项目文章 | UVB辐射皮肤单细胞RNA-seq揭示光老化相关炎症及维生素D的保护作用

发布时间：2022-05-26 11:32:28  

近日，中科院宁波材料所慈溪医工所郑建萍研究员团队借助新格元单细胞测序技术揭示了UVB辐射诱导皮肤光老化相关炎症及维生素D的保护作用。该研究成果即将发表在《gene》期刊上，题为“Single-cell RNA-seq of UVB-radiated Skin Reveals Landscape of Photoaging-related Inflammation and Protection by Vitamin D”。

研究要点

1.单细胞RNA-SEQ鉴定UVB诱导的皮肤光损伤和维生素D保护的转录谱；

2.UVB导致细胞中Hmox1和其他炎症基因的高表达；

3.维生素D减轻UVB诱导的皮肤炎症；

4.细胞通讯分析表明巨噬细胞可能在皮肤抗紫外线中起重要作用；

主要内容

1、scRNA-seq显示皮肤细胞组成的整体变化

为了研究紫外线介导的皮肤基因改变和维生素D诱导的炎症减轻的机制，从健康和紫外线辐射小鼠的背部皮肤样本中分离样品进行单细胞RNA测序(scRNA-seq)，共三例样本(Ctrl、UV和VD)。在对原始数据进行质控后，总共获得了20,285个细胞。

根据标记基因的表达进行细胞注释，共确定了八种细胞类型：角质形成细胞(Krt5，Krt14)、毛囊细胞(Krt17，Krt79，Sox9，HFCs)、成纤维细胞(Col1a1，DCN，Lum)、髓系细胞(CD74，Lyz2)、皮脂腺细胞(Mgst1，Krt25，PPARG)、T细胞(CD3d，Nkg7)、内皮细胞(MGP，FABP4，ECs)和黑素细胞(Mlana，PMEL)。

2、紫外线对皮肤基因表达的影响

差异分析共获得1012个差异基因，其中502个基因表达上调，510个基因表达下调。进一步分析发现，差异基因主要分布在免疫细胞和成纤维细胞中。火山图谱显示了T细胞、巨噬细胞、朗格汉斯细胞和成纤维细胞的差异基因，发现紫外线辐射引起的最显著的基因是Hmox1。热图反映了成纤维细胞和巨噬细胞的差异表达。紫外线照射可促进相关炎症因子的表达，尤其是MMP3、Ccl8和IL-6显著升高。此外，对成纤维细胞和巨噬细胞差异基因的GO富集分析证实，炎症反应过程显著增强。

3、维生素D的抗紫外线作用

维生素D作为一种内源性微量元素，在人体内起着重要的作用，被认为可以促进巨噬细胞成熟，减轻紫外线对皮肤的损害。对髓系细胞进行亚群分析。根据标记基因将髓系细胞分为三类，包括巨噬细胞(CD68、MRc1、C1qa)、朗格汉斯细胞(CD207、Mmp9、Tacstd2)和树突状细胞(CD209a、CCR7、CCL22)。

与对照组相比，暴露在紫外光下的巨噬细胞比例明显增加。成纤维细胞和巨噬细胞的差异基因表明炎症相关基因的表达显著降低。在qRT-PCR实验中，发现添加维生素D显著抑制了炎症基因CD74、Cxcl2、Pcolce、Procr的表达。进一步的分析表明，VD组血红素加氧酶基因的表达维持在相对较高的水平。血红素加氧酶在抗氧化方面起到有益的作用，抗炎作用也比较突出。细胞Hmox-1过表达可提高IL-6和蛋白类细胞趋化因子的水平，进而促进巨噬细胞的成熟和分化。通过F4/80观察到巨噬细胞的存在。因此，维生素D对皮肤炎症的调节作用也为皮肤抗炎提供了一定的参考。

4、巨噬细胞与其他细胞之间的通讯

使用CellphoneDB分析探索巨噬细胞和其他细胞之间的通讯关系。很明显，巨噬细胞与成纤维细胞的相互作用尤为显著。巨噬细胞高表达CCL2，其受体主要包括CCR2和ACKR1。CCL2诱导单核细胞和巨噬细胞移动到损伤部位并招募(Moadab等人，2021)。在与其受体结合后，CCL2触发了人体的免疫反应。结果表明，紫外线照射对成纤维细胞的损伤程度大于其他细胞。

结论

紫外线是对大自然的潜在威胁，它会导致皮肤损伤、细胞渗透和炎症，从而加速皮肤衰老。本研究通过单细胞测序技术研究了紫外线照射的小鼠皮肤。作者观察到，紫外线照射的小鼠皮肤主要诱导成纤维细胞的炎症，并显示出差异基因表达。细胞通讯分析揭示了巨噬细胞在组织修复中的重要性。此外，细胞培养研究证实了维生素D诱导的皮肤炎症抑制作用，这些发现为皮肤光防护提供了一些参考。

参考文献

Lin, Z. Cao, T. Lyu, T. Kong, Q. Zhang, K. Wu, Y. Wang, J. Zheng, Single-cell RNA-seq of UVB-radiated Skin Reveals Landscape of Photoaging-related Inflammation and Protection by Vitamin D, Gene Gene (2022), doi:https://doi.org/10.1016/j.gene.2022.146563