黑素合成中信號轉(zhuǎn)導(dǎo)作用的研究進(jìn)展

人體皮膚的顏色主要受黑素合成、分泌及代謝過程的影響，該過程主要包括:①黑素細(xì)胞內(nèi)黑素小體的裝配與黑素合成;②黑素小體由細(xì)胞核周圍向樹突遠(yuǎn)端轉(zhuǎn)移;③黑素小體傳遞至鄰近角質(zhì)形成細(xì)胞;④黑素小體在角質(zhì)形成細(xì)胞內(nèi)再分布、降解。目前，已知有多種體內(nèi)外因素影響著黑素的合成、分泌與代謝，如紫外線、阿皮素類激素、炎性因子、某些藥物(氫醌霜等)及一些皮膚色素沉著異常性疾病，而黑素細(xì)胞在受到體內(nèi)外刺激因素作用下其胞內(nèi)黑素的合成與分泌主要有下面幾條信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路參與調(diào)控:分別是腺苷酸環(huán)化酶/ cAMP依賴蛋白激酶通路、絲裂原激活的蛋白激酶(MAPK)通路、二酯甘油/ 蛋白激酶C (DAG/ PKC) 通路、一氧化氮/ 環(huán)磷酸鳥苷/ 蛋白激酶G(NO/ cGMP/ PKG)通路，但是各條信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路在黑素合成、分泌過程中的具體作用，與其他途徑相比作用強(qiáng)度如何及相互之間存在怎樣的關(guān)聯(lián)等，目前仍不十分清楚，本文就每條信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路分別在黑素合成、分泌過程中的作用機(jī)制及相互之間的關(guān)聯(lián)性綜述如下。

1腺苷酸環(huán)化酶/ cAMP依賴蛋白激酶通路

腺苷酸環(huán)化酶/ cAMP依賴蛋白激酶通路是最常見的一種信號通路，細(xì)胞外信號主要通過不同的配體和靶細(xì)胞膜上的相應(yīng)受體結(jié)合后，改變腺苷酸環(huán)化酶的活性，從而控制細(xì)胞內(nèi)cAMP的水平。cAMP可激活蛋白激酶A(PKA)，從而調(diào)節(jié)細(xì)胞的物質(zhì)代謝和基因表達(dá)。而在黑素合成中， 腺苷酸環(huán)化酶/ cAMP依賴蛋白激酶通路通過調(diào)節(jié)黑素合成中的多個(gè)環(huán)節(jié)來發(fā)揮作用。有研究顯示，在腎上腺皮質(zhì)功能衰竭征和庫欣綜合征的患者中都能見到皮膚的過度沉著現(xiàn)象，而它們都產(chǎn)生過量的促腎上腺皮質(zhì)激素(ACTH)[1]。因α-黑素細(xì)胞刺激素(α-MSH)過度合成而引起皮膚的色素過度沉著病例也曾被報(bào)道。最近發(fā)現(xiàn)在阿皮黑皮質(zhì)素前體基因的突變的患者中， 亦出現(xiàn)嚴(yán)重肥胖和頭發(fā)色素沉著的現(xiàn)象，這可能是因?yàn)橛绊懥梭w內(nèi)α-MSH和ACTH的合成[2]。在培養(yǎng)人的黑素細(xì)胞和老鼠的黑素瘤細(xì)胞時(shí)，也發(fā)現(xiàn)α-MSH和ACTH 參與調(diào)控黑素的生成和黑素細(xì)胞樹突化，而這些現(xiàn)象都可以被cAMP激動(dòng)因子如: 毛喉素 (FK)，霍亂毒素(CT) ，環(huán)磷酸腺苷 (IBMX) 所模擬。最近研究表明黑素體內(nèi)的pH值對黑素合成是個(gè)重要的調(diào)控因素，而α-MSH和cAMP通路可以調(diào)節(jié)黑素體內(nèi)的pH值，當(dāng)使用PKA抑制劑H89時(shí)，可以抑制cAMP通路，并且導(dǎo)致黑素體酸化[3-4]。這些都可以說明腺苷酸環(huán)化酶/ cAMP依賴蛋白激酶通路參與黑素合成[5]。

腺苷酸環(huán)化酶/ cAMP依賴蛋白激酶通路還通過小的GTP-結(jié)合蛋白來調(diào)節(jié)黑素細(xì)胞樹突化[6]。 黑素細(xì)胞樹突化或樹突的生長，對黑素合成是個(gè)非常重要的特征，并且也是保證黑素轉(zhuǎn)移到角質(zhì)形成細(xì)胞的必需過程。如促黑素細(xì)胞刺激激素和磷脂酶C(LPC)都可以激活細(xì)胞內(nèi)腺苷酸環(huán)化酶，通過第二信號cAMP通路，促進(jìn)黑素細(xì)胞的樹突化，有利于黑素小體的傳遞[7-8]。一直以來，在黑素細(xì)胞中的cAMP通路被認(rèn)為是與α-MSH / MC-1R信號有關(guān)。當(dāng)MC-1R與多種配體結(jié)合后，使AMP 轉(zhuǎn)化為cAMP，激活cAMP依賴蛋白激酶(PKA)，cAMP進(jìn)一步激活酪氨酸激酶，從而活化酪氨酸酶(TYR)及酪氨酸酶相關(guān)蛋白1、2生成增多，活性增強(qiáng)，促進(jìn)黑素合成的增加[9-10]。但是最近研究發(fā)現(xiàn)，在沒有刺鼠蛋白存在的滅活鼠上，阿黑皮素誘導(dǎo)產(chǎn)生了黑色鼠[11]，因此有學(xué)者提出，在黑素細(xì)胞膜上G蛋白受體不僅僅是通過MC-1R來激活腺苷酸活化酶促進(jìn)cAMP合成[12]。而且最近在黑素細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)許多新的促進(jìn)因子，如兒茶酚胺、乙酰膽堿、B內(nèi)啡呔、β-MSH 和雌激素等，因而發(fā)現(xiàn)許多關(guān)于cAMP 合成的新的受體，如β- 腎上腺素能受體，蕈堿受體(M1、M3、M5)，阿片劑受體，αβ雌激素受體，β-MSH受體，MC-4R受體，干細(xì)胞因子(SCF)及其KIT受體和促腎上腺皮質(zhì)激素釋放因子(CRF)等，而且CRF還可以刺激人阿黑皮素原(POMC)和ACTH的合成[13-14]，這些都說明cAMP在黑素合成中是多個(gè)受體介導(dǎo)的復(fù)雜過程。

研究還發(fā)現(xiàn)POMC蛋白合成需要鈣離子參與，POMC合成轉(zhuǎn)化酶有兩個(gè)特異性鈣離子結(jié)合區(qū)域，而這是酶激活所必需的。細(xì)胞內(nèi)鈣有較高的與黑素結(jié)合親和力且與鈣調(diào)蛋白結(jié)合有相同的親和力，并且可以調(diào)控黑素細(xì)胞內(nèi)的氧化還原反應(yīng)。

2絲裂原活化蛋白激酶(MAPK)通路

絲裂原活化蛋白激酶(MAPK)信號途徑是一種絲裂原活化的蛋白激酶超家族，該信號傳導(dǎo)通路的核心是由3種蛋白激酶(MAPKKK，MAPKK，MAPK)構(gòu)成的蛋白激酶反應(yīng)鏈，主要包括了3個(gè)信號傳導(dǎo)途徑:細(xì)胞外調(diào)節(jié)蛋白激酶(extra cellular regulated protein kinases，ERK)通路，c-jun氨基末端激酶(c-jun N terminal kinase，JNK)通路，p38通路來調(diào)控細(xì)胞間代謝、基因表達(dá)和對外界壓力的反應(yīng)等[15]。當(dāng)配體與膜受體結(jié)合后，激活受體胞漿面的酪氨酸蛋白激酶，催化受體自身酪氨酸殘基磷酸化，受體發(fā)生二聚化后自身具備酪氨酸蛋白激酶(TPK)活性并催化胞內(nèi)區(qū)酪氨酸殘基自身磷酸化，通過多種絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶的級聯(lián)激活絲裂原活化蛋白激酶(MAPK)，進(jìn)行磷酸化和激活轉(zhuǎn)錄因子，從而調(diào)節(jié)細(xì)胞的增殖和分化[16]。

有研究發(fā)現(xiàn)脂多糖(LPS)在黑素細(xì)胞中能夠促進(jìn)色素沉著，而且是通過p38 MAPK的激活，從而在其中發(fā)揮重要作用， 而在使用MAPK抑制劑SB203580，幾乎能完全消除LPS引起的黑素合成的增加[17]。在B16F10老鼠黑素瘤中， 使用胎盤類脂物質(zhì)(Placental total lipid fraction， PTLF)后， 通過p38 MAPK的磷酸化，能促進(jìn)黑素生成，若使用MAPK抑制劑SB203580， 則可以完全抑制PTLF引起的色素沉著[18]。在使用羽扇醇作用于B16 2F2細(xì)胞時(shí)，其對黑素合成的調(diào)節(jié)也是通過p38MAPK信號通路發(fā)揮作用的[19]。有研究表示沼澤藍(lán)莓花青素有助于色素沉著，而減輕紫外線B照射引起的光老化現(xiàn)象，機(jī)制有可能是ATH-BBe阻斷c-jun和p53(可以做為p38直接作用底物)氨基末端激酶磷酸化而抑制MAPK信號通路有關(guān)。而且ATH-BBe也可以影響與MAPK信號傳導(dǎo)通路有關(guān)的轉(zhuǎn)錄因子(STAT-1)，從而發(fā)揮作用[20]。這些都能說明MAPK通路在黑素合成中的作用。而MAPK通路和腺苷酸環(huán)化酶/ cAMP依賴蛋白激酶通路之間是相互聯(lián)系的。在許多類型細(xì)胞中，cAMP被報(bào)道可以抑制MAP激酶途徑。然而在B16黑素細(xì)胞和正常人黑素細(xì)胞中，cAMP可以上調(diào)激活MAPK[21]。有研究顯示，在使用Bone Morphogenetic Protein (BMP-4)處理黑素細(xì)胞時(shí)，能夠激活MAPK而引起短暫的激活MITF(黑素生成蛋白主要的轉(zhuǎn)錄因子)的磷酸化，而長期的使用則引起MITF表達(dá)下降，可能與cAMP有關(guān)[22]。

3二酯甘油/ 蛋白激酶C (DAG/ PKC) 途徑

在這一信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑中，膜受體與其相應(yīng)的第一信使分子結(jié)合后，激活膜上的Gq蛋白(一種G蛋白)，然后由Gq蛋白激活磷酸酯酶Cβ(phospholipase Cβ， PLC)， 將膜上的脂酰肌醇4，5-二磷酸(phosphatidylinositol biphosphate，PIP2)分解為兩個(gè)細(xì)胞內(nèi)的第二信使:DAG和IP3，最后通過激活蛋白激酶C(protein kinase C，PKC)，引起級聯(lián)反應(yīng)，進(jìn)行細(xì)胞的應(yīng)答。在細(xì)胞培養(yǎng)和活體內(nèi)都證明DAG(內(nèi)源性PKC的激活劑)能夠刺激黑素合成，而黑素合成可以被PKC抑制劑或細(xì)胞內(nèi)PKC的衰竭阻止。用DAG直接外搽豚鼠皮膚也會引起類似中波紫外線(UVB)照射皮膚所產(chǎn)生的皮膚曬黑著色，而在豚鼠皮膚使用DAG抑制劑時(shí)，能夠減輕色素沉著[23]。而在蟾蜍的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中，褪黑素(松果體激素)能引起蟾蜍載黑素細(xì)胞中黑素顆粒的聚集，這是通過激活載黑素細(xì)胞中的PKC途徑，而不是直接影響黑素顆粒的轉(zhuǎn)運(yùn)。這種作用可以通過PKC抑制劑Ro31-8220而被阻止[24]。DAG/PKC途徑在黑素合成中起主要調(diào)控作用的是PKC-β亞型，它能通過磷酸化絲氨酸殘端而激活酪氨酸酶[25]。此外，有報(bào)道稱，激活的PKC-β通過膜受體與黑素體相互作用。在PKC和PKA通路可能存在某些交叉部分，通過cAMP刺激基因轉(zhuǎn)錄(包括PKC)來放大它們黑素生成中的調(diào)控作用。其他 PKC亞型，如α，ε，ξ和δ可能也參與黑素細(xì)胞分化和增殖的調(diào)控[26]。

目前研究還表明IP3/DAG途徑除了合成cAMP，還能釋放其他第二信使物質(zhì)如鈣來調(diào)控黑素的合成。在黑素細(xì)胞中，鈣信號受去甲腎上腺素/α腎上腺素和ACTH 1-17/MC-1R級聯(lián)調(diào)控。IP3/DAG信號通路也控制PKC-β的激活，依次通過激活在C末端絲氨酸的磷酸化而激活酪氨酸酶，通過IP3而從粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)釋放細(xì)胞內(nèi)的鈣，激活L-苯丙氨酸從而轉(zhuǎn)化成L-酪氨酸，從而提供足夠濃度的酪氨酸來保證黑素的合成。

4一氧化氮/環(huán)磷酸鳥苷/蛋白激酶G(NO/cCMP/PKG)

NO是由精氨酸向瓜氨酸轉(zhuǎn)化，通過NO合成酶而生成的自由基氣體， 而NO被認(rèn)為是一種主要的細(xì)胞內(nèi)外信使。NO通過激活可溶解的鳥苷酸環(huán)化酶，引起細(xì)胞內(nèi)cGMP表達(dá)的增加，激活cGMP依賴蛋白激酶通路。NO和cGMP都被認(rèn)為是由紫外線引起的紅斑的中間介質(zhì)。在人類的黑素細(xì)胞中，NO供體和cGMP類似物刺激黑素合成。而且，紫外線照射能增加NO和cGMP產(chǎn)生，而紫外線在黑素合成的作用可以被鳥苷酸環(huán)化酶抑制劑和NO合酶抑制所阻斷。這些現(xiàn)象都說明在由紫外線導(dǎo)致的黑素合成中，NO和cGMP都起了重要的調(diào)控作用，抑制NO和cGMP的產(chǎn)生能夠阻止紫外線引起的黑素合成作用[27]。鐘桂書等[28]通過在活體豚鼠皮下注射大黃有效成分大黃素次酸，結(jié)果顯示大黃素次酸對黑素細(xì)胞及黑素合成的調(diào)控作用是通過NO信號介導(dǎo)途徑。TsatmMi等[29]研究也發(fā)現(xiàn)，通過紫外線和脂多糖(LPS)處理人類黑素細(xì)胞，發(fā)現(xiàn)NO釋放增加，再使用α-MSH處理，此效應(yīng)增強(qiáng);而用誘導(dǎo)型一氧化氮合酶(iNOS)抑制劑氨基胍(AMG)處理時(shí)，此效應(yīng)被阻斷，由此認(rèn)為α-MSH刺激的NO增加是由誘導(dǎo)型一氧化氮合酶(iNOS)介導(dǎo)的。Romero-Graillet等[30]在觀察紫外線照射角質(zhì)形成細(xì)胞后，對角質(zhì)形成細(xì)胞產(chǎn)生NO的影響時(shí)發(fā)現(xiàn)，紫外線通過活化角質(zhì)形成細(xì)胞中eNOS(內(nèi)皮型一氧化氮合酶)分泌NO。使用NO清除劑時(shí)，經(jīng)紫外線射的角質(zhì)形成細(xì)胞合成黑素的作用幾乎完全消失，加入NO供體后黑素細(xì)胞的TYR活性和黑素的合成增加，這個(gè)作用與TYR和酪氨酸相關(guān)蛋白-1的增加量呈正相關(guān)。而且在羊駝皮膚的黑素細(xì)胞培養(yǎng)中，發(fā)現(xiàn)NO可以通過提高M(jìn)C-1R來加強(qiáng)α-MSH促進(jìn)黑素合成的作用[31]。這些都說明一氧化氮/ 環(huán)磷酸鳥苷/ 蛋白激酶G(NO/ cGMP/ PKG)通路參與黑素合成。

綜上所述，人體黑素細(xì)胞中黑素的合成、分泌是一項(xiàng)復(fù)雜、精確調(diào)控的過程，有多種信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途經(jīng)的參與調(diào)控并相互關(guān)聯(lián)，且此過程受多種體內(nèi)外刺激因素的影響。在正常生理狀態(tài)下，何種信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途經(jīng)起主導(dǎo)作用，其他途經(jīng)怎樣協(xié)同參與調(diào)控，目前仍需進(jìn)一步研究。而在一些由外界刺激因素作用下皮膚獲得性色素沉著異?；蛴勺陨砑膊∮绊懚a(chǎn)生的色素沉著異常性疾病，何種信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途經(jīng)出現(xiàn)異常調(diào)控黑素合成、分泌，亦需要進(jìn)一步研究。如能對調(diào)控黑素合成、分泌的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途經(jīng)全面了解，掌握其調(diào)控步驟的關(guān)鍵點(diǎn)，則可以對皮膚獲得性色素沉著異?；蛏爻林惓Ｐ约膊〉闹委熖峁┲笇?dǎo)意義。

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[收稿日期]2010-08-14 [修回日期]2010-10-24

編輯/李陽利