氯乙酸通过cGAS/STING/NF-κB通路诱导皮肤衰老的机制研究：从细胞、人体外植体到动物模型的全面解析

本研究针对氯乙酸类消毒副产物在泳池等环境中高浓度存在且皮肤暴露风险显著的问题，通过构建人全层皮肤模型，结合HaCaT细胞、人体皮肤外植体及大鼠模型，系统揭示了氯乙酸（MCA/DCA/TCA）通过激活cGAS-STING-NF-κB信号通路诱导皮肤屏障破坏、DNA损伤及细胞衰老的分子机制，为环境污染物皮肤毒性评估提供了新靶点和理论依据。

　　

在游泳池畅游的清凉背后，隐藏着一种潜在的健康威胁——氯乙酸类消毒副产物。这类物质包括一氯乙酸（MCA）、二氯乙酸（DCA）和三氯乙酸（TCA），它们是非挥发性的，广泛存在于游泳池水、饮用水甚至雨水中。尤其令人担忧的是，游泳池中氯乙酸的浓度远高于饮用水，而皮肤作为人体最大的器官，首当其冲地暴露于这些污染物中。尽管以往研究多关注其口服毒性，但皮肤暴露的风险及其机制却鲜为人知。更值得注意的是，氯乙酸与皮肤过早老化、炎症甚至皮肤癌的关联尚未明确，其背后的分子通路更是迷雾重重。

针对这一科学盲区，来自辽宁大学的研究团队在《Ecotoxicology and Environmental Safety》上发表了一项突破性研究。他们首次构建了一个贴近真实环境的人全层皮肤暴露模型，从细胞、人体外植体到动物模型三个层面，系统揭示了氯乙酸如何通过一条新发现的免疫通路——cGAS-STING-NF-κB，驱动皮肤衰老的详细机制。

为了攻克这一难题，研究人员运用了多项关键技术：首先，他们采用人永生化角质形成细胞（HaCaT细胞）进行体外毒性测试，通过MTT法、台盼蓝染色和AO/PI染色评估细胞活力；其次，他们创新性地利用手术废弃的健康人皮肤组织构建了全厚度皮肤外植体模型，模拟真实暴露场景；第三，他们建立了大鼠急性皮肤损伤模型，通过局部涂抹氯乙酸溶液观察皮肤病理变化；第四，通过ROS荧光探针、流式细胞术和ELISA法检测氧化应激和DNA损伤标志物（如8-OHdG和γ-H2AX）；最后，借助Western blot、免疫荧光和siRNA基因沉默技术，深入解析了cGAS-STING-NF-κB通路的激活机制及其在衰老中的作用。这些多层次的技术组合，不仅减少了动物实验的使用，更全面涵盖了从分子到整体的毒性响应。

3.1. 氯乙酸降低表皮细胞活力

通过MTT、台盼蓝和AO/PI三种方法检测发现，氯乙酸处理24小时后，HaCaT细胞活力呈浓度依赖性下降。其中MCA的毒性最强，其半抑制浓度（IC₅₀）约为4 mM，而DCA和TCA在相同浓度下细胞存活率仍较高。细胞形态也出现异常，边缘模糊，提示氯乙酸直接损伤细胞膜结构和功能。

3.2. 氯乙酸破坏皮肤屏障结构

在人皮肤外植体中，氯乙酸处理导致表皮细胞收缩、形态不规则、结构松散。免疫荧光和Western blot结果显示，皮肤屏障关键蛋白（丝聚蛋白Filaggrin、紧密连接蛋白ZO-1和外皮蛋白Involucrin）的表达均显著降低，证实氯乙酸破坏了皮肤的物理和化学屏障功能。

3.3. 氯乙酸诱导ROS过表达和DNA损伤

氯乙酸显著升高了细胞内活性氧（ROS）水平，激活了MAPK通路（JNK和P38磷酸化增强）。同时，DNA损伤标志物8-OHdG水平和γ-H2AX/H2AX比值明显上升，表明DNA双链断裂发生。这一现象在HaCaT细胞和人体外植体中均得到验证，说明氯乙酸通过氧化应激间接导致遗传物质损伤。

3.4. 氯乙酸激活NF-κB通路

NF-κB通路是连接氧化应激和炎症的关键桥梁。研究发现，氯乙酸处理增加了IκB和P65的磷酸化水平，促使P65核转位，进而上调多种炎症因子（如IL-1β、IL-18、IL-6、TNF-α）和基质金属蛋白酶MMP-9的表达。这些因子共同构成了衰老相关分泌表型（SASP），加剧炎症微环境。

3.5. 氯乙酸诱导早熟性细胞衰老

β-半乳糖苷酶染色显示，氯乙酸处理后衰老细胞比例显著增加。细胞周期分析发现G1期阻滞，增殖受抑制。衰老标志蛋白P21和P16的表达也大幅上升，证实氯乙酸推动细胞进入不可逆的衰老状态。

3.6. 氯乙酸激活cGAS-STING通路

机制上，氯乙酸引起的DNA损伤导致胞质DNA积累，从而激活cGAS-STING通路。Western blot结果显示cGAS、STING蛋白水平升高，下游TBK1和NF-κB磷酸化增强。这条通路的激活是连接DNA损伤与炎症衰老的核心环节。

3.7. 氯乙酸引起大鼠急性皮肤损伤

动物实验中，局部暴露氯乙酸导致大鼠皮肤出现红斑、水肿、结痂和撕裂。组织学显示表皮增厚、细胞排列紊乱和炎症浸润。β-半乳糖苷酶染色和衰老蛋白表达增加进一步证实皮肤呈现衰老样特征。

3.8. 氯乙酸通过cGAS-STING-NF-κB通路引起皮肤衰老

大鼠皮肤中同样观察到NF-κB通路激活、炎症因子上升、DNA损伤及cGAS-STING信号亢进，与体外实验结论一致。

3.9. cGAS是氯乙酸诱导皮肤损伤的关键

通过siRNA沉默cGAS表达后，氯乙酸引起的TBK1/NF-κB磷酸化及P21/P16上升均显著缓解，证实cGAS是这一毒性通路的核心靶点。抑制cGAS可有效阻断衰老进程。

综合讨论与结论，本研究首次阐明氯乙酸通过诱导ROS生成和DNA损伤，激活cGAS-STING天然免疫通路，进而驱动NF-κB介导的炎症反应和细胞衰老。这一机制在细胞、人体外植体和大鼠模型中均得到验证，突出了环境污染物通过免疫通路加速皮肤老化的新机制。更重要的是，研究提出的全厚度皮肤模型为替代动物实验提供了可靠平台，而cGAS靶点的发现为干预氯乙酸毒性提供了新策略。在当前游泳池氯消毒剂广泛使用的背景下，这项研究不仅揭示了潜在健康风险，也为制定水质标准和开发抗衰老疗法提供了科学依据。