角蛋白15在表皮干細(xì)胞中作用的研究進(jìn)展

趙阿龍 張翠萍 趙洪良 趙換軍 譚志軍 付小兵

（1.天津醫(yī)科大學(xué), 天津 300070; 2. 解放軍總醫(yī)院第一附屬醫(yī)院全軍創(chuàng)傷修復(fù)與組織再生重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室暨皮膚損傷修復(fù)與組織再生北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100048）

角蛋白15在表皮干細(xì)胞中作用的研究進(jìn)展

趙阿龍1，2張翠萍2趙洪良2趙換軍1，2譚志軍1，2付小兵2

（1.天津醫(yī)科大學(xué), 天津 300070; 2. 解放軍總醫(yī)院第一附屬醫(yī)院全軍創(chuàng)傷修復(fù)與組織再生重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室暨皮膚損傷修復(fù)與組織再生北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100048）

正常表皮細(xì)胞包括表皮干細(xì)胞、短暫增殖細(xì)胞和其他角質(zhì)細(xì)胞，以表皮干細(xì)胞為主的基底層不斷增生分化并向上遷移[1]。表皮干細(xì)胞是表皮基底部具有不斷增殖和分化能力的干細(xì)胞，對(duì)于維持表皮的自我更新和完整性具有重要意義[2]。角蛋白是表皮細(xì)胞的結(jié)構(gòu)蛋白，是一類具有支撐和保護(hù)功能的纖維狀蛋白質(zhì)，它們通過直徑為10 nm的微絲在細(xì)胞內(nèi)形成廣泛的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。不同分化程度的表皮細(xì)胞表達(dá)不同的角蛋白，目前已知的角蛋白有49種，包括34種細(xì)胞角蛋白和15種毛發(fā)角蛋白。Ⅰ型角蛋白也叫酸性角蛋白，包括細(xì)胞角蛋白（K9、K10、K12～K20和K23）和毛發(fā)角蛋白（Ha1～Ha8）。Ⅱ型角蛋白也叫堿性角蛋白，包括細(xì)胞角蛋白（K1～K8）和毛發(fā)角蛋白（Hb1～Hb6）等。角蛋白15是小分子角蛋白家族成員之一，為Ⅰ型酸性角蛋白，分子質(zhì)量為52 kD，在表皮干細(xì)胞的研究中具有重要意義[3]。本文就K15的發(fā)現(xiàn)、基因表達(dá)和調(diào)控以及作為干細(xì)胞標(biāo)志的可靠性綜述如下。

1 K15在表皮細(xì)胞中的表達(dá)

K15首次被提到有可能作為表皮干細(xì)胞標(biāo)記是在關(guān)于交叉關(guān)聯(lián)的單克隆抗體C8/144B的報(bào)道中，顯示染色的時(shí)候首先被著色的部位是毛囊隆突部位，而與之交叉反應(yīng)的蛋白是K15[4]。這些隆突部位的細(xì)胞表現(xiàn)出一系列干細(xì)胞特點(diǎn)：慢周期型，迅速分裂和增殖，高水平表達(dá)β 1 整合素，也能夠表達(dá)表皮干細(xì)胞標(biāo)記物K19[5]。研究發(fā)現(xiàn)短暫增殖細(xì)胞中K19表達(dá)更明顯，β1整合素表達(dá)不明顯，所以K19更適合用來標(biāo)記短暫增殖細(xì)胞[6]。而K15陽性的細(xì)胞β1整合素也成陽性[7]，所以K15能夠顯示細(xì)胞的未分化狀態(tài)，可以作為干細(xì)胞標(biāo)記物。

2 K15在表皮細(xì)胞中的功能

在正常表皮細(xì)胞，K5、K14和 K15只存在于增生的基底層部位，為共表達(dá)關(guān)系。當(dāng)這些細(xì)胞向表皮移行變成終末分化細(xì)胞的時(shí)候，上述角蛋白停止表達(dá)。K15是基底部特異的蛋白支架成分之一，其主要功能是為基底層提供支撐。研究表明，在人類胚胎發(fā)育過程中，K15是最早表達(dá)的與分層有關(guān)的角蛋白之一，可以在上皮細(xì)胞的各個(gè)層面表達(dá)，也可以與K5、K14在成年人表皮細(xì)胞中繼續(xù)表達(dá)[8]。但是K15只在成年人表皮細(xì)胞毛囊隆突部位表達(dá)，而相對(duì)于在胚胎中連續(xù)表達(dá)相比，它對(duì)基底層結(jié)構(gòu)完整性的作用只發(fā)生在生長(zhǎng)發(fā)育過程中而不是成年后[9]。因此K15在成年人皮膚中應(yīng)該還具有其他功能，該功能屬于選擇性表達(dá)，但是具體作用尚不清楚?？紤]到K15在胚胎發(fā)育過程中表達(dá)，并作為基底部特異的蛋白支架成分，推測(cè)K15不表達(dá)的胚胎無法存活。

大皰性表皮松解癥 (epidermolysis bullosa) 是以皮膚和黏膜對(duì)機(jī)械損傷易感并形成大皰為特征的多基因遺傳性皮膚病，為典型的侵及皮膚基底膜區(qū)的疾病。K5和K14的作用是為復(fù)層上皮細(xì)胞基底層結(jié)構(gòu)作支撐，其基因發(fā)生突變是發(fā)生大皰性表皮松解癥的主要病因。K5作為基底層唯一的Ⅱ型角蛋白無法被其他角蛋白所替代。在基底層，缺乏K5將通過泛素化使所有Ⅰ型角蛋白全部丟失，導(dǎo)致角質(zhì)細(xì)胞基底層缺乏角蛋白纖維，整個(gè)基底層結(jié)構(gòu)動(dòng)搖[10]。目前，尚未見大皰性表皮松解癥患者完全缺乏K5的報(bào)道，推測(cè)K5缺乏的胚胎無法成活；但是K14缺乏可以被K15所補(bǔ)償。在大皰性表皮松解癥患者中，當(dāng)K14基因完全不表達(dá)的時(shí)候，K15表達(dá)量會(huì)提高，以彌補(bǔ)K14功能的缺失。有研究人員觀察到K14基因敲除的小鼠不受食管癌的影響，但是皮膚會(huì)起泡，其原因歸結(jié)于K15在食管的高水平表達(dá)[11]。因此，人們假設(shè)，在K14缺失的時(shí)候，K15會(huì)以高水平的表達(dá)來彌補(bǔ)K14缺失帶來的功能上的缺陷。在4例缺乏K14的大皰性表皮松解癥患者的觀察中發(fā)現(xiàn)，K15表達(dá)水平上調(diào)，K5和K15可以形成一對(duì)聚合體，但是這對(duì)聚合體只能形成6 nm的纖維束來替代成熟的10 nm的纖維束[12]。此結(jié)果被類似研究驗(yàn)證。但是也有一些研究提出K15沒有這樣的補(bǔ)償功能。一位同樣以表皮中完全缺乏K14為特征的大皰性皮膚松解癥患者，其K15并沒有補(bǔ)償性增加，也沒有與K5形成聚合體[13]。所以，目前K15能否補(bǔ)償K14缺失帶來的功能丟失還有待進(jìn)一步驗(yàn)證。

3 K15是干細(xì)胞專一性轉(zhuǎn)錄因子FOXM1的靶點(diǎn)

人類FOXM1蛋白隸屬于winged-helix轉(zhuǎn)錄因子家族，該家族在人類基因組中至少有50個(gè)特異的FOX基因被發(fā)現(xiàn)[14]。轉(zhuǎn)基因和基因敲除小鼠的研究確認(rèn)了FOXM1在細(xì)胞周期調(diào)控、細(xì)胞生死、胚胎發(fā)育、人體組織細(xì)胞的平衡、器官的再生和老化中的關(guān)鍵作用[15]。研究顯示，F(xiàn)OXM1對(duì)于裸鼠通過多潛能基因Oct4、Nanog和Sox2維持干細(xì)胞自我更新的能力起著重要作用[16]。K15是干細(xì)胞相關(guān)因子FOXM1的上游靶點(diǎn)，在體外培養(yǎng)中，F(xiàn)OXM 1基因通過激活K15而促進(jìn)正常表皮細(xì)胞的擴(kuò)增和增殖。FOXM 1基因可以結(jié)合在K15引物的位置。有學(xué)者用染色質(zhì)免疫共沉淀的方法把FOXM 1表達(dá)的蛋白結(jié)合在角質(zhì)細(xì)胞K15基因引物的位置[17]。這個(gè)發(fā)現(xiàn)印證了FOXM 1和K15在表皮細(xì)胞網(wǎng)織層和毛囊隆突部位共表達(dá)[18]。

4 K15作為干細(xì)胞標(biāo)記物的可靠性

盡管有確鑿的證據(jù)證明K15可以作為干細(xì)胞標(biāo)記物[4]，但其可靠性還是受到質(zhì)疑。例如，K15被發(fā)現(xiàn)在羊的毛囊外根鞘中表達(dá)，而沒有出現(xiàn)在有干細(xì)胞存在的毛囊隆突部位[19]。K15還表達(dá)于人頭發(fā)毛囊的外根鞘，以及表皮基底層和小汗腺等部位[20]。此外在口腔內(nèi)部和陰道上皮基層組織也不間斷地表達(dá)K15[21]。這些表達(dá)K15的細(xì)胞可能不都是干細(xì)胞。Porter等[22]提出將K15作為側(cè)向分化的表皮角質(zhì)細(xì)胞的標(biāo)記。還有研究顯示基底層高表達(dá)的K15可能并非只標(biāo)記表皮干細(xì)胞，也許是這個(gè)地方發(fā)生了特異的分化活動(dòng)[23]。

5 總 結(jié)

K15是基底部特異的蛋白支架成分之一，在表皮干細(xì)胞分化各個(gè)階段發(fā)揮了重要作用，被用來作為區(qū)分表皮干細(xì)胞分化與否的標(biāo)記[24]。綜上所述，很多文獻(xiàn)指出K15可以作為表皮干細(xì)胞的標(biāo)記，但是目前也有部分研究對(duì)K15的這一作用提出了質(zhì)疑，因此還需要做更深入的探索，為其作為表皮干細(xì)胞標(biāo)記物提供更多的支持。

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10. 3969/j. issn. 1672-8521. 2015. 03. 016

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張翠萍（E-mail: zcp666666@sohu.com）付小兵（E-mail: fuxiaobing@vip.sina.com）