一项为期28天的小鼠对比研究，探讨了外用芳烃受体配体的效果：这些配体包括来自微生物群的吲哚类化合物、具有治疗作用的塔皮纳罗夫（tapinarof）、污染物2,3,7,8-四氯二苯并-p-二氧英（2,3,7,8-tetrachlorodibenzo-p-dioxin）以及柴油尾气颗粒

《Chemico-Biological Interactions》：Comparative 28-day mouse study of topically applied aryl hydrocarbon receptor ligands: microbiota-derived indoles, therapeutic tapinarof, pollutants 2,3,7,8-tetrachlorodibenzo- p-dioxin and diesel exhaust particles

本研究比较了微生物来源吲哚（IPY、IAld）、治疗剂Tapinarof及污染物TCDD、DEP对小鼠皮肤和系统性的影响，发现Tapinarof和HC-TCDD显著诱导皮肤角化过度及皮脂腺萎缩，且激活Nrf2通路；低剂量TCDD和DEP无显著皮肤效应，IPY、IAld生物利用度低。

　　

苏巴什·索兰基（Subhash Solanki）| 西耶达·马什尼亚·塔斯尼姆（Syeda Mashnia Tasnim）| 劳伦·L·汤普森（Lauren L. Thompson）| 马杜苏丹·阿莱（Madhusudhan Alle）| 布兰登·沃德（Brandon Ward）| 安德烈·T·斯洛明斯基（Andrzej T. Slominski）| 佐里卡·扬耶托维奇（Zorica Janjetovic）| 特蕾莎·约兹维卡（Teresa Jozwicka）| 帕特里夏·埃尔德曼斯卡（Patrycja Erdmańska）| 黛博拉·明扎吉（Deborah Minzaghi）| 卡里·海斯·萨特（Carrie Hayes Sutter）| 伊丽莎白·A·格赖斯（Elizabeth A. Grice）| 托马斯·R·萨特（Thomas R. Sutter）

美国田纳西州孟菲斯市孟菲斯大学生物科学系，邮编38152

摘要

芳烃受体（AHR）调节皮肤对微生物、治疗剂和污染物的反应。虽然AHR的激活与皮肤疾病的病因和治疗有关，但不同配体类别的比较效应仍研究不足。在这里，我们评估了不同AHR配体局部应用28天后的全身和皮肤效应。C57BL/6J小鼠分别接受了微生物群衍生的吲哚-3-丙酮酸（IPY，1%）、吲哚-3-醛（IAld，0.01%）、治疗剂塔皮纳罗夫（TAP，1%）以及污染物2,3,7,8-四氯二苯并-p-二氧英[TCDD，0.000003%（高剂量）或0.0000003%（低剂量）]或柴油尾气颗粒（DEP，0.1%）的处理。评估了全身效应、皮肤状况以及类似氯痤疮的结果。只有高剂量的TCDD导致了轻微的全身效应，包括早期肝损伤迹象。虽然DEP恶化了整体皮肤状况指数，但经皮水分流失、耳部厚度、抓挠和梳理行为在所有化学物质处理组中均未改变。TAP和高剂量TCDD均增加了脱屑，并产生了以角化过度、皮脂腺萎缩和囊肿形成为特征的类似氯痤疮的病理变化。TCDD导致表皮萎缩，而TAP则导致表皮增生、毛囊扩张和广泛的角化过度。TAP和高剂量TCDD在增加Cyp1a1和Cyp1b1 mRNA方面同样有效，但TAP更倾向于增加Nrf2靶基因Epgn、Sprr2d和Slpi，这些基因先前已被报道可驱动小鼠的类似氯痤疮的反应。人类角质形成细胞也显示出TAP对Epgn和SPRR2D的类似诱导作用。这些发现突显了AHR激活剂特定的皮肤效应，部分与选择性配体激活调节信号通路的不同有关。

引言

皮肤是一个复杂的初级屏障器官，其功能由皮肤细胞与环境因素（包括常驻微生物群）之间的相互作用精细调节。已知这些相互作用的调节因子是芳烃受体（AHR），这是一种细胞质中的配体激活型转录因子。在没有配体的情况下，热休克蛋白90（HSP90）、P23和芳烃受体相关蛋白9（ARA9）会与AHR结合并将其限制在细胞质中。配体结合后，AHR转移到细胞核并与芳烃受体核转运蛋白（ARNT）二聚化。这种异二聚体与DNA中的外源性物质反应元件（XREs）结合，从而启动目标基因（如细胞色素P450家族1亚家族a酶CYP1A1和CYP1B1）的表达。AHR整合环境因素、微生物群衍生的化学物质和药理信号，以调节外源性物质的代谢、免疫反应、脂质稳态和表皮屏障完整性。在皮肤中，AHR在角质形成细胞和皮脂细胞中高度表达，调节它们的分化和炎症信号通路。

特应性皮炎（AD）和银屑病是慢性皮肤炎症性疾病，其特征是瘙痒、屏障功能障碍和免疫反应失调。遗传和环境因素都对这些影响数百万人的疾病有所贡献。AHR在皮肤稳态和疾病中的作用尚不清楚。尽管有流行病学证据表明污染物、AHR激活和皮肤疾病之间存在关联，但AHR活性失调被认为与AD和银屑病有关，这两种疾病都与屏障缺陷、免疫失调和氧化应激有关。表达表皮持续活性AHR（AHR-CA）的转基因小鼠会出现类似AD的症状，包括瘙痒、皮肤移位、屏障功能障碍和过敏性皮肤炎症。这些效应是通过AHR介导的神经生长因子artemin的诱导实现的，并可通过剪指甲或中和artemin的抗体来阻断。一些依赖于AHR的效应可以通过柴油尾气颗粒（DEP）或合成致癌物二甲基苯并蒽来复制，这支持某些AHR激动剂可能导致AD的观点。相比之下，使用强效的内源性AHR配体6-甲酰吲哚(3,2-b)咔唑（FICZ）进行治疗不会引起这些不良效应。此外，有研究表明FICZ可以促进表皮屏障功能，并减轻伊莫喹莫德诱导的银屑病样炎症。

环境污染物2,3,7,8-四氯二苯并-p-二氧英（TCDD）是一种高度选择性和高亲和力的AHR配体，在许多动物物种中会引起广泛的毒性反应。在人类中，最显著的病理变化之一是氯痤疮，其特征是皮脂腺萎缩、表皮角化过度和CYP1酶的过度激活。Saurat及其同事将这种状况称为MADISH（代谢获得性二氧英诱导的皮肤错构瘤），强调代谢酶的大量增加以及形成储存极高浓度TCDD的良性错构瘤。近年来，通过多种暴露途径用二氧英或相关化学物质处理的小鼠也出现了类似的类似氯痤疮的反应。

塔皮纳罗夫（TAP）是一种茚并苯化合物，已被批准为“第一类”治疗性AHR激活剂。关于TAP的研究显示，在III期试验中其对AD和银屑病的疗效积极，停药后可持续缓解。机制上，TAP在小鼠中诱导了典型的AHR靶基因如Cyp1a1和Cyp1b1。TAP还被报道可以增加核因子红系2样2（NFE2L2，NRF2）调控的抗氧化酶（如NAD(P)H醌氧化还原酶1（Nqo1），这一特性被认为具有额外的皮肤保护作用。

一类新兴的AHR激活剂包括微生物群衍生的色氨酸代谢物，如吲哚-3-丙酮酸（IPY）、吲哚-3-醛（IAld）和吲哚-3-乙酸（IAA）。这些化合物似乎对多种屏障器官具有保护作用，能够增强表皮分化、保护屏障功能，并具有抗炎和抗氧化特性。早期研究表明，共生皮肤微生物群通过角质形成细胞中的AHR调节皮肤屏障功能和修复。在其他研究中，特定的皮肤微生物群衍生的色氨酸代谢物被鉴定出来，这些化学物质能够改善表皮屏障修复，并以AHR依赖的方式减少MC903 AD小鼠模型中的胸腺基质淋巴细胞相关皮肤炎症。

尽管对皮肤中AHR信号通路进行了广泛的研究，但在正常皮肤中长期局部暴露下直接比较不同配体的特定效应仍不足。为填补这一知识空白，本研究报道了使用三类主要配体（微生物吲哚、治疗调节剂和环境污染物）进行28天长期局部暴露的结果。据报道，TCDD和DED的浓度在该治疗方案下会引起类似氯痤疮和AD的效应。其他测试化学物质的浓度基于其已报道的对皮肤有效的剂量。通过检测Cyp1a1和Cyp1b1的生物标志物反应来估计化合物的生物利用度。在可能的情况下，比较了等效的有效浓度。我们使用一系列皮肤状况反应来评估每种配体的效应，以识别氯痤疮和AD效应。我们还评估了全身暴露的程度以及对肝脏和肾脏结构和功能的潜在影响。这种方法允许直接比较正常皮肤屏障表型和AHR配体的潜在不良皮肤效应。

化学品和试剂

购买的化学品和试剂包括：二甲基亚砜（DMSO，Sigma-Aldrich，D2650，威斯康星州密尔沃基），TAP（MedChemExpress，HY109044，新泽西州蒙茅斯 junction），IPY（Sigma-Aldrich，I7017，密苏里州圣路易斯），IAld（Sigma-Aldrich，129445-5G，密苏里州圣路易斯），TCDD（Cambridge Isotope Laboratories，ED-901-B，马萨诸塞州特克斯伯里），丙二醇（Sigma-Aldrich，P4347，密苏里州圣路易斯），DEP（Sigma-Aldrich，NIST1650b，密苏里州圣路易斯），RNA STAT-60（TEL-TEST INC.）

结果

小鼠每周5天接受载体或化合物的局部处理，共4周。评估了全身和皮肤效应（见补充图1）。

讨论

本研究比较了28天局部暴露于微生物群衍生的吲哚（IPY、IAld）、治疗剂（TAP）和污染物（TCDD、DEP）的药理/毒理效应，这些物质均已知可以激活AHR。微生物群衍生的吲哚（IPY和IAld）在体内短期和长期研究中的效果较低，这与它们在体外较低的效力一致，并且在小鼠中产生的效应较小且短暂，这与维持皮肤稳态有关。

结论

对于所测试的化学物质，我们的发现表明AHR激活剂的生物学效应具有化学特异性。对于IPY和IAld，效力和生物利用度的显著差异似乎是主要的影响调节因素。IPY的皮肤渗透性体现在背部皮肤和耳朵皮肤反应之间的差异上，较薄的耳朵皮肤导致面积显著减少。在TCDD和TAP的比较中，等效剂量的TAP...

CRediT作者贡献声明

西耶达·马什尼亚·塔斯尼姆（Syeda Mashnia Tasnim）：撰写 – 审稿与编辑、方法学、研究、数据分析。帕特里夏·埃尔德曼斯卡（Patrycja Erdmańska）：撰写 – 审稿与编辑、研究。黛博拉·明扎吉（Deborah Minzaghi）：撰写 – 审稿与编辑、数据管理、资源获取、项目管理、方法学、研究、资金获取、数据分析、概念化。伊丽莎白·A·格赖斯（Elizabeth A Grice）：撰写 – 审稿与编辑、数据可视化

利益冲突声明

作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。TRS是Chemico-Biological Interactions的编委会成员。

数据可用性

与本手稿相关的数据在正文或补充信息中提供，除了皮肤移位数据。更多信息或试剂需求可联系通讯作者。

资助

本工作得到了美国国立卫生研究院（National Institutes of Health）的资助，资助编号为R01AR079856、R01ES017014和P30AR069589。

利益冲突声明

? 作者声明以下财务利益/个人关系可能被视为潜在的利益冲突：托马斯·R·萨特（Thomas R. Sutter）报告称获得了美国国立卫生研究院的财务支持。伊丽莎白·A·格赖斯（Elizabeth A. Grice）报告称获得了美国国立卫生研究院的财务支持。鉴于托马斯·R·萨特是Chemico-Biological Interactions编委会成员，他没有参与本文的同行评审，也无法访问有关其同行评审的信息。

致谢

奥马尔·斯卡利（Omar Skalli，孟菲斯大学）担任综合显微镜中心主任。唐尼·雷（Donny Ray，孟菲斯大学）担任动物设施主任。泽雷克·鲍威尔（Zereque Powell，孟菲斯大学）和雅各布·塞勒斯（Jacob Sellers，孟菲斯大学）提供技术支持。艾米·阿贝尔（Amy Abell，孟菲斯大学）协助进行显微图像分析。