[研究背景与目的]皮肤癌近年来受到研究者们非常广泛的关注,原因有二:①皮肤癌是为数不多年发病率仍然呈逐年上升趋势的肿瘤类型之一;②皮肤癌由于其发病部位的特殊性(直接可见),会对患者造成极大的心理创伤,由此引发一系列与肿瘤无关的重度心理性疾病(抑郁症、自闭症等)。因此,研究如何预防皮肤肿瘤的发生及发展,降低其逐年升高的发生率,是极为重要的。Lycopene是食物番茄中的重要活性物质。课题组经前期文献调研发现,Lycopene是被报道最多的在临床上能逆转皮肤肿瘤致癌剂(如UV和砷制剂)诱导的皮肤损伤甚至是癌前病变的效应成分。因此,我们有理由相信Lycopene对皮肤肿瘤的发生发展理应有很好的预防效应。于是我们开展了一系列体内外实验并结合生物信息学分析以及分子生物学手段以证实Lycopene对皮肤肿瘤的预防效应及其分子机制和生物学基础。[研究方法与结果](1)本课题第一部分实验研究运用DMBA/TPA诱导的小鼠背部乳突淋瘤模型和化学促癌剂(TPA)诱导的JB6 P+细胞软琼脂克隆形成实验,通过不同时程下给予的Lycopene,分别从体内整体动物水平和体外细胞水平确证了 Lycopene确有皮肤肿瘤预防相应,且具有阶段选择性(效应的产生集中于皮肤肿瘤发展的促进阶段);(2)本课题第二部分实验综合利用多种生物信息学(综合药效团模型、分子对接模型、网络拓扑学分析、基因富集分析、基因芯片数据分析、蛋白质间相互作用分析)的手段,分析出可能的直接或间接介导Lycopene预防皮肤癌发生发展促进阶段的关键靶标,并进行基因富集分析,挖掘出药效的可能分子机制及生物学基础:细胞内氧化还原失衡、细胞自噬与衰老、Nrf2信号通路的转录激活以及泛素蛋白酶体降解途径;(3)本课题第三部分实验是基于之前的生物信息学分析的结果,检测了 Lycopene在体内、外对抗病理性氧化还原失衡(检测8-oxo-dG、ROS、MDA及GSH/GSSG的水平)的效应。并顺藤摸瓜,挖掘出Lycopene对抗这一病理损伤以及发挥最终的皮肤肿瘤预防效应的机制:可能与其维持病理状态下耗竭的抗氧化酶系(SOD、CAT、GPx、GR)至正常生理水平的效应有关;(4)根据前期的生物信息学分析以及相关分子生物学实验(对机体细胞氧化还原状态和相关抗氧化酶系活性及表达水平的监测)的探索,初步预测出了 Nrf2可能是Lycopene发挥皮肤肿瘤预防效应的关键靶标。在本课题第四部分研究中,我们首先运用多种分子生物学手段(Western-blot,IHC,IF)等证实了 Lycopene在体内外对Nrf2蛋白核内聚集和转录活化的诱导效应。在此基础上,运用了 Nrf2-/-小鼠以及Nrf2KD细胞分别构建体内乳突淋瘤模型以及体外细胞恶性转化模型,均发现Lycopene的皮肤肿瘤预防效应的缺失。这一系列的结果都指向一个结论:Lycopene是通过诱导Nrf2的核内分布,从而刺激转录活化,继而促进下游抗氧化酶系活性及水平的增加,最终发挥体内外皮肤肿瘤预防效应的;(5)课题最后一部分的结果主要是通过多种分子生物学手段(Western-blot、realtime-PCR)探索Lycopene调控Nrf2入核和转录激活的分子机制:Lycopene是通过诱导p62介导的Keap1蛋白(胞浆内Nrf2的抑制因子)自噬性降解,从而解放Nrf2并促其入核发挥下游效应的;并通过检测Lycopene对p62敲降JB6P+细胞恶性转化的预防效应,明确了 p62/Keap1信号通路对Lycopene发挥皮肤肿瘤预防效应至关重要的作用。(6)除了课题主线外,还发现了一个现象:Lycopene仅对存在化学促癌剂TPA刺激的受损细胞存在系列生物学效应(对皮肤肿瘤的预防,对抗氧化酶系活性及水平的诱导,对Nrf2入核及转录活性的激活,对Keap1的自噬性降解)。这也许是Lycopene作为皮肤肿瘤预防药物的最大优势也应该是作为一个预防类药物最重要的特质。[结论与意义]预先给予Lycopene可以诱导病理状态下细胞(有促癌、致癌剂的刺激)内p62的蛋白水平的上调,从而促进p62与Keap1结合,诱导Keap1的降解,进而将Nrf2从与Keap1间形成的异源二聚体中解放出来,导致了 Nrf2在胞质中的蓄积以及进一步的核表达增多,继而启动下游靶蛋白的转录,上调机体细胞抗氧化酶系的活力及水平,逆转病理条件下细胞内的氧化还原失衡损伤状态,最终发挥皮肤肿瘤的预防作用。基于以上一系列实验结果及相关讨论,我们有理由相信在采取合适的防晒措施的同时联合使用一些含Lycopene的系列护肤产品有助于降低皮肤肿瘤高发人群的癌症发生率。