Загар — реакция организма на повреждение ДНК

Бытует миф, что загорать полезно. Однако, мало кто знает, что загар — это ничто иное как защитная реакция организма в ответ на повреждения ДНК от ультрафиолета. Именно в ответ на появление специфичных обломков ДНК, являющихся “визитной карточкой” ультрафиолетовых повреждений, меланоциты (те самые клетки, из которых может развиться меланома) начинают вырабатывать больше меланина.

Что такое меланин, думаю, многие знают — это тот пигмент, от концентрации которого зависит оттенок кожи и волос. В коже он выполняет роль тонировки, буквально принимая огонь на себя дабы уберечь от высокочастотных фотонов нашу ДНК.

Ученые подразделяют спектр УФ (UV) на 3 категории: A, B и C. Самый высокочастотный UVC до нас не доходит (спасибо озону), а вот остальные два типа очень даже:

Что же происходит, когда фотон УФ попадает по нашей ДНК? Происходит формирование т.н. пиримидиновых димеров — это когда одна из “букв ДНК”, вдохновившись приливом сил от фотона, решает упрочнить отношения с соседом-близнецом и вступает с ним в ковалентную связь. Такая связь может возникнуть между двумя тиминами или двумя цитозинами в ДНК или двумя урацилами в РНК:

То, что это не есть хорошо для наших клеток, думаю, понятно и так. С солнцем жизнь на этой планете знакома давно, поэтому детектировать и чинить такие его проказы она умеет. Большинство живых организмов умеют просто “раздимеривать” эти димеры. Такой процесс называется фотореактивацией и есть целый класс ферментов на это заточенных. Правда, увы, не у людей. Печаль, согласен.

Людям же приходится прибегать к хирургическому вмешательству: специальные ферменты вырезают куски ДНК с вредными димерами, и восстанавливают вырезанный фрагмент используя комплементарную нить ДНК. Благо нитей в ДНК две (бэкап — наше всё), и каждому пиримидиновому основанию (C или T) в комплементарной нити соответствует основание НЕ пиримидиновое (а пуриновое, если кому из юных химиков интересно, то есть G или A), и таким образом не подверженное димеризации от УФ.

Стоит оговориться, что эффективность этого репарационного процесса значимо падает с возрастом, поэтому, чем старше мы становимся, тем опасней для нас становится УФ. Хотя с возрастом вообще все системы работают хуже и хуже. Программа, сэр. Но это не повод подвергать себя повышенному риску рака, жарясь на солнце в преклонном возрасте.

Вернёмся к нашим хирургически удалённым из ДНК димерам. Потому что именно они заставляют наши меланоциты вырабатывать меланин — тот самый пигмент, который окрашивает загоревшую кожу в бронзовый цвет.

Это было установлено экспериментальным путём в серии исследований, венцом которых было введение этих самых димеров в кожу морских свинок, что вызывало у последних загар (фото (а) внизу, места уколов 4—6). Вдохновившись этими результатами, авторы работы даже предложили выпускать крем с такими димерами в качестве автозагара. И правда, если так хочется бронзовой кожи, зачем ждать повреждений ДНК для её появления, если можно активировать механизм тонировки без них?

Кстати, сам процесс тонировки кожи весьма интересен. Меланоциты сидят довольно глубоко, на самом “дне” эпидермиса, а вырабатываемый ими меланин в специальных “контейнерах” поднимается в верхние слои кожи, где он встраивается в кожные клетки (кератиноциты), причём не абы как, а формируя эдакую анти-сферу Дайсона вокруг их ядра. Ведь именно в ядрах живёт ДНК, которую меланин и призван защитить, поглощая направляющиеся к ней залётные фотоны.

Самое тревожное для меня состоит в том, что в центре механизма между появлением пиримидиновых димеров и повышением выработки меланина стоит противораковый “страж генома”, белок p53. Вот схема всего каскада, показывающая как повреждения ДНК от УФ в клетках кожи активируют транскрипцию прогормона проопиомеланокортина (POMC на графике ниже), который далее через альфа-меланоцитстимулирующий гормон заставляет меланоциты вырабатывать больше меланина.

Кстати, именно p53 решает — пытаться чинить поломки ДНК в клетке или отправить её в мир иной, то есть в апоптоз. И миллиарды клеток в результате сильного загара туда оправляются: ровно эта участь является причиной облезающей после загара кожи. Облезание, правда, это уже заключительная часть марлезонского балета. Первая же реакция на чрезмерную дозу УФ-облучения — это активный воспалительный процесс, начинающийся буквально через минуты после иррадиации

Эритема, индекс которой приведён на диаграмме выше,— это покраснение кожи, всем известный маркер воспаления. Поэтому то, что при “сгорании” (или “солнечном ожоге”, если по-научному) вы красны как рак означает, что у вас начался активный воспалительный процесс. Через несколько часов после его начала поднимется концентрация простогландинов и других провоспалительных цитокинов, и кожа начнёт болеть. Но ничего, мы же в отпуске, помажем кремом с алоэ, притупим боль алкоголем, и на следующий день снова вернёмся в строй тонирующихся. По крайней мере, так поступал лично я в молодые годы.

Вообще, отпуск — довольно опасное для здоровья мероприятие. Наш огранизм получает удары многократно и с разных сторон. Начинается эта осада ещё по дороге туда: аэропорты и самолёты — известные рассадники инфекции. Потом свою лепту вносят многодневное переедание и непомерные возлияния (это особенно релевантно для поездок в пансионаты “всё включено”), а через пару дней активного пляжного отдыха подключается хроническое воспаление от избыточного загара. По дороге домой снова ждут своего часа самолётные бактерии и вирусы, причём с поправкой на то, что после многодневной осады защитные функции организма могут быть уже не те, что по дороге туда.

И это ещё не учитывая повышенный риск меланомы от “сгорания”. А повышается он значительно, почти в два раза:

Twenty-nine studies contributed data on sun exposure and 21 on sunburn. Overall, there was a significant positive association (odds ratio [OR] = 1.71) for intermittent exposure, a significantly reduced risk for heavy occupational exposure (OR = 0.86) and a small, marginally significant excess risk for total exposure (OR = 1.18). There was a significantly increased risk with sunburn at all ages or in adult life (OR = 1.91) and similarly elevated relative risks for sunburn in adolescence (OR = 1.73) and in childhood (OR = 1.95).
Причем любопытно, что у тех, кто на солнце постоянно, шанс меланомы немного ниже (на 14%), чем у тех, кто не загорает. Я думаю, что тут дело в том, что у таких людей меланин уже вырабатывается по максимуму и он защищает кожу от дальнейших повреждений ДНК. А тот, кто то загорает, то не загорает, каждый раз должен сначала пройти через фазу новых поломок ДНК, без которых выработка меланина не повысится. И именно эти самые поломки повышают риск рака кожи.

К слову сказать, не стоит думать, что солярии менее опасны, чем нахождение на солнце. Наоборот, риск меланомы от них еще выше:

Among 1167 cases and 1101 controls, 62.9% of cases and 51.1% of controls had tanned indoors (adjusted OR 1.74, 95% CI 1.42—2.14). Melanoma risk was pronounced among users of UVB-enhanced (adjusted OR 2.86, 95% CI 2.03—4.03) and primarily UVA-emitting devices (adjusted OR 4.44, 95% CI 2.45, 8.02). Risk increased with use: years (p<0.006), hours (p<0.0001), or sessions (p=0.0002). Odds ratios were elevated within each initiation age category; among indoor tanners, years used was more relevant for melanoma development.
Кто-то может возразить, что риск возникновения меланомы изначально не так и велик, около сотой доли процента в год:

Однако не стоит забывать, что вероятность заболеть меланомой в течение жизни составляет около 2,5%, а всеми видами рака кожи — 20%. И что для пожилых людей рак является вторым наибольшим убийцей после сердечно-сосудистых заболеваний, от него умирает 20-40% людей старше 45 лет:

Ладно, с рисками от избытка УФ, думаю, всё ясно.

А есть ли от солнца польза? “Витамин D!” — кричат из зала. Но тут не так всё просто.

Во-первых, даже если витамин D действительно полезен, совершенно не обязательно жариться на солнце для его получения. Достаточно просто заглянуть в ближайшую аптеку.

Во-вторых, его польза до сих пор неочевидна. Нет-нет, то, что есть корреляция между низким уровнем витамина D и высоким уровнем всяких болячек — факт. Но то, что низкий уровень витамина D является их причиной, пока под вопросом. И несколько исследований, пытавшихся доказать пользу от целенаправленного повышения уровня витамина D пока не увенчались особым успехом. Быть может, пытаться специально повышать витамин D в надежде на улучшение здоровья сродни закрашиванию седины с целью омоложения.

Окей, а если абстрагироваться от витамина D? Есть ли корреляция между нахождением на солнце и смертностью? Шведские ученые попытались это установить, опросив 30 тысяч женщин об их типичном уровне инсоляции и понаблюдав за их смертностью последующие 20 лет (терпеливы эти шведы, ничего не скажешь). Но несмотря на громкие заявления авторов, особой разницы между теми кто солнца избегал вообще, и теми кто загорал по полной не наблюдалось:

Как видно из графиков, для самых младших групп, в которых было больше всех респондентов, разница в продолжительности жизни была меньше года. При этом когорты загоравших и избегавших солнце очень сильно отличались.

Избегавшие солнца (первый столбец в таблице ниже) были куда более старыми, бедными и больными (Comorbidity выше в 3 раза, а это процент тех, кто более месяца принимал антидиабетические, антикоагулянтные или сердечно-сосудистые препараты), чем загоравшие (последний столбец):

При этом непонятно почему на графиках дожития выше присутствуют возрастные категории 65—74 и 75—84, а в таблице с параметрами когорт этих категорий нет.

Ладно, со шведскими женщинами. Похоже, для их смертности это не так важно — загорай, не загорай… А вот для себя я на данный момент решил следующее. Полезен ли загар? Уверен, нет. Вреден ли загар? Maybe. Исходя из этих предпосылок, единственно верным решением мне видится его избегать