中，UVB辐射不会影响CM细胞表面α4β1整合素的表达，但可改变其构象，使其与内皮细胞表面相应受体的亲和力下降，从而降低CM细胞的黏附，促进其侵袭转移[26]。此外，有研究发现体外8 J/cm2的UVA辐射也可改变CM细胞黏附特性，通过上调N-cadherin表达，下调E-cadherin表达来减少瘤细胞间的黏附，增加CM细胞对内皮细胞的黏附，进而增加CM的转移能力[27]。另外值得注意的是，UV辐射还可发挥间接作用，通过诱导皮肤角质形成细胞分泌内皮素(endothelin, ET)-1，经ET-1/ET-B信号通路下调CM细胞表面E-cadherin的表达，进而促进CM的侵袭转移[28]。由此可见，UV辐射可通过改变CM细胞间黏附，增强其侵袭能力。

    三、UV辐射与CM细胞代谢

    肿瘤细胞的代谢功能与其侵袭转移的潜力密切相关，UV辐射还可通过影响CM细胞代谢促进CM的远处转移。无论氧气供应是否充足，糖酵解均在CM细胞的能量代谢中占据重要部分[29,30]。有研究证实，体外连续4 d接受每日3次6 J/cm2的UVA辐射可以显著提高CM细胞的瓦伯格效应，增强瘤细胞的糖酵解水平进而增强CM细胞的侵袭力[11]。进一步研究证实，UV增强CM细胞糖酵解的效应部分是通过诱导细胞活性氧自由基产生的，应用活性氧的猝灭剂可以显著降低UV诱导的糖酵解增强[31]。

    一方面，高速率的糖酵解为肿瘤的侵袭转移提供了足够的能量[32]；另一方面，CM细胞糖酵解的增强会导致肿瘤微环境中葡萄糖浓度的显著降低，抑制免疫细胞增殖活化，有利于逃避免疫监视，进一步向远处扩散[33]。此外，有研究证实，糖酵解产生的大量乳酸可进一步促进CM细胞的侵袭转移，糖酵解的增强导致CM细胞膜表面的单羧酸转运体4(monocarboxylate transporter 4, MCT4)的表达上调，利于乳酸由胞内排出，造成了胞外酸化，而细胞外基质的酸化可以上调并激活MMPs，如MMP9、MMP2，进而降解细胞外基质，利于CM的侵袭转移[34,35]。此外，大量乳酸造成的酸性环境还可以增强局灶黏连，促进整合素和胶原的相互作用，而整合素α4β1的激活可以促进淋巴管内皮细胞的增殖和淋巴管内皮的扩张，并且促进CM细胞黏附淋巴管内皮，从而促进CM的淋巴结转移[36,37]。另外，瘤细胞产生的大量乳酸可以作用于免疫细胞，阻止树突状细胞的成熟，并上调免疫抑制因子如IL-10的水平，从而抑制机体对CM细胞的免疫应答[38]。由此可见，CM糖酵解的增强与其侵袭转移密切相关，瘤细胞代谢的增强是UV辐射促进CM转移的关键机制之一。

    四、UV辐射与肿瘤微环境

    肿瘤微环境在CM侵袭转移中也发挥重要作用，UV辐射不仅会引起CM细胞生理特性的改变，还会影响微环境中其他类型的细胞，进而影响微环境稳态，促进CM的扩散转移。有研究发现，正常小鼠连续接受4周UV辐射后皮下注射CM细胞，肿瘤生长明显快于对照组[39]。此外，将CM细胞经尾静脉注射入腹部剃毛小鼠体内，同时以8 J/cm2剂量的UVA照射小鼠腹部，肺部转移灶数目也明显增多[40,41]。这均提示UV辐射对周围皮肤的影响可能也在CM的侵袭转移中发挥重要作用。

    肿瘤细胞侵入血管和淋巴管是向远处侵袭转移的关键步骤，血管趋向性是指肿瘤细胞附着在血管上并沿着血管外壁移动以传播转移的过程，这种转移途径不同于目前公认的血管内播散，被称为血管外迁移[42,43]。其在包括CM在内的多种恶性肿瘤的转移扩散中均有重要作用，然而这种血管肿瘤相互作用的分子基础尚未完全阐明[44,45]。目前研究发现，体表种植肿瘤后，一周2次，每次4.5 kJ/m2剂量的UVB辐射可以促进肿瘤局部血管的增生和肿瘤细胞的血管趋向性，进而促进CM的肺转移[12]。进一步的实验证实，该作用是通过UVB诱导的局部炎症反应实现的。UVB辐射可损伤周围皮肤角质形成细胞，使其释放大量高迁移率族蛋白(high mobility group box 1，HMGB1)，并通过Toll样受体4/MYD88信号轴激活和招募大量中性粒细胞[46]。肿瘤微环境中性粒细胞的大量聚集诱发炎症反应，释放大量细胞因子，进而促进了血管的生成以及CM细胞沿内皮细胞表面运动迁徙，最终增加肺转移，而Toll样受体4敲除的转基因小鼠，UVB诱导的CM肺转移灶则明显减少[12]。此外，细胞实验也证实，中性粒细胞条件培养基预孵育的CM细胞向内皮细胞迁移的能力显著增加，这是由于中性粒细胞释放的肿瘤坏死因子-α等细胞因子造成的[12]。由此可见，中性粒细胞诱导的炎症反应在CM侵袭转移中具有重要作用，UV辐射可影响肿瘤微环境的稳态，通过局部炎症反应诱导血管的生成，促进CM细胞沿血管内皮的迁移。另外，有研究发现，UVB也可直接刺激CM细胞分泌TNF-α、血管内皮生长因子A、IL-8等促血管生成因子的表达，可能也参与促进CM血道转移[47,48]。此外，有研究证实，UVB还可诱导角质形成细胞释放亚细胞微泡颗粒(subcellular microvesicle particles, MVP)，MVP为一种具有生物活性的细胞外囊泡亚型，其释放会引起多种局部和全身的免疫效应。MVP可释放多种细胞因子如血小板激活因子等，导致全身的免疫抑制，促进肿瘤的生长和转移[49,50,51]。

    此外，UV辐射也可导致肿瘤微环境中TGF-β的过表达，从而激活角质形成细胞和内皮细胞诱发炎症反应，并且通过上调内皮细胞上的激活素受体样激酶1，活化下游信号通路促进肿瘤周围血管的生成[52,53]。此外，TGF-β还可刺激肿瘤相关成纤维细胞(cancer associated fibroblasts, CAFs)，导致其分泌大量细胞黏附蛋白，包括整联蛋白、胶原蛋白和纤连蛋白等，进而影响细胞外基质[54]。研究发现，TGF-β与肿瘤周围纤连蛋白沉积有关，并在肿瘤由低风险向高风险浸润表型转变中发挥关键作用。此外，CAFs还可分泌基质蛋白酶，引起肿瘤基质重塑，为肿瘤细胞的侵袭转移提供适宜条件，其在肿瘤周围血管新生过程中也发挥至关重要的作用[55]。另外，CAFs作为肿瘤微环境的重要组分之一，其本身即为TGF-β配体的重要来源，可通过正反馈环路发挥促进肿瘤细胞转移的作用[52]。

值得注意的是，淋巴转移也是CM发生远处转移的重要方式，然而目前并未有关于UV辐射与CM淋巴道转移的研究。有研究显示，接受每周3次，每次40 mJ/cm2的UVB辐射的小鼠皮肤，10周后淋巴管明显扩张且亚甲蓝示踪显示通透性明显增加[56]，然而UVB辐射是否有利于CM细胞的淋巴转移仍需要进一步研究。

    五、小结与展望

    UV辐射不仅参与CM的起始和发生，还可通过影响肿瘤侵袭转移的多个关键步骤来促进CM的远处转移。UV辐射可改变细胞间黏附，促进转移相关细胞因子分泌，增强CM细胞降解细胞外基质及运动迁移能力。另外，其还会影响CM细胞的代谢，进而增加瘤细胞的侵袭力。长期的UV辐射还可引起局部炎症反应，促进血管增生继而促进CM远处播散转移。由此可见，UV辐射在CM的转移进展过程中发挥了重要作用，这强调了防护UV辐射的重要性，不仅可降低黑素瘤的发生风险，还可能减少既成疾病的进一步迁移和侵袭。然而，UV辐射是否可加速CM的淋巴道转移目前仍不清晰，UV辐射引起CM细胞生理特性改变的详细分子机制和信号通路仍需要进一步研究。

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参考文献

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