PM2.5对表皮细胞的影响及相关机制研究

PM2.5 is the culprit that causes smog, and there is evidence that it can penetrate into the epidermal layers of the skin. However, research on the impact of PM2.5 on human skin is very scarce. In recent years, the incidence of skin tumor in China has been rising steadily, and research on the relationship between PM2.5 and skin tumor should be of great interest. Our study which is being carried out preliminarily indicates that the change of pigments in the skin is strongly correlated to PM2.5 in the Beijing population. In this study, we intend to use melanin possessing hairless mice as experimental animal model to demonstrate the effects of PM2.5 on skin tumor and skin pigment. We use keratinocytes and melanocytes as experiment models, through co-culture, ELISA, reverse transcription polymerase chain reaction, immunohistochemistry, high-performance liquid chromatography with electrochemical detection（HPLC-ECD）, endonuclease nicking assay, comet assay, and transmission electron microscopy to investigate the effect of PM2.5 on the biological function of epidermal cells from the views of experimental animal model, histopathology, cell biology, and molecular biology. By examining DNA oxidative damage, gene mutation, and immune function of epidermal cells, we may provide new insights on the prevention and treatment of skin tumor and skin aging.

PM2.5是造成雾霾天气的"元凶"，有证据表明它可以渗透到人类表皮，但目前关于PM2.5对人类皮肤的影响研究甚少。近年来我国皮肤肿瘤的发生率逐年上升，是否与持续增高的PM2.5相关值得研究。我们的一项研究初步显示北京人群中皮肤色素变化与PM2.5关系密切。在本研究中，我们拟以含黑素的无毛鼠为动物模型，论证PM2.5能否诱导皮肤肿瘤及色素变化；以角质形成细胞、黑素细胞为模型，通过细胞共培养、ELISA、RT-PCR、免疫组化、高效液相色谱电化学检测法、核酸内切酶切割法、彗星实验、透射电镜等手段，从实验动物学、组织病理学、细胞生物学、分子生物学等多个层面，从DNA氧化损伤、基因突变、免疫功能等多方位研究PM2.5对表皮细胞生物学功能的影响，以期为皮肤肿瘤、皮肤老化的预防及治疗提供新的思路。

本研究主要分为三个方面：（1）.PM2.5对角质形成细胞Hacat的影响；（2）.PM2.5对人黑素瘤A375细胞及黑素生成的影响；（3）.PM2.5对无毛鼠皮肤肿瘤形成、炎症、色素沉着的影响。通过流行病学调查、细胞培养、流式细胞仪检测、Western blot、全基因表达谱芯片及Real Time PCR、Elisa、免疫组化、皮肤镜等手段，从分子生物学、细胞生物学、组织病理学、实验动物学等多个层面进行研究，发现：（1）PM2.5的刺激能导致Hacat细胞存活率明显降低；PM2.5能诱导HaCaT细胞发生S期阻滞，细胞周期蛋白CCNA2、CDK1 蛋白表达量均有所降低，细胞总凋亡率呈浓度依赖性；（2）全基因表达谱芯片发现PM2.5处理组基因表达相对对照组，541个基因上调，935个基因下调；在PM2.5处理和不处理的细胞中进一步用Q-PCR验证全基因表达谱芯片的结果，结果提示，相对于空白对照组，PM2.5处理HaCat细胞以后mRNA水平显著下调的基因有：ACPP、PSTPIP2、GATA3、SMAD6、EDN1、ID1、IGFBP3、PLAT；mRNA水平显著上调的基因有：ITGA3 、ABCA1 、CD44 、IL-1β、MMP1、SERPINE1。Western Blot结果显示，200ug/ml的PM2.5处理细胞以后，可以显著上调ABCA1的蛋白水平， END1、ID1、CLDN1的蛋白水平显著下调，而TP53、NRF2、IL-1β的蛋白水平没有显著变化，Elisa结果发现PM2.5实验组细胞分泌的促黑素细胞素和纤维细胞生长因子显著高于对照组（3）流行病学调查研究发现高PM2.5暴露地区的研究对象的面部色斑是低暴露区的 1.48 倍，手背色斑是2.8 倍。二手烟暴露与接触厨房化石燃料燃烧产物能增 加脸颊色斑的发生。皮肤类型 III 型的女性比皮肤类型为 IV 型的女性脸颊色斑更少。室内 环境工作者较室外工作者手背色斑更少。吸烟能显著增加脸颊和手背 sk 的发生。二手烟暴 露能增加手背 sk 的发生。年龄每增加 1 岁，面部色斑风险增加 0.6%，脸颊 sk 风险增加 3.5%，手背 sk 风险增加 2.1%。（4）PM2.5能抑制人黑素瘤细胞A375的细胞活力。上述结果证实了我们提出的“PM2.5对表皮细胞具有一定的影响”，目前A375细胞学实验及动物实