基于表皮角蛋白及其相关蛋白作为预测检测紫外光损伤的生物标志物的检测方法及其应用技术领域
本发明涉及预测和检测紫外光诱导皮肤损伤的生物标志物，具体是基于检测表皮
中角蛋白以及角蛋白相关蛋白变化，作为预测和检测紫外光诱导皮肤损伤的生物标志物的
检测方法及其应用。
背景技术
阳光中的紫外线是人的皮肤受到紫外线辐射损伤的主要原因，紫外线辐射对于皮
肤会产生多种病理作用，例如皮肤红肿，脱皮，炎症，溃烂，以及多种皮肤疾病等，并会产生
大量活性氧化物，造成皮下细胞的DNA损伤，加速皮肤衰老。事实上，人体皮肤衰老90%的原
因是由于紫外线照射，而紫外线诱导的最严重的疾病是皮肤癌，已有研究证明，90%以上的
皮肤癌是由阳光中的紫外线照射引起的。皮肤癌患者占所有癌症患者中的40%，全世界每年
有300多万新发皮肤癌病例，而皮肤癌基金会也指出，五分之一的美国人在一生中的某个阶
段会得皮肤癌。随着人类工业化的进展，大气层中负责阻挡紫外线的臭氧层在不断变薄，有
专家曾预测，臭氧层厚度减少1%，紫外线辐射强度增加2%。因此，对于皮肤紫外线损伤的检
测对于人们提高皮肤的健康水平、防止皮肤癌等重大皮肤疾病的产生，都有着重大的社会
经济意义和临床价值。
而在我国，由于人口压力巨大，诊断和就医困难，紫外皮肤损伤尚未得到足够的重
视，往往很多皮肤受创患者只有受到特别强的皮损后才会门诊就医，而使得近年来，我国乃
至于全世界紫外创伤导致的皮肤病和皮肤癌患者数量逐渐增多。因此，有效的皮肤紫外损
伤的检测方法和手段，以及低成本便携式的紫外损伤检测设备，对于皮肤健康的监测、皮肤
疾病特别是皮肤癌的诊断和治疗，意义重大。
现在临床上皮肤紫外线损伤的诊断以皮肤科医生目测为主，对医生的经验依赖性
强，且只能对较严重的皮肤损伤进行评估，无法实现对紫外线造成的积累性皮肤损伤，特别
是皮肤癌变的早期诊断。现有的皮肤损伤检测仪器，只能通过紫外光在组织传播过程中的
吸收不同，对皮下进行反射成像实现一个非常粗略的估计。其原理是:紫外灯照射皮肤，检
测皮肤反射回的光线，由于正常皮肤组织和受损区域对光线的吸收系数不同，将反射或散
射回来的光线进行成像，从而可以对皮肤内黑色素、水分、脂质的含量做一个非常粗略的估
计。由于激光在组织中的传播对于散射非常敏感，而且根据瑞利散射和弥散射原理，光子散
射量与波长的四次方成反比，对于紫外光这种超短波长而言，其在皮肤组织的传播受到散
射的干扰已经非常显著，同时紫外光在正常细胞中的吸收也非常强烈，因此，这种反射成像
会受到非常多因素的干扰，准确率和重复性都非常低。对于同样一个人而言，在不同组织，
或同样组织中的不同肌肉状态下的测量，可能测得的结果差异已经与紫外受损造成的差异
相当。因此，这类仪器清晰度、灵敏度差，无法检测紫外线造成的早期皮肤损伤，对皮肤损伤
及进一步的皮肤疾病的早期检测和预防毫无指导意义，在临床上几乎没有应用。特别地，对
于皮肤科门诊，往往只能使用光实验对皮肤的紫外敏感性做一个定性评估，其方法是，在一
个非见光皮肤区域，如背部的一块皮肤上进行紫外光照射，然后通过这块皮肤出现的红斑
面积来评价患者的皮肤紫外敏感性，既不准确，也无法进行损伤的直接检测。
发明内容
本发明人研究发现，皮肤经过紫外线照射后，表皮角蛋白以及角蛋白相关蛋白的
结构和含量会发生变化，并且这种变化与皮肤损伤成正比关系；同时X射线没有能力诱导该
变化的发生。因此，本发明基于这一全新发现，突破了现有技术的难题，找到了一种可以准
确地用于预测和检测紫外光诱导皮肤损伤的生物标志物。并且基于该生物标志物，发明了
新的无创检测其变化的方法。
本发明的目的是提出一种基于表皮中表皮角蛋白以及角蛋白相关蛋白的结构和
含量作为紫外光诱导皮肤损伤的生物标志物的检测方法，包括以下步骤：
(1) 在实验对象的皮肤受到包含一定剂量紫外光的光源照射后72小时之内，检测表皮
中角蛋白以及角蛋白相关蛋白的结构以及含量，其中所述剂量 = 紫外光功率×照射时间；
(2) 按照所述步骤(1)的方法，同样检测所述实验对象未受到含紫外光的光源照射的
皮肤中角蛋白以及角蛋白相关蛋白的含量以及结构；
(3) 将所述实验对象经过含紫外光的光源照射的皮肤中角蛋白以及角蛋白相关蛋白
的含量以及结构和未受到含紫外光的光源照射的皮肤中角蛋白以及角蛋白相关蛋白的含
量以及结构相对比，获得经紫外光照射诱发皮肤中角蛋白以及角蛋白相关蛋白的含量以及
结构变化率；
(4) 根据所述经紫外光照射诱发皮肤中角蛋白以及角蛋白相关蛋白的含量以及结构
变化率，预测所述被实验对象的皮肤健康状态。
进一步的，所述检测方法是通过检测角蛋白以及角蛋白相关蛋白的各种性质，从
而判断角蛋白以及角蛋白相关蛋白的含量以及结构，从而预测、检测紫外光诱导的皮肤损
伤。
进一步的，所述检测方法是通过检测角蛋白以及角蛋白相关蛋白的自荧光强度，
从而判断角蛋白以及角蛋白相关蛋白的含量以及结构。
进一步的，所述检测方法是通过检测角蛋白以及角蛋白相关蛋白的光谱，从而判
断角蛋白以及角蛋白相关蛋白的含量以及结构。
进一步的，所述检测方法是通过检测角蛋白以及角蛋白相关蛋白的拉曼光谱，从
而判断角蛋白以及角蛋白相关蛋白的含量以及结构。
进一步的，所述检测方法是通过检测角蛋白以及角蛋白相关蛋白的所有光学性
质，从而判断角蛋白以及角蛋白相关蛋白的含量以及结构。
进一步的，所述检测方法，是通过检测角蛋白以及角蛋白相关蛋白的厚度，结构等
物理性质，从而判断角蛋白以及角蛋白相关蛋白的含量以及结构。
本发明还提供一种基于检测角蛋白以及角蛋白相关蛋白变化预测检测紫外损伤
的生物标志物的应用。
本发明利用紫外线诱发的早期角蛋白以及角蛋白相关蛋白含量和结构的变化与
后期皮肤损伤成正比的关系，为临床预测和检测紫外光诱导的皮肤损伤建立基础，可以准
确且尽早的发现紫外光诱导的皮肤损伤，是患者得到及时的治疗。同时，本发明提供了一种
检测方法，作为一种简化的角蛋白以及角蛋白相关蛋白含量和结构变化的检测方式。既可
以在高端精密的医学诊断中得到应用，也可以在便捷、家庭中预测和检测紫外损伤中得到
应用，非常利于普及。
附图说明
图1 为UVC照射皮肤24小时内皮下角蛋白自发荧光的三视图。
图2 为UVA，UVB，UVC照射皮肤24小时内皮下角蛋白的光谱图。
图3 为角蛋白荧光强度与皮肤损伤的相关性拟合。
具体实施方式
下面将通过具体描述，对本发明作进一步的说明。
除非另有限定，本文中所使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域
的普通技术人员通常理解相同的含义。
发明人进行了大量的实验，确定了紫外线诱导皮肤损伤后的角蛋白及角蛋白相关
蛋白结构和含量的变化程度与皮肤损伤程度关系。
根据本发明，使用雄性C57小鼠，UVC、照射的小鼠重量在15-25g范围之间，UVB/UVA
照射的小鼠重量在18-25g范围之间。紫外线辐射完成后，小鼠在动物房中进行饲养，条件为
22-24℃，12小时的明/暗循环，并可自由进食取水。
24小时内，使用激光共聚焦显微镜对紫外线照射的皮肤进行无创成像。其后一天
或五天后牺牲小鼠，取损伤皮肤组织，进行H&E（苏木精&伊红染色）检测。小鼠的皮肤组织用
激光共聚焦显微镜成像，其中激光共聚焦显微镜的激发波长为440-600 nm。
皮肤组织的储存：皮肤取出后，取出适量组织浸泡于4%多聚甲醛，用于制作石蜡切
片，剩余组织用铝箔纸包裹好，使用液氮冷冻，之后转移到-80℃冰箱长期保存。
皮肤组织石蜡切片：将皮肤组织浸泡4%多聚甲醛溶液24h，然后依照石蜡切片的制
作方法依次浸自来水、蒸馏水、梯度酒精、二甲苯、石蜡，制作成石蜡切片。
皮肤石蜡切片的H&E染色：将石蜡切片浸二甲苯脱蜡，然后依次浸于梯度酒精、蒸
馏水，苏木素染色10分钟，自来水流水冲洗30min，蒸馏水浸泡30s，95%乙醇10s，伊红复染
30s，70%酒精洗涤2次，依次浸梯度酒精、二甲苯，中性树脂封片。
对染色结果拍照、量化：对上述两种染色进行拍照。并针对表皮角质化厚度，表皮
厚度等指标进行量化。
统计分析：所有数据按照平均值±标准差的方式给出，数据使用单因素方差分析
进行评估，P值小于0.05认为是统计学显著的。
小鼠实验的结果如下所述：
图1：C57小鼠耳部经UVC照射，24小时内耳部皮肤的自荧光强度随照射时间的延长而增
强。A、B、C、D分别为对照组，照射剂量为0.3 J/cm2，0.6 J/cm2和0.9 J/cm2。
图1：UVC照射皮肤24小时内，皮下自发荧光量随紫外辐射剂量的增加而显著增加。
根据三视图显示，荧光位置处于皮肤表皮层，根据其荧光所处位置以及结构特征（多边形环
状结构），我们认为这是角蛋白以及角蛋白相关蛋白发出的荧光。
图2：皮肤接受不同波段紫外光照射，24小时内，皮肤角蛋白以及角蛋白相关蛋白
的光谱图。显示角蛋白以及角蛋白相关蛋白光谱没有发生变化，强度增加。
图3：角蛋白以及角蛋白相关蛋白的荧光强度与3-5天皮肤损伤呈正相关。所述皮
肤损伤为，H&E染色，皮肤体细胞个数减少。
由以上实验可以得出，皮肤经过紫外线（UVA，UVB和UVC）照射后，角蛋白以及角蛋
白相关蛋白的结构和含量发生变化，且该变化与皮肤损伤呈正相关。因此，表皮角蛋白以及
角蛋白相关蛋白能够作为预测和检测皮肤损伤的标志物。
本发明基于这一发现，建立了一种活体无创检测紫外线诱导皮肤损伤的方法。该
方法包括以下步骤：
(1) 在实验对象的皮肤受到包含一定剂量紫外光的光源照射后72小时之内，检测所述
实验对象经过含紫外光的光源照射的皮肤中角蛋白以及角蛋白相关蛋白结构以及含量，其
中所述剂量 = 紫外光功率×照射时间；
(2) 检测所述实验对象经过含紫外光的光源照射的皮肤的表皮角蛋白以及角蛋白相
关蛋白的结构及含量；
(3) 按照所述步骤(2)的方法，同样检测所述实验对象未受到含紫外光的光源照射的
皮肤表皮角蛋白以及角蛋白相关蛋白的结构及含量；
(4) 将所述实验对象经过含紫外光的光源照射的皮肤表皮角蛋白以及角蛋白相关蛋
白的结构及含量和未受到含紫外光的光源照射的皮肤的表皮角蛋白以及角蛋白相关蛋白
的结构及含量相对比，获得经紫外光照射诱发的自发荧光强度变化率；
(5) 根据所述经紫外光照射诱发的表皮角蛋白以及角蛋白相关蛋白的结构及含量变
化率，预测所述被实验对象的皮肤健康状态。
本发明的利用激发光激发表皮角蛋白以及角蛋白相关蛋白的结构及含量的方式
包括使用普通的连续光输出进行激发的方式、使用电调制进行调制激发的方式或者使用脉
冲激光进行激发的方式中的至少一种。
在本发明的检测方法中，优选的是，在被实验对象的皮肤受到紫外光照射后的48
小时之内进行检测；更优选的是，在24小时之内进行检测。
本发明的活体无创检测紫外线诱导皮肤损伤的方法，根据表皮角蛋白以及角蛋白
相关蛋白的结构及含量与皮肤损伤程度呈正比的规律，预测被实验对象的皮肤损伤程度。
本领域的技术人员应当明了，尽管为了举例说明的目的，本文描述了本发明的具
体实施方式，但可以对其进行各种修改而不偏离本发明的精神和范围。因此，本发明的具体
实施方式和实施例不应当视为限制本发明的范围。本发明仅受所附权利要求的限制。本申
请中引用的所有文献均完整地并入本文作为参考。