NAD+-Gabe verringert im Mausmodell UVC-induzierte Hautschäden deutlich, indem sie oxidativen Stress, Entzündung, DNA-Schäden und Apoptose abschwächt

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Mengmeng Li1, Mingchao Zhang1,2, Yin Zhang3, Yu Liang3, Weihai Ying1

1Med-X Research Institute and School of Biomedical Engineering, Shanghai Jiao Tong University, Shanghai 200030, P. R. China; 2Multiscale Research Institute of Complex Systems, Fudan University, Shanghai 200433, P. R. China; 3Department of Orthopedics, Ruijin Hospital, Shanghai Jiao Tong University School of Medicine, 197 Ruijin 2nd Road, Shanghai 200025, P. R. China

Eingegangen am 6. März 2023; angenommen am 4. April 2023; Epub am 15. April 2023; veröffentlicht am 30. April 2023

Zusammenfassung: Ultraviolette (UV-)Strahlung ist eine Hauptursache zahlreicher schwerer Hauterkrankungen, darunter Hautkrebs. Es ist von großer Bedeutung, neue Wirkstoffe zu finden, die eine deutliche Schutzwirkung gegen UV-bedingte Hautschäden entfalten können. In dieser Studie haben wir an einem Mausmodell die Wirkungen von NAD+ auf UVC-induzierte Hautschäden bestimmt und die zugrunde liegenden Mechanismen untersucht. Dabei ergaben sich folgende Befunde: Erstens korrelierte die UVC-induzierte grüne Autofluoreszenz (AF) der Haut stark mit dem Ausmaß der UVC-induzierten Hautschädigung; zweitens verringerte die Gabe von NAD+ die UVC-induzierten Hautschäden deutlich; drittens schwächte die Gabe von NAD+ die UVC-induzierte Abnahme der Spiegel von mitochondrialer Superoxiddismutase und Katalase signifikant ab; viertens schwächte die Gabe von NAD+ den UVC-induzierten Anstieg des Spiegels von Cyclooxygenase (COX) 2, einem Entzündungsmarker, signifikant ab; fünftens schwächte die Gabe von NAD+ den UVC-induzierten Anstieg der Schäden an doppelsträngiger DNA (dsDNA) deutlich ab; und sechstens schwächte die Gabe von NAD+ die UVC-induzierte Abnahme des Bcl-2/Bax-Verhältnisses, eines Apoptose-Index, deutlich ab. Insgesamt zeigt unsere Studie, dass die Gabe von NAD+ UVC-induzierte Hautschäden deutlich verringern kann, indem sie oxidativen Stress, Entzündung, DNA-Schäden und Apoptose abschwächt. Das deutet darauf hin, dass NAD+ in diesem experimentellen Modell als schützende Substanz gegen UVC-induzierte Hautschäden von Interesse sein könnte. Darüber hinaus weist unsere Studie darauf hin, dass die grüne AF der Haut ein Biomarker zur Vorhersage UVC-induzierter Hautschäden ist.

Schlüsselwörter: NAD+, UV, Hautschäden, Apoptose, grüne Autofluoreszenz

Einleitung

NAD+ spielt eine zentrale Rolle in einer Reihe wichtiger biologischer Prozesse, darunter Energiestoffwechsel, mitochondriale Funktion, Zelltod, DNA-Reparatur und immunologische Funktionen [1, 2]. Eine wachsende Zahl von Befunden deutet darauf hin, dass NAD+ in mehreren Tiermodellen von Erkrankungen signifikante günstige Wirkungen entfalten kann, darunter ischämische Hirnschädigung und ischämische Myokardschädigung [3-5]. Es ist angezeigt, die Wirkungen von NAD+ in verschiedenen Krankheitsmodellen weiter zu bestimmen und die Mechanismen genauer zu untersuchen, die den Wirkungen von NAD+ auf Gewebe- und Organschäden zugrunde liegen [3].

UV-Bestrahlung ist eine wesentliche Ursache zahlreicher Hauterkrankungen, darunter Hautkrebs [6-8]. Sie kann vielfältige pathologische Veränderungen der Haut hervorrufen, darunter Lichtalterung und Hautkrebs [8, 9]. Grund dafür ist, dass sie in der Haut Veränderungen wie oxidativen Stress, Entzündung, DNA-Schäden und Apoptose auslöst [10, 11]. Zwar wurden in mehreren Studien hautschützende Substanzen beschrieben [12, 13], es bleibt aber von großer Bedeutung, neue Wirkstoffe zu finden, die einen deutlichen Schutz vor UV-induzierten Hautschäden bieten können.

Es gibt drei Haupttypen von UV-Strahlung: UVA (320 bis 400 nm), UVB (280 bis 320 nm) und UVC (100 bis 280 nm) [8]. Durch den allmählichen Abbau der atmosphärischen Ozonschicht hat die UVC-Strahlung an der Erdoberfläche zugenommen, was zunehmend zu einem wichtigen Umweltproblem wird [14]. Als ionisierende Strahlung ist UVC ein starkes Mutagen, das Krebs und immunvermittelte Erkrankungen verursachen kann [14]. Die meisten Studien zu Schutzsubstanzen gegen UV-Strahlung haben sich auf Substanzen konzentriert, die vor UVB- oder UVA-induzierten Hautschäden schützen [12, 13]. Daher ist es sehr wertvoll, nach Substanzen zu suchen, die UVC-induzierte Hautschäden deutlich verringern können.

Es ist wichtig, Biomarker für die nichtinvasive Vorhersage UV-induzierter Hautschäden zu finden. Sie können unsere Möglichkeiten zur Früherkennung UV-induzierter Hautschäden und zum frühzeitigen Eingreifen erheblich verbessern [15]. Unsere kürzlich veröffentlichte Studie deutet darauf hin, dass die Intensität der grünen AF der Haut ein Biomarker zur Vorhersage UVB/UVC-induzierter Hautschäden ist [15]. Es sind jedoch weitere Belege nötig, um diesen Befund zu stützen und zu festigen und so diesen neuen Ansatz in der Früherkennung und frühen Intervention bei UV-induzierten Hautschäden zu etablieren.

In der vorliegenden Studie haben wir uns darauf konzentriert, die Wirkungen von NAD+ auf UVC-induzierte Hautschäden bei Mäusen zu bestimmen, und die zugrunde liegenden Mechanismen untersucht. Außerdem haben wir die Aussagekraft der auf grüner AF beruhenden Vorhersage UVC-induzierter Hautschäden erneut geprüft. Unsere Studie zeigt, dass die Gabe von NAD+ UVC-induzierte Hautschäden im Mausmodell deutlich verringern kann, indem sie oxidativen Stress, Entzündung, DNA-Schäden und Apoptose abschwächt. Sie liefert zudem weitere Belege für die Aussagekraft der auf grüner AF beruhenden Methode zur Vorhersage UVC-induzierter Hautschäden.

Material und Methoden

Materialien

Formalin, Hämatoxylin, Eosin und NAD+ wurden von Sigma-Aldrich (St. Louis, MO, USA) bezogen. Die Antikörper gegen SOD2 und Aktin stammten von Santa Cruz Biotechnology (Santa Cruz, CA, USA). Der Antikörper gegen γ-H2AX wurde von Abcam (Cambridge, Vereinigtes Königreich) bezogen. Die Antikörper gegen Bcl-2, Bax, Katalase und COX2 stammten von Cell Signaling Technology (Boston, MA, USA). Alle übrigen Reagenzien hatten den höchsten im Handel erhältlichen Reinheitsgrad.

Herstellung der NAD+-Lösungen

Das Vehikel wurde durch Mischen gleicher Volumina PBS und Glycerin hergestellt. Eine Stammlösung von NAD+ mit einer Endkonzentration von 10 mg/ml wurde durch Zugabe von NAD+ zum Vehikel hergestellt. NAD+ wurde in einer Dosis von 1 mg/cm2 an jedem Ohr verabreicht.

Tierversuche

Männliche C57BL/6-Mäuse im Alter von 6 bis 8 Wochen mit einem Gewicht von 18 bis 22 g (Lingchang Biotechnology Co., LTD., Shanghai) wurden in einer SPF-Tierhaltung bei kontrollierter Temperatur und Luftfeuchtigkeit gehalten. Alle Tierversuche wurden gemäß dem Tierversuchsprotokoll durchgeführt, das von der Bioethikkommission der School of Biomedical Engineering, Shanghai Jiao Tong University, genehmigt wurde. Nach einer Woche Beobachtung wurden die Mäuse mit UVC in Dosen von 0; 0,3; 0,6 und 0,9 J/cm2 bestrahlt. 18 bis 24 Stunden nach der Bestrahlung wurde die grüne AF der Ohren unter einem Zwei-Photonen-Mikroskop (Nikon, Shanghai, China) bestimmt. Drei Tage nach der Bestrahlung wurden die Ohren entnommen und bei -80 °C gelagert.

Bildgebung der grünen AF der Haut: Die Bildgebung der grünen AF der Haut erfolgte wie zuvor beschrieben [15]. Die AF der Haut der Mausohren wurde unter einem Fluoreszenzmikroskop (A1 plus, Nikon Instech Co., Ltd., Tokio, Japan) im Ein-Photonen-Modus aufgenommen, bei einer Anregungswellenlänge von 488 nm und einer Emissionswellenlänge von 500 bis 530 nm. Die AF wurde nach folgendem Verfahren quantifiziert: Auf den gescannten Bildern wurden 16 Felder von 100 μm × 100 μm zufällig ausgewählt. Für jede Schicht wurde die mittlere AF-Intensität berechnet. Anschließend wurde für jedes Feld die Summe der mittleren AF-Intensitäten aller Schichten gebildet, die als AF-Intensität des jeweiligen Feldes definiert ist.

Histologische Untersuchungen: Die histologischen Untersuchungen erfolgten wie zuvor beschrieben [15]. Aus den Ohren der Mäuse wurden Hautbiopsien entnommen und sofort in Paraformaldehyd-Puffer (4 %, w/v) überführt. Nach 12 bis 24 h wurden die Proben in Paraffin eingebettet. Die Hämatoxylin-Eosin-Färbung (H&E) wurde nach dem Protokoll des Herstellers durchgeführt (C0105, Beyotime, Haimen, China).

Immunfluoreszenzfärbung: Die Paraffinschnitte wurden entparaffiniert und anschließend 10 min mit 0,2 % Triton X-100 in PBS inkubiert.

Abbildung 1. UVC induzierte eine dosisabhängige Schädigung der Mäusehaut. A, B. Die Bestrahlung mit 0; 0,3; 0,6 und 0,9 J/cm2 UVC führte zu einer dosisabhängigen Schädigung der Mäusehaut. C. Die Bestrahlungsdosen korrelierten stark mit dem Ausmaß der Hautschädigung. Die Mäuse wurden einer UVC-Bestrahlung in Dosen von 0; 0,3; 0,6 und 0,9 J/cm2 ausgesetzt. Drei Tage nach der Bestrahlung wurde die Hautschädigung mittels H&E-Färbung bestimmt. N = 3. *, P < 0,05; **, P < 0,01. Maßstabsbalken = 100 μm.

Nach dem Waschen mit PBS wurden die Schnitte 1 Stunde bei Raumtemperatur mit 10 % Ziegenserum blockiert und anschließend über Nacht bei 4 °C mit dem Anti-γ-H2AX-Antikörper (ab81299, Cell Signaling Technology, MA, USA) (Verdünnung 1:250) in PBS mit 1 % Ziegenserum inkubiert. Nach dreimaligem Waschen mit PBS wurden die Schnitte 1 Stunde bei Raumtemperatur mit dem Sekundärantikörper Alexa Fluor® 647 Ziege-Anti-Kaninchen-IgG (H+L) (Verdünnung 1:500, Molecular Probes, Eugene, Oregon, USA) in PBS mit 1 % Ziegenserum inkubiert. Nach dreimaligem Waschen mit PBS wurden die Schnitte 5 min bei Raumtemperatur mit DAPI (Verdünnung 1:1000, Beyotime Institute of Biotechnology) in PBS gegengefärbt. Die Fluoreszenzbilder wurden mit einem konfokalen Leica-Mikroskop (Leica Microsystems, Wetzlar, Deutschland) aufgenommen.

Western Blot

Die Haut der Mausohren wurde entnommen und in RIPA-Puffer (Millipore, Temecula, Kalifornien, USA) lysiert, der 1 % Protease-Inhibitor-Cocktail, 1 % Phosphatase-Inhibitor-Cocktail (CWBio, Peking, China) und 1 mM Phenylmethansulfonylfluorid enthielt. Die Lysate wurden 20 min bei 12.000 U/min und 4 °C zentrifugiert. Nach der Quantifizierung der Proteinproben mit dem BCA Protein Assay Kit (Pierce Biotechnology, Rockford, Illinois, USA) wurden 30 μg Gesamtprotein in einem Natriumdodecylsulfat-Polyacrylamid-Gel (10 %) elektrophoretisch aufgetrennt und anschließend auf Nitrozellulosemembranen (0,45 μm) übertragen. Die Blots wurden über Nacht bei 4 °C mit den Primärantikörpern in folgenden Verdünnungen inkubiert: Anti-COX2-Antikörper (Cat#12-282, Cell Signaling Technology, Danvers, MA) (Verdünnung 1:1000), Anti-SOD2-Antikörper (sc-133134, Santa Cruz, Kalifornien, USA) (Verdünnung 1:2000), Anti-Katalase-Antikörper (Cat#14097, Cell Signaling Technology, Danvers, MA) (Verdünnung 1:2000), Anti-Bcl-2-Antikörper (Cat#3498, Cell Signaling Technology, Danvers, MA) (Verdünnung 1:2000), Anti-Bax-Antikörper (Cat#5023, Cell Signaling Technology, Danvers, MA) (Verdünnung 1:2000), Antikörper gegen γ-H2AX (ab81299, Abcam, Cambridge, Vereinigtes Königreich) (Verdünnung 1:4000) und Anti-Aktin-Antikörper (sc-58673, Santa Cruz, Kalifornien, USA) (Verdünnung 1:1000). Anschließend wurden die Blots mit HRP-konjugiertem Ziege-Anti-Kaninchen-IgG (H+L) (Verdünnung 1:4000) (Jackson ImmunoResearch, PA, USA) oder HRP-konjugiertem Ziege-Anti-Maus-IgG (Verdünnung 1:4000, HA1006, HuaBio, Provinz Zhejiang, China) inkubiert. Die Proteinsignale wurden mit einem ECL-Detektionssystem (Thermo Scientific, Pierce, IL, USA) nachgewiesen. Die Bandenintensitäten wurden densitometrisch mit Image J quantifiziert.

Statistische Auswertung

Die Ergebnisse sind als Mittelwerte ± Standardfehler des Mittelwerts (SEM) dargestellt. Die statistische Auswertung erfolgte mit einer zweifaktoriellen Varianzanalyse, gefolgt vom Bonferroni-Post-hoc-Test. P-Werte unter 0,05 galten als statistisch signifikant.

Abbildung 2. UVC induzierte einen dosisabhängigen Anstieg der Intensität der grünen AF der Mäusehaut. A, B. Die Bestrahlung mit 0; 0,3; 0,6 und 0,9 J/cm2 UVC führte zu einem signifikanten und dosisabhängigen Anstieg der grünen AF der Mäusehaut. C. Die Bestrahlungsdosen korrelierten stark mit der Intensität der grünen AF. D. Die Intensität der grünen AF korrelierte stark mit dem Ausmaß der Hautschädigung. Die Mäuse wurden einer UVC-Bestrahlung in Dosen von 0; 0,3; 0,6 und 0,9 J/cm2 ausgesetzt. 18 bis 24 h nach der Bestrahlung wurde die grüne AF der Haut unter einem konfokalen Mikroskop bestimmt. N = 9. *, P < 0,05; ***, P < 0,001. Maßstabsbalken = 20 μm.

Ergebnisse

Die Gabe von NAD+ verringerte bei Mäusen sowohl die UVC-induzierten Hautschäden als auch den UVC-induzierten Anstieg der grünen AF der Haut deutlich

Wir haben die Wirkung einer Bestrahlung mit 0; 0,3; 0,6 und 0,9 J/cm2 UVC auf die Hautschädigung bei Mäusen bestimmt: Die Bestrahlung mit 0; 0,3; 0,6 und 0,9 J/cm2 UVC verursachte eine signifikante Schädigung der Mäusehaut (Abbildung 1A). Die Quantifizierung der Hautschädigung ergab, dass UVC eine signifikante und dosisabhängige Schädigung der Haut hervorrief (Abbildung 1B). Zudem korrelierten die Bestrahlungsdosen stark mit dem Ausmaß der Hautschädigung (Abbildung 1C).

Außerdem haben wir die Wirkung einer Bestrahlung mit 0; 0,3; 0,6 und 0,9 J/cm2 UVC auf die Intensität der grünen AF bei Mäusen bestimmt: Die Bestrahlung mit 0; 0,3; 0,6 und 0,9 J/cm2 UVC führte zu einem erkennbaren Anstieg der grünen AF der Mäusehaut (Abbildung 2A). Die Quantifizierung der Intensität der grünen AF ergab, dass UVC einen signifikanten und dosisabhängigen Anstieg der Intensität der grünen AF der Haut hervorrief (Abbildung 2B). Die Bestrahlungsdosen korrelierten stark mit der Intensität der grünen AF (Abbildung 2C). Zudem korrelierte die Intensität der grünen AF stark mit dem Ausmaß der Hautschädigung (Abbildung 2D).

Anschließend haben wir die Wirkung der Gabe von NAD+ auf die UVC-induzierten Hautschäden bestimmt: Die Gabe von NAD+ verringerte die UVC-induzierten Hautschäden merklich (Abbildung 3A). Die Quantifizierung der Daten ergab, dass die Gabe von NAD+ die UVC-induzierten Hautschäden signifikant verringerte (Abbildung 3B). Die Gabe von NAD+ schwächte außerdem den UVC-induzierten Anstieg der Intensität der grünen AF der Mäusehaut erkennbar ab (Abbildung 3C). Die Quantifizierung der Daten ergab, dass die Gabe von NAD+ den UVC-induzierten Anstieg der Intensität der grünen AF der Mäusehaut signifikant verringerte (Abbildung 3D).

Die Gabe von NAD+ schwächte in der Mäusehaut die UVC-induzierte Abnahme der Spiegel von mitochondrialer Superoxiddismutase (SOD2) und Katalase sowie den UVC-induzierten Anstieg der COX2-Spiegel signifikant ab

Abbildung 3. Die Gabe von NAD+ schwächte bei Mäusen sowohl die UVC-induzierten Hautschäden als auch den UVC-induzierten Anstieg der grünen AF der Haut deutlich ab. A, B. Die Gabe von NAD+ verringerte die UVC-induzierten Hautschäden signifikant. N = 3. ***, P < 0,001. Maßstabsbalken = 100 μm. C, D. Die Gabe von NAD+ schwächte den UVC-induzierten Anstieg der Intensität der grünen AF der Mäusehaut signifikant ab. Nachdem die Mäuse 1 mg/kg NAD+ erhalten hatten, wurden sie einer UVC-Bestrahlung mit einer Dosis von 0,6 J/cm2 ausgesetzt. Drei Tage nach der Bestrahlung wurde die Hautschädigung mittels H&E-Färbung bestimmt. Die grüne AF der Haut wurde unter einem konfokalen Mikroskop bestimmt. N = 10. ***, P < 0,001. Maßstabsbalken = 20 μm.

Wir stellten fest, dass UVC eine signifikante Abnahme der SOD2-Aktivität in der Mäusehaut induzierte, die durch die Gabe von NAD+ signifikant abgeschwächt wurde (Abbildung 4A und 4B). UVC induzierte außerdem eine signifikante Abnahme der Katalase-Spiegel in der Mäusehaut, die durch die Gabe von NAD+ signifikant abgeschwächt wurde (Abbildung 4C, 4D).

Außerdem stellten wir fest, dass UVC in der Mäusehaut einen signifikanten Anstieg der Spiegel von COX2 induzierte, einem Entzündungsmarker [16] (Abbildung 5A, 5B). Die Gabe von NAD+ schwächte den UVC-induzierten Anstieg der COX2-Spiegel signifikant ab (Abbildung 5A, 5B).

Die Gabe von NAD+ schwächte den UVC-induzierten Anstieg der dsDNA-Schäden in der Mäusehaut signifikant ab

Unsere Western-Blot-Analysen zeigten, dass UVC einen signifikanten Anstieg der Spiegel des phosphorylierten Proteins γ-H2AX induzierte, eines Indikators für dsDNA-Schäden [17] (Abbildung 6A, 6B). Die Gabe von NAD+ verhinderte den UVC-induzierten Anstieg von γ-H2AX (Abbildung 6A, 6B). Auch unsere Immunfärbungen zeigten, dass UVC einen erkennbaren Anstieg der Proteinspiegel von γ-H2AX induzierte, der durch die Gabe von NAD+ verhindert wurde (Abbildung 6C).

Anschließend haben wir die Wirkung der Gabe von NAD+ auf UVC-induzierte apoptotische Signale bestimmt: UVC induzierte eine signifikante Abnahme der Spiegel von Bcl-2, einem zentralen antiapoptotischen Protein [18], die durch die Gabe von NAD+ verhindert wurde (Abbildung 7A, 7B). Dagegen hatte UVC keinen signifikanten Einfluss auf die Spiegel von Bax, einem wichtigen proapoptotischen Protein [18]. Auch die Gabe von NAD+ veränderte sie nicht (Abbildung 7A, 7C). Insgesamt induzierte UVC eine signifikante Abnahme des Bcl-2/Bax-Verhältnisses, die durch die Gabe von NAD+ signifikant abgeschwächt wurde (Abbildung 7D).

Diskussion

Die wichtigsten Befunde unserer Studie sind: Erstens korrelierte die UVC-induzierte grüne AF der Haut stark mit dem Ausmaß der UVC-induzierten Hautschädigung; zweitens verringerte die Gabe von NAD+ die UVC-induzierten Hautschäden deutlich; drittens schwächte die Gabe von NAD+ die UVC-induzierte Abnahme der Spiegel von mitochondrialer Superoxiddismutase und Katalase in der Haut signifikant ab; viertens schwächte die Gabe von NAD+ den UVC-induzierten Anstieg des COX2-Spiegels in der Haut signifikant ab; fünftens schwächte die Gabe von NAD+ den UVC-induzierten Anstieg der dsDNA-Schäden in der Haut deutlich ab; und sechstens schwächte die Gabe von NAD+ die UVC-induzierte Abnahme des Bcl-2/Bax-Verhältnisses in der Haut deutlich ab.

Abbildung 4. Die Gabe von NAD+ schwächte die UVC-induzierte Abnahme der Spiegel von SOD2 und Katalase in der Mäusehaut signifikant ab. A, B. UVC induzierte eine signifikante Abnahme der SOD2-Spiegel in der Mäusehaut, die durch die Gabe von NAD+ signifikant abgeschwächt wurde. N = 16; *, P < 0,05. C, D. UVC induzierte eine signifikante Abnahme der Katalase-Spiegel in der Mäusehaut, die durch die Gabe von NAD+ signifikant abgeschwächt wurde. Nachdem die Mäuse 1 mg/kg NAD+ erhalten hatten, wurden sie einer UVC-Bestrahlung mit einer Dosis von 0,6 J/cm2 ausgesetzt. Eine Stunde nach der Bestrahlung wurden die SOD2- und Katalase-Spiegel der Haut mittels Western Blot bestimmt. N = 6. *, P < 0,05.

Abbildung 5. Die Gabe von NAD+ schwächte den UVC-induzierten Anstieg der COX2-Spiegel in der Mäusehaut signifikant ab. A, B. UVC induzierte einen signifikanten Anstieg der COX2-Spiegel in der Mäusehaut, der durch die Gabe von NAD+ signifikant abgeschwächt wurde. Nachdem die Mäuse 1 mg/kg NAD+ erhalten hatten, wurden sie einer UVC-Bestrahlung mit einer Dosis von 0,6 J/cm2 ausgesetzt. Eine Stunde nach der Bestrahlung wurden die COX2-Spiegel der Haut mittels Western Blot bestimmt. N = 6; *, P < 0,05; **, P < 0,01; ***, P < 0,001.

UV-Strahlung ist ein wesentlicher Risikofaktor für eine Reihe von Hauterkrankungen, darunter Hautkrebs [6-8]. Zwar wurden in mehreren Studien hautschützende Substanzen beschrieben, es bleibt aber von großer Bedeutung, neue Wirkstoffe zu finden, die Schutz vor UV-induzierten Hautschäden bieten können. Durch den allmählichen Abbau der atmosphärischen Ozonschicht hat die UVC-Strahlung an der Erdoberfläche zugenommen, was zunehmend zu einem wichtigen Umweltproblem wird [14]. Als ionisierende Strahlung ist UVC ein starkes Mutagen, das Krebs und immunvermittelte Erkrankungen verursachen kann [14]. Daher ist es sehr wertvoll, nach Substanzen zu suchen, die UVC-induzierte Hautschäden deutlich verringern können. Die vorliegende Studie liefert starke Belege dafür, dass NAD+ in diesem experimentellen Modell eine wirksame Substanz zur Verringerung UVC-induzierter Hautschäden ist. Darüber hinaus zeigt unsere Studie die Mechanismen auf, die den schützenden Wirkungen von NAD+ bei UVC-induzierten Hautschäden zugrunde liegen: NAD+ kann UVC-induzierte Hautschäden im Mausmodell verringern, indem es UVC-induzierten oxidativen Stress, Entzündung, DNA-Schäden und Apoptose abschwächt.

Unsere Studie zeigt Mechanismen auf, die der Schutzwirkung von NAD+ gegen UVC-induzierte Hautschäden im Mausmodell zugrunde liegen: Wir stellten fest, dass die Gabe von NAD+ die UVC-induzierte Abnahme des Bcl-2/Bax-Verhältnisses, eines Indikators für apoptotische Signale, deutlich abschwächen kann. Das deutet darauf hin, dass die Gabe von NAD+ UVC-induzierte Hautschäden zumindest teilweise dadurch verringert, dass sie die UVC-induzierte Apoptose der Haut reduziert. Da dsDNA-Schäden ein wichtiger Auslöser von Apoptose sind [19], legt unser Befund, dass die Gabe von NAD+ den UVC-induzierten Anstieg der dsDNA-Schäden abschwächen kann, nahe, dass die Gabe von NAD+ die UVC-induzierte Apoptose zumindest teilweise durch Abschwächung der UVC-induzierten dsDNA-Schäden verringern kann.

Abbildung 6. Die Gabe von NAD+ schwächte den UVC-induzierten Anstieg der γ-H2AX-Spiegel in der Mäusehaut signifikant ab. A, B. UVC induzierte einen signifikanten Anstieg der Proteinspiegel von γ-H2AX in der Mäusehaut, der durch die Gabe von NAD+ signifikant abgeschwächt wurde. C. Immunfärbungen zeigten, dass UVC einen Anstieg der Proteinspiegel von γ-H2AX in der Mäusehaut induzierte, der durch die Gabe von NAD+ abgeschwächt wurde. Nachdem die Mäuse 1 mg/kg NAD+ erhalten hatten, wurden sie einer UVC-Bestrahlung mit einer Dosis von 0,6 J/cm2 ausgesetzt. Eine Stunde nach der Bestrahlung wurden die γ-H2AX-Spiegel der Haut mittels Western Blot oder Immunfärbung bestimmt. N = 7. *, P < 0,05. Maßstabsbalken = 20 μm.

Da UVC eine ionisierende Strahlung ist, kann UVC den oxidativen Stress in der Haut erhöhen [6-8], einen wichtigen pathologischen Faktor bei UVC-induzierten Hautschäden. Es war daher zu erwarten, dass UVC in unserer Studie die Aktivität von Katalase und SOD2 verringerte. Unsere Studie zeigte, dass die Gabe von NAD+ die UVC-induzierte Abnahme der SOD2- und Katalase-Aktivität signifikant abschwächen kann. Das weist darauf hin, dass NAD+ UVC-induzierte Hautschäden zumindest teilweise durch Abschwächung von oxidativem Stress verringert. Da oxidativer Stress dsDNA-Schäden [20] und Apoptose [21] auslöst, legt unser Befund nahe, dass die Gabe von NAD+ den UVC-induzierten Anstieg von dsDNA-Schäden und Apoptose zumindest teilweise durch Verringerung des oxidativen Stresses abschwächen könnte. Entzündung ist ein entscheidender pathologischer Faktor bei UV-induzierten Hautschäden [22]. Unsere Studie hat gezeigt, dass die Gabe von NAD+ den UVC-induzierten Anstieg der COX2-Spiegel signifikant abschwächen kann. Das deutet darauf hin, dass eine geringere Entzündung ein weiterer wichtiger Mechanismus sein könnte, der den günstigen Wirkungen von NAD+ bei UVC-induzierten Hautschäden zugrunde liegt.

Unsere Studien deuten darauf hin, dass die grüne AF der Haut ein neuer Biomarker für die Diagnose mehrerer schwerer Erkrankungen ist, darunter akuter ischämischer Schlaganfall und Lungenkrebs [23]. Unsere kürzlich veröffentlichte Studie deutet außerdem darauf hin, dass die Intensität der grünen AF der Haut ein Biomarker zur Vorhersage UVC-induzierter Hautschäden ist [15]. Die vorliegende Studie liefert weitere Belege für diesen Befund: Die UVC-induzierte grüne AF der Haut korrelierte stark mit den UVC-induzierten Hautschäden. Diese neue Methode hat daher gutes Potenzial für künftige Anwendungen bei der Vorhersage UVC-induzierter Hautschäden.

Zusammenfassend weist die vorliegende Studie nicht nur auf NAD+ als neue Substanz zur Verringerung UVC-induzierter Hautschäden in diesem experimentellen Modell hin, sondern liefert auch weitere Belege für die Aussagekraft unserer Technologie zur Vorhersage UVC-induzierter Hautschäden. Die Mechanismen, die der Aussagekraft dieser Technologie zugrunde liegen, sollten weiter untersucht werden.

Abbildung 7. Die Gabe von NAD+ schwächte die UVC-induzierte Abnahme des Bcl-2/Bax-Verhältnisses in der Haut von Mäusen signifikant ab. A, B. UVC induzierte eine signifikante Abnahme der Bcl-2-Spiegel, die durch die Vorbehandlung mit NAD+ verhindert wurde. A, C. UVC hatte keinen signifikanten Einfluss auf die Bax-Spiegel, die auch durch die vorherige Gabe von NAD+ nicht verändert wurden. D. UVC induzierte eine signifikante Abnahme des Bcl-2/Bax-Verhältnisses, die durch die Gabe von NAD+ verhindert wurde. Nachdem die Mäuse 1 mg/kg NAD+ erhalten hatten, wurden sie einer UVC-Bestrahlung mit einer Dosis von 0,6 J/cm2 ausgesetzt. Eine Stunde nach der Bestrahlung wurden die Spiegel von Bcl-2 und Bax in der Haut mittels Western Blot bestimmt. N = 6; *, P < 0,05.

Danksagung

Die Autorinnen und Autoren danken für die Förderung durch das Shanghai Municipal Science and Technology Major Project (Förderkennzeichen 2017SHZDZX01) (an W.Y.) sowie durch einen SJTUSTAR Medical-Engineering Interdisciplinary Youth Fund der Shanghai Jiao Tong University (YG2019QNA36) an Y.Z.

Erklärung zu Interessenkonflikten

Keine.

Korrespondenzadresse: Dr. Weihai Ying, School of Biomedical Engineering and Med-X Research Institute, Shanghai Jiao Tong University, Shanghai 200030, P. R. China. E-Mail: weihaiy@sjtu.edu.cn; Dr. Mingchao Zhang, Multiscale Research Institute of Complex Systems, Fudan University, Shanghai 200433, P. R. China. E-Mail: 1058697003@qq.com

Quellen