紫外線誘發 DNA 損傷（UV INDUCTION OF DNA DAMAGE）
不同波長的紫外線誘發不同類型的 DNA 損傷。UVC 與 UVB（而 UVA 則遠不及）能直接激發 DNA 分子並隨後產生 DNA 光產物（DNA photoproducts）。事實上，DNA 被視為 UVB 與 UVC 大部分生物效應的發色團，包括紅斑、曬黑、免疫抑制與致突變作用。DNA 光產物是二聚體，由同一條多核苷酸鏈上兩個相鄰的嘧啶以共價鍵結合而形成。兩種主要的嘧啶二聚體類型為環丁烷–嘧啶二聚體（cyclobutane–pyrimidine dimers）與 6,4-光產物（6,4-photoproducts）。
環丁烷–嘧啶二聚體（cyclobutane–pyrimidine dimers, CPDs）是紫外線照射所形成最常見的 DNA 光產物。它們在 5,6 雙鍵飽和並形成四員環丁基環（cyclobutyl ring）時產生（Fig. 86.8）。CPDs 可在所有可能的雙嘧啶位點被觀察到，其中以胸腺嘧啶–胸腺嘧啶二聚體（T–T）最為常見，其次為 C–T 與 T–C 二聚體。C–C 二聚體最不常見。CPDs 的形成並非隨機現象：它受到受影響 DNA 序列之序列與構形脈絡的影響。較近期還描述了另一種 CPDs 形成的分子機制，包含黑色素的光激發與過氧亞硝酸鹽（peroxynitrite）的形成。由於這些反應性分子的半衰期長，此機制在紫外線照射後數小時內持續增加 CPD 的形成，但僅發生於含黑色素的細胞中。這些 CPDs 被稱為「暗 CPDs」（dark CPDs）。
6,4-光產物是一種非環丁烷型的雙嘧啶光產物，由一個嘧啶的 C-6 位置與其 3′ 相鄰嘧啶的 C-4 位置之間形成共價鍵而生成（Fig. 86.9）。T–C (6–4) 二聚體是此類型中最常見的二聚體，但 C–C 與 T–T 二聚體在紫外線照射後也可被觀察到。在進一步以 280 至 360 nm 之間的紫外線波長照射後，6,4-光產物的正常異構物可轉變
為其 Dewar 價異構物（Dewar valence isomers），後者的致突變性低於正常異構物，但仍可能促成日光性致突變作用。雖然數量比 CPDs 少八倍，6,4-光產物能活化 ATR-CHK1 DNA 損傷反應路徑，且可能是紫外線誘發 DNA 損傷反應的主要觸發因子。另有少數其他罕見的 DNA 光產物已被描述，例如複雜的嘌呤病變與嘧啶水合物（pyrimidine hydrates），但它們在皮膚光生物學中的生理意義未明。
DNA 的吸收最大值位於 260 nm。這使得 UVC 成為在裸露 DNA 中誘發 DNA 光產物最有效的波長。然而在體內，由於較短波長在表皮上層被吸收，300 nm（UVB）才是在表皮基底層誘發 DNA 光產物最有效的波長（Fig. 86.10）。現已充分認知，當比較日光可得的劑量時，UVA 也能產生嘧啶二聚體，儘管頻率低於 UVB。
雖然 UVB 誘發的嘧啶二聚體之形成源自 DNA 鹼基對光子的直接吸收，紫外線照射也可間接損傷 DNA。在 DNA 以外的發色團吸收光子後，能量可轉移至 DNA（第一型光敏化反應）或轉移至分子氧，而活性氧物種（reactive oxygen species）進而能夠損傷 DNA（第二型光敏化反應）。UVA 的許多生物特性，包括其對細胞的毒性，都依賴分子氧的存在，這指出活性氧物種扮演重要角色。雖然這些活性
嘧啶–嘧啶酮 (6–4) 光產物是在鹼基受紫外線激發後，由兩個相鄰嘧啶（此處為一個 thymine 與一個 cytosine 鹼基）的 C-6 與 C-4 之間形成共價鍵而生成。
氧物種也由 UVB 所形成，但在細胞暴露於自然日光後，幾乎所有的氧化性 DNA 損傷都由 UVA 造成。
紫外線誘發的活性氧物種包括單態氧（singlet oxygen），可能還有其他如過氧化氫與超氧自由基。甚至高度活性的羥自由基（hydroxyl radical）也可能經由過氧化氫與細胞核金屬透過 Fenton 反應而形成。此氧化壓力不僅影響 DNA，也影響膜與蛋白質。單態氧與其他活性氧物種主要與鳥嘌呤反應，產生數種 DNA 改變，包括具致突變性且已被充分研究的 7,8-dihydro-8-oxoguanosine（8-oxoG；Fig. 86.11）。
Kielbassa 等人發表了哺乳類細胞中二聚體與氧化性鳥嘌呤鹼基修飾形成的紫外線作用光譜（Fig. 86.12）。
UVA、UVB 與 UVC 之 DNA 損傷特性之間的差異是漸進的，且如前所述，UVA 只產生少量的嘧啶二聚體。有越來越多的證據顯示，嘧啶二聚體是最重要的前突變性 DNA 病變，不僅在 UVB 誘發的突變形成中如此，在 UVA 誘發者亦然，而氧化性 DNA 損傷在致突變作用中只扮演次要角色。最後，DNA 雙股斷裂可能不會由 UVB 或 UVA 所形成。
圖 86-8：胸腺嘧啶二聚體的形成。在鹼基受紫外線激發後，由兩個相鄰嘧啶（此處為兩個 thymine 鹼基）之間形成共價鍵並生成環丁基環，而形成環丁烷–嘧啶二聚體。
圖 86-9：嘧啶–嘧啶酮 6,4-光產物的形成。
圖 86-10：在人類表皮基底層誘發胸腺嘧啶二聚體方面，300 nm 的波長比 290 nm 更有效。A：以單色 290 nm UVB（2 MED）照射人類皮膚並以抗胸腺嘧啶二聚體抗體染色後，基底層中大多數細胞僅顯示藍色對比染色，而基底層上方各層則呈現明顯的反應性。B：相對地，以 2 MED 的單色 300 nm UVB 照射時，表皮基底層（以及真皮內的細胞）也可見明顯的免疫染色。經授權重製自 Young AR, Chadwick CA, Harrison GI, et al. The similarity of action spectra for thymine dimers in human epidermis and erythema suggests that DNA is the chromophore for erythema. J Invest Dermatol 1998;111:982–8。
圖 86-11：7,8-dihydro-8-oxoguanosine 的形成。7,8-Dihydro-8-oxoguanosine（互變異構物：8-hydroxyguanosine）是 guanosine 的氧化產物。它由單態氧所形成，而單態氧則是在細胞發色團受紫外線激發後經光敏化反應所產生。
圖 86-12：中國倉鼠卵巢細胞中誘發環丁烷二聚體與氧化性鳥嘌呤修飾的作用光譜。DNA 病變的數量是藉由修復酵素對來自不同波長單色光照射細胞之 DNA 進行切割的能力來評估。紫外線誘發環丁烷二聚體與氧化性 DNA 損傷的能力隨波長增加而迅速下降，例如 320 nm 紫外線誘發環丁烷二聚體的能力約比 290 nm 紫外線低 1000 倍。此下降與小鼠自 300 至 340 nm 之皮膚癌形成的下降相當吻合（Utrecht–Philadelphia 皮膚癌作用光譜）。此下降並不表示較長波長不會促成光致癌作用，因為較長波長的 UVA 在自然日光中遠比 UVB 豐富，這至少抵銷了部分 UVA 較弱的效應。氧化性鹼基損傷形成在 UVA 範圍內的第二個高峰，與 380 nm 處皮膚癌形成的第二個高峰相互吻合。由於 UVA 並未出現環丁烷二聚體形成的第二個高峰，這被解讀為氧化性鹼基損傷促成致突變作用與皮膚癌形成的證據。然而，較近期的資料指出，嘧啶二聚體不僅對 UVB 而言，對 UVA 而言也是最重要的前突變性 DNA 病變。