黑素小体转运与色素性疾病相关性的研究进展 色素性疾病

　　位于表皮基底层的黑素细胞来源于神经嵴，是人体色素系统中色素合成的基础。黑素在黑素细胞中合成后，构成成熟的黑素小体，黑素小体被进一步转运到角质化细胞，最终随着角质化细胞的脱落而被降解。色素紊乱性疾病的发生和其中很多环节密切相关，研究证明黑素小体的异常转运会导致严重的色素性疾病的发生。
　　
　　1黑素小体在黑素细胞内的运输
　　
　　1．1运输机制：一旦黑素在黑素细胞中被合成，黑素小体就开始沿着树突从核周向树突末梢转运。在黑素小体移动过程中，以两种细胞支架成分为运动基础。早在1970年就有研究证明：在非哺乳动物的黑素细胞中微管和肌动蛋白微丝负责黑素小体的运输。微管在黑素细胞中组成网络，贯穿细胞，黑素小体在运动蛋白的作用下沿微管做长距离运动。而肌动蛋白微丝则主要分布于细胞周围浆膜处，黑素小体沿肌动蛋白微丝作短距离运动。
　　除了上述的细胞支架成分外，黑素细胞内的动力蛋白系统对黑素小体的转运也是至关重要的。黑素小体在黑素细胞中沿着微管做双向运动：以驱动蛋白(kinesin)超家族为动力马达，黑素小体向着位于周边的微管正极端做正向运动(从核周向树突末梢运动)；而在动力蛋白(dynein)和动力相关蛋白的作用下，黑素小体向位于细胞中心的微管负极端做逆向运动。当黑素小体到达外周时，在由Rab27amelanophilin／myosinVa三部分组成的复合体的介导下，黑素小体与肌动蛋白微丝相互作用。而这种相互作用可以阻止运动到黑素细胞周边的黑素小体回到细胞中心去，这对黑素小体在树突末梢聚集状态的维持是很有必要的，一旦上述复合体中任意一个蛋白发生变异就会导致黑素小体在核周的异常聚集。
　　1．2 Rab27a melanophilin／myosinVa复合体：Rab27a melanophilin／myosinVa复合体把黑素小体和肌动蛋白微丝结合在一起，并通过MyosinVa的动力作用维持黑素小体在黑素细胞树突末梢积聚的状态。
　　1．2．1 Rab27a：Rab27a是一种组织特异性蛋白，只存在于溶酶体相关颗粒和分泌粒。在黑素细胞中，Rab27a和成熟黑素小体相连接，在Rab27amelanophilin／myosinVa复合物中充当了一个被黑素小体识别的成分。同时通过melanophlin的连接，Rab27a也间接充当了MyosinVa结合在黑素小体上的受体，与myosinVa共同转运黑素小体。
　　Rab27a是ashen基因编码的产物，一旦ashen基因变异，Rab27a功能异常，就会出现异常的树突形态，黑素小体合成障碍，成熟黑素小体在细胞中心的异常聚集，以微管为基础的快速、双向的核周与树突末梢问的黑素小体运动。与此一致的现象是，在ashen变异的黑素细胞中转入编码Rab27a的cDNA或结合GTP的Rab27a，即Rab27a重新表达时黑素小体又可以被转运到树突末梢，相反，在野生型黑素细胞中转入结合GDP的Rab27a时，就会出现ashen基因变异表型。
　　1．2、2 melanophilin：Melanophilin早先被认为是一种Rab27a的感受器或效应器，由Mlph基因编码。Leaden鼠的表型就是由Mlph基因变异失去正常功能所导致的。
　　melanophilin属于突触结合蛋白类似蛋白(sip)家族，由至少三个功能区组成。①结合Rab27a的N端区，是sip家族的特征性区域，当这个区域在黑素细胞中过表达时，就会诱导黑素小体的聚集效应。N端区由两个氨基酸序列组成：sip同源性区域一l(SHD．1)和sip同源性区域．2(SHD-2)。SHD．1对melanophilin和Rab27a的特异性结合是必需的，而SHD-2增加Rab27a与melanophilin结合的亲和力，②位于中心区的卷曲螺旋区，melanophilin通过该区与肌动蛋白Va特异性结合：③c端区与肌动蛋白微丝免疫共沉淀，维持黑素小体的外周分布。
　　1．2．3 MyosinVa：MyosinVa属于肌球蛋白超家族，这个超家族的成员有一个共同的N端动力区(头区)，该区结合肌动蛋白微丝，并通过水解ATP来提供动力。而C端尾区被推测介导肌球蛋白与运载物之间的相互作用，这点决定了肌球蛋白的功能特异性。在黑素细胞中MyosinVa的C端尾区与melanophilin特异性结合，介导黑素小体的运动。MyosinVa在黑素细胞中与黑素小体共区域化，对黑素小体的离心转运起关键作用。对非洲蟾蜍的研究证明了这一点：MyosinVa通过阻碍以微管为基础的动力蛋白(dynein)的运动，显著缩短动力蛋白驱使的运动距离，以此来确保黑素小体往微管正极方向的正常运动。
　　1．3 Rab27a：melanophilin／myosinVa复合体变异导致的色素脱失性疾、很多色素紊乱性疾病源于编码黑素小体生成、转运、分布的基因变异。临床研究证明格里塞利综合征GS(Griscelli syndrome)的发生与Rab27a melanophilin／myosinVa蛋白的变异有密切的关系。格里塞利综合征是一种罕见的常染色体隐性遗传的疾病，特征是皮肤色素脱失、银发，发体内存在大簇的色素，在黑素细胞的中心异常积累了大量的末期黑素小体。而这些临床表现正是由异常的黑素小体转运导致的。
　　格里塞利综合征分三型，这三种类型都有典型的皮肤色素脱失。格里塞利综合征I型，由编码MyosinVa的MY05A基因变异导致。其临床表现除了典型的皮损外，还伴有严重的原发性神经损伤；格里塞利综合征II型，由编码Rab27a的基因Rab27A变异导致。其临床表现除了特征性色素脱失外，还伴有严重的免疫缺陷；格里塞利综合征Ⅲ型，由编码melanophilin的基因MLPH变异导致[8J。其临床表现只有皮肤症状，没有神经损害和免疫缺陷。另外，有研究者发现GSIII型的表型也可由编码MyosinVa的基因MY05A的外显子缺失而出现。
　　
　　2　黑素小体从黑素细胞转运到角质化细胞
　　
　　2．1转运机制：表皮黑素单位由一个黑素细胞和大约36个角质化细胞组成。当黑素小体被捕获并聚集在黑素细胞树突末梢后，黑素小体就开始从黑素细胞往角质化细胞转运。目前，黑素小体的跨细胞转运机制还不是很明确，但很多种假说被提出：①黑素小体由黑素细胞释放并被角质化细胞摄取；②角质化细胞包裹黑素细胞的树突顶部，并吞噬其内容物；③黑素小体由黑素细胞直接接种到角质化细胞；④两种细胞膜融合形成连续性纳单位通道，黑素小体可由此进入角质化细胞。最近Hearing等在鼠的黑素细胞和角质化细胞体外模型中研究黑素小体的转运，证实a-MSH和UVR能刺激表皮细胞的胞 吞活性。这些研究支持黑素小体的转运主要是通过第一种假设，即角质化细胞的胞吞作用完成的。
　　2．2关键蛋白：外源性凝集素和糖蛋白相互作用会影响转运旧，钙粘蛋白、SNAREs、Rab、Rho等也会对转运过程有所影响。而蛋白激酶受体2(PAR-2)在角质化细胞吞噬黑素小体的过程中显得尤为重要。蛋白激酶受体2(PAR-2)是7个跨膜G蛋白偶联的受体，被丝氨酸蛋白酶作用后，胞外的氨基末端被裂解而激活。PAR-2最早被发现在吞噬细胞的细胞膜上，它通过介导激活Rho蛋白家族的功能，完成细胞的吞噬功能。近几年研究发现角质化细胞膜也存在PAR-2，它通过激活角质化细胞的吞噬功能而参与黑素颗粒的传输，调节色素颗粒的吞噬量。PAR-2不表达于黑素细胞中，但黑素细胞和角质化细胞相互接触是PAR-2作用的前提。Seiberg等分别用有色素沉着的猪和人的皮肤移植到免疫抑制的小鼠来研究PAR-2对色素沉着的体内调节，用含黑素细胞的表皮类似物来研究PAR-2对色素沉着的体外调节。结果发现用PAR-2特异性激活肽(SLIGRL)上调PAR-2的活性可以使上述模型颜色加深，而用胰蛋白酶抑制剂下调PAR-2的活性可使颜色变浅。
　　PAR-2影响黑素体的跨细胞转运，因此PAR-2的活性和一些临床疾病的发生是息息相关的。色素性基底细胞上皮瘤(BCE)异常的黑素小体转运就是一个典型的例子。在电子显微镜下观察发现，在BCE的基底细胞样肿瘤细胞中黑素小体的数量明显比病损周围正常皮肤低。与此同时RT-PCR分析证明在BCE的类基底细胞中PAR-2 mRNA的转录和病损周围正常皮肤比显著降低。免疫组化分析也发现BCE的类基底细胞中PAR-2的免疫染色相对较弱。以上研究证明BCE中黑素小体转运异常和PAR-2的活性下降有关。
　　2002年，Carlson等发现硬化性苔癣的白斑症状也和黑素小体的转运障碍有关。他们从免疫组织化学、组织化学及组织学等多角度分析发现白斑区角质化细胞中被转运的黑素小体明显减少，而周围黑素细胞的数量和活力并未减弱。因此推断可能是由于角质化细胞被活化后结构改变而阻碍黑素小体被吞噬的过程。色素脱失在很多皮肤病中是常见的症状，如白癜风、银屑病、过敏性接触性皮炎、特应性皮炎、白色糠疹等。研究发现在这些疾病中色素脱失的症状也与黑素的转运障碍有关。整形外科常见的瘢痕色素脱失、植皮后色素脱失，除了黑素细胞的丧失、黑素小体的转运障碍也是不可忽视的因素，但具体机制还在探索中。
　　
　　3小结
　　
　　近年来黑素小体的转运机制已成为黑素研究的热点。转运过程中一些关键蛋白，如Rab27amelanophilin、MyosinVa、PAR-2与黑素小体的正常转运密切相关。而这些蛋白的异常表达正是某些色素性疾病(如GS，BCE)发生的基础。综上所述，以这些关键蛋白为疾病治疗的靶点，将会为色素性疾病开创一种崭新的治疗模式，而该领域的诊治研究也将会有新的突破。
　　编辑／李阳利
　　(注：本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文。)