UVA诱导人黑色素细胞DNA损伤与突变谱解析：揭示黑色素瘤突变新机制

为解决UVA在黑色素瘤突变起源中的争议，本研究通过单碱基分辨率全基因组DNA损伤图谱和单细胞克隆测序技术，首次揭示人黑色素细胞中UVA特异性诱导TT序列环丁烷嘧啶二聚体(CPD)但不具显著致突变性，而内源性氧化损伤导致的G/C>T/A突变与黑色素瘤特征性SBS18高度匹配，为皮肤癌机制研究提供重要理论依据。

　　

黑色素瘤作为最具侵袭性的皮肤癌类型，其发病率在过去几十年间持续上升，已成为全球公共卫生的重要挑战。大多数黑色素瘤发生在阳光暴露的皮肤部位，并携带典型的紫外线特征性突变，主要表现为二嘧啶序列(TC、CC和CT)处的C>T转换。这些突变模式与UVB(280-320 nm)辐射诱导的环丁烷嘧啶二聚体(cyclobutane pyrimidine dimers, CPD)密切相关。然而，黑色素瘤基因组中还存在其他未知来源的突变特征，特别是SBS7c、SBS7d以及氧化应激相关特征SBS18和SBS38。相较于UVB，地表日光中95%的能量来自UVA辐射(320-400 nm)，其穿透能力更强，可直达表皮基底层的黑色素细胞。但数十年来，UVA是否以及如何参与黑色素瘤形成仍存在争议。

为解决这一科学问题，来自Van Andel研究所的Gerd P. Pfeifer团队在《Nucleic Acids Research》发表了开创性研究。研究人员采用单碱基分辨率全基因组DNA损伤测绘技术(circle-damage-sequencing, CD-seq)和单细胞克隆全基因组测序方法，系统分析了UVA在人黑色素细胞中诱导的DNA损伤类型及其突变特征。研究涉及五种不同来源的人原代表皮黑色素细胞(包括新生儿包皮黑色素细胞HEM-neo和HEMn-LP、成人黑色素细胞HEM-ad，以及端粒酶永生化细胞系Hermes-3a和Hermes-4a)，通过UVA(340-400 nm)和UVB(302 nm)照射实验，结合定量损伤检测与突变分析。

研究首先通过CD-seq技术精确绘制了DNA损伤图谱。该技术通过将基因组DNA片段化后环化，利用特异性修复酶(T4-PDG/APE1用于CPD，Fpg/APE1用于8-oxoG)在损伤位点产生双链断裂，再通过接头连接和高通量测序，实现全基因组范围内单碱基精度的损伤定位。对于突变分析，研究人员在UVA照射后通过单细胞克隆培养获得遗传背景一致的细胞群，进而进行全基因组测序和生物信息学分析，使用VarScan2和Mutect2双流程进行突变检测，并通过Mutalish工具进行突变特征分解。

研究结果揭示多个重要发现：

"UVA radiation induces CPDs with a sequence specificity different from that of UVB"部分表明，UVA特异性诱导TT序列处的CPD形成，这与黑色素瘤特征SBS7d高度相似(余弦相似度0.74-0.79)，而UVB则主要产生含胞嘧啶的CPD(TC/CT/CC)，与SBS7c匹配。

"Dark CPDs"研究显示，在停止照射后的暗培养条件下，CPD水平未出现预期中的"暗CPD"增长，反而随时间推移逐步降低，表明黑色素细胞具有有效的DNA修复能力。

"Oxidative DNA damage after UVA irradiation"部分通过8-oxoG测绘发现，UVA照射并未显著增加氧化损伤水平，内源性8-oxoG的序列特征与氧化应激特征SBS18高度一致(余弦相似度0.88)。

"Melanocyte mutations in control and UVA-irradiated cells"部分证实，单细胞克隆中的主要突变类型为G/C>T/A，与SBS18特征匹配，且该突变谱在照射组与对照组间无显著差异，表明其来源于内源性过程而非UVA诱导。

"Mutation signature reconstruction from melanocytes"通过特征分解进一步验证，黑色素细胞的主要突变特征为SBS3(与BRCA缺陷相关)和SBS18(氧化损伤相关)，而非典型的UV特征。

研究结论深刻指出，尽管UVA能够在黑色素细胞中诱导特异性CPD损伤，但这些损伤由于高效修复和准确跨损复制而并不直接导致突变。相反，黑色素细胞中固有的氧化应激环境导致的8-oxoG积累及其引发的G/C>T/A突变，可能是黑色素瘤中SBS18特征的重要来源。这一发现重新诠释了UVA在黑色素瘤发生中的作用机制，强调内源性氧化损伤而非直接的UVA诱变效应可能是关键因素。研究结果对评估紫外线防护策略、理解黑色素瘤发病机制以及开发针对性预防措施具有重要科学价值，为皮肤癌生物学提供了新的理论框架。