黑素小體代謝與相關(guān)皮膚病

賴來桂，許愛娥

（1.浙江中醫(yī)藥大學(xué)，杭州 330053；2.浙江中醫(yī)藥大學(xué)附屬杭州第三人民醫(yī)院，杭州 310009）

黑素小體代謝與相關(guān)皮膚病

賴來桂1，許愛娥2

（1.浙江中醫(yī)藥大學(xué)，杭州 330053；2.浙江中醫(yī)藥大學(xué)附屬杭州第三人民醫(yī)院，杭州 310009）

黑素小體是皮膚、眼、內(nèi)耳、腦膜等處色素細(xì)胞特有的、溶酶體樣的膜性細(xì)胞器，是合成和儲存黑色素的亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)，其代謝過程包括黑素小體的生成、轉(zhuǎn)運和降解三個過程。其代謝過程的異常可導(dǎo)致一些皮膚病的發(fā)生。文中簡要地綜述了黑素小體的代謝過程以及與代謝異常有關(guān)的皮膚病。

黑素小體；生成；轉(zhuǎn)運；降解；皮膚病

表皮黑素單位是由1個黑素細(xì)胞和大約36個相鄰的角質(zhì)形成細(xì)胞組成，其主要功能是產(chǎn)生和分配黑素，黑素細(xì)胞主要位于皮膚上皮的基底層、毛囊、視網(wǎng)膜色素上皮層及虹膜中，其內(nèi)的黑素小體是一種溶酶體相關(guān)細(xì)胞器，是合成黑色素的場所，載有黑素的黑素小體通過微管蛋白和肌動蛋白從核周胞質(zhì)的起始部位向黑素細(xì)胞的樹突的末端移位，后黑素小體轉(zhuǎn)運至角質(zhì)形成細(xì)胞內(nèi)，再分散進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)，最終隨著角質(zhì)形成細(xì)胞的脫落而被降解。

1 黑素小體的生成

1.1 黑素小體的生成 黑素小體的生成在形態(tài)學(xué)上根據(jù)其成熟程度的不同可以分成四期：Ⅰ期黑素小體即早期黑素小體，含有很多囊泡樣結(jié)構(gòu),并含有少許不規(guī)則的纖維性結(jié)構(gòu)；Ⅱ期黑素小體呈橢球形,內(nèi)有沿長軸平行排列的纖維絲；Ⅲ期黑素小體可見少量黑素在纖維絲上沉積；Ⅳ期黑素小體可見纖維絲被黑素完全遮蓋[1]。

早期黑素小體又稱前黑素小體（premelanosome），來源于內(nèi)膜系統(tǒng),包括內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、衣被囊泡、溶酶體和內(nèi)體。其黑素小體的酶組分包括酪氨酸酶（tyrosinase），酪氨酸酶相關(guān)蛋白－1（tyrosinase-related protein 1，TRP-1） 和多巴互變異構(gòu)酶（dopachrome tautomerase),它們依靠 OA1，P，MATP，ATP7A 和BLOC-1（溶酶體相關(guān)細(xì)胞器復(fù)合體生物發(fā)生－1）的功能來合成真黑素和褐黑素。黑素小體的主要纖維結(jié)構(gòu)成分是Pmel17/gp100/SilV，它是一種位于Ⅰ、Ⅱ期黑素小體基質(zhì)中的跨膜糖蛋白。黑素小體的結(jié)構(gòu)蛋白以及合成黑素所需酶類，均由分揀小泡（sorting vesicle）從反式高爾基體（trans Golgi network,TGN）依次投送進(jìn)入前黑素小體，分揀小泡投送酪氨酸酶和TRP－1至黑素小體啟動黑素合成，投送Pmel17蛋白至黑素小體形成纖維絲骨架[1]。

1.2 與黑素小體生成異常相關(guān)皮膚病

1.2.1 Hermansky-Pudlak 綜合征（HPS） Hermansky－Paudlak綜合征是一組常染色體隱性遺傳性疾病，臨床上以白化病、出血傾向和組織內(nèi)蠟樣脂質(zhì)聚積三聯(lián)癥為主要特征,可伴有致命性的并發(fā)癥如肺纖維化、肉芽腫性結(jié)腸炎、腎衰以及心肌病等。其主要以黑素小體生成障礙為特征。在人類，已經(jīng)確定有8種HPS的基因亞型,分別由8個不同的基因突變引起，即HPS1,ADTβ3A,HPS3,HPS4,HPS5,HPS6,DTNBP1 和 BLOC1S3，某些HPS蛋白互相結(jié)合形成BLOCs（溶酶體相關(guān)細(xì)胞器復(fù)合體生物發(fā)生），包括BLOC-1，BLOC-2和BLOC-3，這些復(fù)合體對黑素小體合成所需蛋白等從反式高爾基體轉(zhuǎn)移至成熟黑素小體是至關(guān)重要的。BLOC-1由 palladin，muted,cappuccino,HPS7/dysbindin蛋白以及最近發(fā)現(xiàn)的一些亞基如BLOS1，BLOS2，BLOS3和snapin組成。在這些BLOC-1亞基中，只有HPS7/dysbindin基因缺陷可以引起人類的HPS。BLOC-2包括HPS3，HPS5和HPS6蛋白。HPS5是由HPS5基因突變引起，電鏡下觀察發(fā)現(xiàn)HPS5患者黑素細(xì)胞胞體和樹突內(nèi)含有大量早期黑素小體，免疫熒光檢測發(fā)現(xiàn)黑素細(xì)胞樹突內(nèi)TRP－1含量下降，提示可能是酪氨酸酶和TRP－1轉(zhuǎn)運異常，未能有效地轉(zhuǎn)移至HPS5的患者的黑素小體內(nèi)[2]。由HPS6基因突變引起的HPS6，也是BLOC-2的一個亞基。Huizing等[3]研究發(fā)現(xiàn)，在HPS患者的HPS6基因單一外顯子上存在大量的突變，包括移碼、錯義和無義突變以及覆蓋了整個HPS6基因組區(qū)域約20kb的缺失。其機制類似于HPS5，生成黑素的酪氨酸酶和TRP－1未能有效地轉(zhuǎn)移至HPS6的患者的黑素小體內(nèi)，造成黑素小體生成障礙而導(dǎo)致了色素減退。BLOC-3包括HPS1和HPS4，在人類黑素細(xì)胞中，HPS1蛋白位于早期黑素小體和無衣被包繞的囊泡中。HPS1和HPS4患者患漸進(jìn)性肺纖維化和肉芽腫性結(jié)腸炎的風(fēng)險比較大。HPS2是由ADTβ3A基因突變引起，是編碼AP-3的β3A亞單位。AP-3屬于一個含5種蛋白的胞內(nèi)蛋白分揀家族,能與酪氨酸酶結(jié)合并將之轉(zhuǎn)運至黑素小體。在AP-3缺失的患者中，酪氨酸酶積聚于多囊體中提示AP-3在黑素小體蛋白分揀中起作用[4]。

1.2.2 Chediak-Higashi綜合征 (CHS)CHS是常染色體隱性遺傳病，其致病基因被稱為溶酶體運輸調(diào)節(jié)因子基因(lysosomal trafficking regulator gene，LYST)，LYST 定 位 于1q42.1-42.2，表達(dá)產(chǎn)物廣泛參與膜泡轉(zhuǎn)運的各個環(huán)節(jié)，臨床上以白化病、嚴(yán)重的免疫缺陷、出血傾向、反復(fù)的化膿性感染以及進(jìn)行性神經(jīng)癥狀及淋巴細(xì)胞增生為特征。LYST包含一個BEACH序列，BEACH被認(rèn)為是一種囊泡轉(zhuǎn)運調(diào)節(jié)蛋白，它對囊泡轉(zhuǎn)運至關(guān)重要。Burgess等[5]發(fā)現(xiàn)在BEACH蛋白的氨基末端有一個與梭狀芽孢桿菌毒素相似的區(qū)域，稱之為BEACH concanavalin A樣凝集素結(jié)構(gòu)域，這個區(qū)域可能參與分泌途徑中蛋白的轉(zhuǎn)運和分揀。LYST還包含一系列類似ARM和HEAT結(jié)構(gòu)域的疏水螺旋結(jié)構(gòu)，其中HEAT與囊泡轉(zhuǎn)運有關(guān)，ARM結(jié)構(gòu)域可能調(diào)節(jié)膜連接。LYST的羧基端包含一些WD－40重復(fù)序列，它們參與蛋白之間的相互作用[6]。Collier等[7]在患Chediak-Higashi綜合征的貓的視網(wǎng)膜色素上皮中發(fā)現(xiàn)了大量的形態(tài)異常的黑素小體和前黑素小體，上皮內(nèi)含有許多粗大的色素顆粒，有些黑素顆粒由前黑素小體和處于不同成熟期的黑素小體構(gòu)成，有些色素顆粒同時含有黑素小體和溶酶體的成分，他們提出：前黑素小體與溶酶體的融合破壞了前黑素小體，最終導(dǎo)致貓的視網(wǎng)膜色素上皮色素減退。

2 黑素小體的轉(zhuǎn)運

2.1 黑素小體的轉(zhuǎn)運機制 黑素小體的轉(zhuǎn)運過程包括黑素小體在黑素細(xì)胞內(nèi)的轉(zhuǎn)運和黑素小體從黑素細(xì)胞轉(zhuǎn)運至角質(zhì)形成細(xì)胞兩個過程。參與黑素小體在黑素細(xì)胞內(nèi)轉(zhuǎn)運的蛋白主要有驅(qū)動蛋白（kinesin），動力蛋白 (dynein),Rab27a，Melanophilin,肌球蛋白(Myosin Va)等。其中，驅(qū)動蛋白介導(dǎo)黑素小體沿微管正向運動；動力蛋白介導(dǎo)黑素小體負(fù)向運動；Rab27a/melanophilin/myosinVa復(fù)合體把黑素小體和肌動蛋白微絲結(jié)合在一起，并通過MyosinVa的動力作用維持黑素小體在黑素細(xì)胞樹突末梢積聚的狀態(tài)[8]。

關(guān)于黑素小體從黑素細(xì)胞轉(zhuǎn)運至角質(zhì)形成細(xì)胞，其轉(zhuǎn)運模式目前有以下四種假說：①注入②胞吐③膜泡轉(zhuǎn)運④融合。射線、MSH、KGF、PAR-2等對角質(zhì)形成細(xì)胞的吞噬能力起正向調(diào)節(jié)作用，而外源性凝集素、細(xì)胞膜糖蛋白和煙酰胺等則對其起負(fù)向調(diào)節(jié)作用[9]。另外，鈣粘蛋白、SNAREs、Rab、Rho等也會對轉(zhuǎn)運過程有所影響[10]。

2.2 與黑素小體轉(zhuǎn)運異常相關(guān)的皮膚病

2.2.1 Griscelli綜合征 Griscelli綜合征(Griscelli syndrome,GS)又稱格林塞利綜合癥，是一種少見的常染色體隱性遺傳病,以皮膚顏色變淺、銀灰白色頭發(fā)、發(fā)體內(nèi)大量簇狀色素沉著為特征。電鏡下可見患者皮損處黑素細(xì)胞核周的正常的成熟黑素小體異常堆積。在黑素細(xì)胞內(nèi)，Rab27a與黑素小體膜結(jié)合后，招募Mlph和MyoVA共同形成Rab27a-Mlph-MyoVA蛋白復(fù)合物，這種復(fù)合物將黑素小體與黑素細(xì)胞周邊的肌動蛋白絲連接起來，介導(dǎo)黑素小體的轉(zhuǎn)運。GS的發(fā)病與Rab27a-Mlph-MyoVA蛋白復(fù)合物的形成密切相關(guān)[11]。Kuroda等[12]發(fā)現(xiàn)Slp2-a（突觸結(jié)合蛋白樣蛋白2-a）也能控制黑素小體在黑素細(xì)胞的分布。Slp2-a是一種Rab27A結(jié)合蛋白，能與Rab27A共存于黑素小體，在動物實驗中，用siRNAs將Slp2-a敲除可以顯著減少小鼠黑素細(xì)胞樹突內(nèi)黑素小體的分布，從而提示Slp2-a也可能與GS的發(fā)病有關(guān)系[13]。

GS臨床上分為三型：GS1,GS2和GS3。GS1是由15q21染色體上編碼MyosinVa的MYO5A基因突變導(dǎo)致，其臨床表現(xiàn)除了典型的皮損外，還伴有嚴(yán)重的原發(fā)性神經(jīng)損傷。在正常黑素細(xì)胞內(nèi)，黑素小體在黑素細(xì)胞中成熟后，沿微管作快速的來回雙向運動，在MyosinVa參與下的黑素小體與肌動蛋白微絲之間的相互作用使黑素小體停留在樹突內(nèi)。而在GS1患者的黑素細(xì)胞內(nèi)MyosinVa的功能缺陷導(dǎo)致黑素小體無法停留在樹突內(nèi)而聚集于黑素細(xì)胞核周[14]。GS2是這三型中最常見的，是由15q21染色體上編碼小GTP酶蛋白（Rab27a）的RAB27A基因突變引起的。其臨床表現(xiàn)除了特征性色素脫失外，還伴有嚴(yán)重的原發(fā)性免疫缺陷。在正常的黑素細(xì)胞中，Rab27a將MyosinVa招募至黑素小體內(nèi)，二者共同定位于黑素小體并相互作用，可以使黑素小體停留在黑素細(xì)胞樹突周邊，而在GS2患者中Rab27a表達(dá)缺失，導(dǎo)致黑素小體聚集在核周[15]，[16]。GS3是由2q37染色體上編碼melanophilin的基因MLPH變異導(dǎo)致，其臨床表現(xiàn)只有皮膚癥狀，沒有神經(jīng)損害和免疫缺陷。另外，編碼MyosinVa的基因MYO5AF外顯子的缺失也可以導(dǎo)致GS3的發(fā)生[17]。

2.2.2 Darier病的點狀白斑 Darier病是一種常染色體顯性遺傳疾病，由編碼sarco/內(nèi)質(zhì)網(wǎng)鈣－ATP酶亞型2（SERCA2）的ATP2A2基因突變所致。細(xì)胞內(nèi)異常的鈣離子信號干擾了角質(zhì)形成細(xì)胞的黏附，導(dǎo)致棘層松解和角化不良。在深色皮膚人群中，除了典型的油膩性角化性丘疹、掌跖角化以及指甲改變外，還可以見到異常的點狀白斑（雪花狀的色素減退斑）。白斑處組織病理顯示表皮黑素減少伴棘層松解。電鏡顯示黑素細(xì)胞形態(tài)正常，其內(nèi)含成熟的黑素小體。但與周圍正常皮膚相比白斑處基底層及上基底部角質(zhì)形成細(xì)胞內(nèi)黑素顆粒明顯減少，而其周圍的黑素細(xì)胞樹突內(nèi)充滿黑素小體。這些發(fā)現(xiàn)提示可能是角質(zhì)形成細(xì)胞－黑素細(xì)胞間黏附的喪失導(dǎo)致黑素小體轉(zhuǎn)運至角質(zhì)形成細(xì)胞出現(xiàn)了異常。E-鈣粘蛋白是黑素細(xì)胞－角質(zhì)形成細(xì)胞黏附的主要介質(zhì)，而在Darier病表皮松解處E-鈣粘蛋白發(fā)生裂解，其異常改變可能與該病密切相關(guān)[18，19]。

2.2.3 色素性基底細(xì)胞上皮瘤 在色素性基底細(xì)胞上皮瘤中可能存在黑素小體從黑素細(xì)胞至基底瘤細(xì)胞的轉(zhuǎn)運異常。Sakuraba1等[20]在電鏡下觀察發(fā)現(xiàn)，色素性基底細(xì)胞上皮瘤的基底瘤細(xì)胞中黑素小體的含量（16.4%）顯著低于病損周圍正常表皮內(nèi)角質(zhì)形成細(xì)胞中黑素小體的含量（91.0%），提示黑素小體從黑素細(xì)胞至基底瘤細(xì)胞的轉(zhuǎn)運出現(xiàn)了異常。RTPCR分析證明色素性基底細(xì)胞上皮瘤的基底瘤細(xì)胞中PAR-2 mRNA轉(zhuǎn)錄物的表達(dá)比病損周圍正常表皮角質(zhì)形成細(xì)胞低，免疫組化分析也發(fā)現(xiàn)色素性基底細(xì)胞上皮瘤的基底瘤細(xì)胞中PAR-2的免疫染色相對較弱，從而提示其轉(zhuǎn)運異?？赡芘cPAR-2的異常表達(dá)有關(guān)。PAR-2是角質(zhì)形成細(xì)胞表達(dá)的一種7個跨膜G蛋白偶聯(lián)受體，可通過胰蛋白酶和肥大細(xì)胞產(chǎn)生的類胰蛋白酶等水解激活。在黑素小體轉(zhuǎn)運至角質(zhì)形成細(xì)胞的過程中,PAR-2通過自身激活增加角質(zhì)形成細(xì)胞對黑素小體的吞噬作用,從而在皮膚色素著色中發(fā)揮關(guān)鍵作用。在色素性基底細(xì)胞上皮瘤中，表達(dá)于基底瘤細(xì)胞的PAR-2顯著下降，導(dǎo)致黑素小體未能有效地轉(zhuǎn)運至基底瘤細(xì)胞。

3 黑素小體的降解

與黑素小體生成不同，我們對黑素小體的生成在分子水平上已經(jīng)有了比較深的認(rèn)識，但是我們對黑素小體以及其內(nèi)黑色素的降解機制目前還不甚明確。黑素小體都是在各種不同類型細(xì)胞的吞噬體中降解的，吞噬體包括異體吞噬體和自體吞噬體。黑素小體的降解產(chǎn)物一直停留在膜局限的溶酶體室內(nèi)，最后隨著角質(zhì)形成細(xì)胞的脫落而排出體外。免疫組化顯示酸性水解酶參與黑素體的降解。日本學(xué)者Ohtaki等[21]在用溶酶體水解酶處理放射標(biāo)記的黑素小體時發(fā)現(xiàn)，黑素小體中脂質(zhì)成分迅速降解，蛋白緩慢降解，但黑素很難降解，即使用酸性水解如6mol/L HCl，120℃處理72h仍不能破壞其破壞大小、形狀和超微結(jié)構(gòu)，從而提示酸性水解不參與黑素的降解。黑素小體對強酸具有驚人的抵抗力，對強堿也能一定程度耐受。黑素小體黑色素與多環(huán)芳香烴的結(jié)構(gòu)相似性提示黑色素對氧化還原反應(yīng)敏感。體外實驗證實黑素能被氧化劑如高錳酸鉀，過氧化氫漂白并生成熒光物質(zhì)，這種物質(zhì)的吸光度下降[22]。

4 小結(jié)

以上我們主要總結(jié)了一些與黑素小體生成或轉(zhuǎn)運異常有關(guān)的皮膚病的發(fā)病機理以及其與黑素小體的聯(lián)系，臨床上我們還發(fā)現(xiàn)另外一些可能與黑素小體合成或轉(zhuǎn)運異常有關(guān)的皮膚病，如無色素痣、進(jìn)行性斑狀色素減少癥、結(jié)節(jié)性硬化、Cole病[23]等，其具體機制還有待于我們進(jìn)一步研究。

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R758.4

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2009-12-22）