自噬在皮膚氧化應(yīng)激和色素代謝中的作用

賈肖肖，宋秀祖（.浙江中醫(yī)藥大學(xué)，杭州 30009；.杭州市第三人民醫(yī)院，杭州 30009）

自噬在皮膚氧化應(yīng)激和色素代謝中的作用

賈肖肖1，宋秀祖2
（1.浙江中醫(yī)藥大學(xué)，杭州 310009；2.杭州市第三人民醫(yī)院，杭州 310009）

自噬是真核細(xì)胞特有的生命現(xiàn)象，在機(jī)體的氧化應(yīng)激反應(yīng)中發(fā)揮重要的作用。研究證實(shí)，自噬可以調(diào)節(jié)黑素細(xì)胞和角質(zhì)形成細(xì)胞的氧化應(yīng)激反應(yīng)，在皮膚色素代謝中具有重要的作用。自噬和氧化應(yīng)激在皮膚色素代謝中的作用表現(xiàn)為：影響黑素小體的合成和成熟，影響角質(zhì)形成細(xì)胞中黑素小體的降解，參與角質(zhì)形成細(xì)胞的分化過程，但在黑素小體轉(zhuǎn)運(yùn)中的作用尚不清楚。另外，自噬可以調(diào)節(jié)毛發(fā)和表皮的角化，但不影響皮膚的屏障功能。本文綜述了自噬在皮膚氧化應(yīng)激和色素代謝中的作用，可能為臨床上難治性色素障礙性皮膚病如白癜風(fēng)、黃褐斑以及黑素瘤的發(fā)病機(jī)制和靶向治療提供方向。

自噬；氧化應(yīng)激；角質(zhì)形成細(xì)胞；黑素細(xì)胞

自噬是一種在真核細(xì)胞內(nèi)依賴溶酶體的降解途徑，細(xì)胞可以通過自噬和溶酶體降解受損、變性、衰老和失去功能的細(xì)胞器和變性的蛋白質(zhì)與核酸等生物大分子，為細(xì)胞的重建、再生和修復(fù)提供必需的原料。自噬在機(jī)體氧化應(yīng)激過程中也發(fā)揮重要保護(hù)作用。自噬既可以保護(hù)細(xì)胞，又可以引起細(xì)胞死亡的雙重作用已經(jīng)得到證實(shí)［1］。近年研究表明：自噬在多種色素性皮膚病如白癜風(fēng)、黑素瘤中發(fā)揮作用，參與了皮膚色素代謝的過程［2-3］。

1　自噬在皮膚氧化應(yīng)激中的作用

自噬是真核細(xì)胞特有的生命現(xiàn)象，相較于主要降解短壽蛋白的泛素-蛋白酶體途徑，自噬主要降解大多數(shù)長壽蛋白和一些細(xì)胞器［4］。依據(jù)細(xì)胞內(nèi)底物運(yùn)送到溶酶體方式不同，自噬主要分為3種：巨自噬、微自噬和分子伴侶介導(dǎo)的自噬，通常所說的自噬即巨自噬［5］。自噬最初被認(rèn)為是非選擇性的降解過程，但目前研究認(rèn)為自噬可優(yōu)先降解胞內(nèi)過多的細(xì)胞器即選擇性自噬，如過氧化物酶體自噬、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)自噬和線粒體自噬等，從而在各種應(yīng)激過程中發(fā)揮重要作用［6］。自噬過程受到多種相關(guān)基因、蛋白的調(diào)節(jié)。p62/SQSTMl（簡稱p62）是自噬的選擇性作用靶點(diǎn)，其蛋白成分可反映細(xì)胞內(nèi)自噬水平；同時(shí)作為一種多功能的泛素化結(jié)合的銜接蛋白，其在自噬、蛋白酶體通路等多條信號(hào)通路中發(fā)揮重要作用［7-8］。

在皮膚色素代謝中研究較多的是氧化應(yīng)激有關(guān)的Nrf2信號(hào)途徑。Keapl/Nrf2是目前公認(rèn)的細(xì)胞應(yīng)對氧化應(yīng)激的防御機(jī)制。Keapl是一個(gè)與胞漿肌動(dòng)蛋白結(jié)合的多肽，可與Nrf2結(jié)合。在生理狀態(tài)下，Nrf2與Keapl結(jié)合使活性處于相對抑制的狀態(tài)。當(dāng)與親核劑或氧化劑作用時(shí)，Keapl的半胱氨酸殘基受到修飾而失活，導(dǎo)致Keapl與Nrf2解偶聯(lián)，Nrf2轉(zhuǎn)移入核，經(jīng)一系列反應(yīng)啟動(dòng)抗氧化應(yīng)激蛋白基因的轉(zhuǎn)錄，提高細(xì)胞的抗氧化應(yīng)激能力［9］。Nrf2可轉(zhuǎn)錄上調(diào)自噬過程中的p62表達(dá)，而p62的累積可通過與Nrf2競爭結(jié)合Keapl，有利于Nrf2的核轉(zhuǎn)位［10］。表明自噬在氧化應(yīng)激中發(fā)揮重要的作用。

自噬還參與了氧化應(yīng)激導(dǎo)致的蛋白質(zhì)聚集體的清除和氧化磷脂的降解。Zhao等［11］發(fā)現(xiàn)UVA可誘導(dǎo)角質(zhì)形成細(xì)胞中磷脂的氧化，使氧化脂質(zhì)的水平提高。UVA和UVA-氧化磷脂可激活角質(zhì)形成細(xì)胞中的自噬，而自噬在降解紫外線誘導(dǎo)改變的蛋白質(zhì)和脂質(zhì)方面具有關(guān)鍵的作用，并且能限制角質(zhì)形成細(xì)胞中的Nrf2活性。此外，研究還發(fā)現(xiàn)在自噬相關(guān)蛋白ATG7基因敲除導(dǎo)致自噬不足的角質(zhì)形成細(xì)胞中，氧化應(yīng)激可導(dǎo)致含有自噬適配蛋白p62的高分子質(zhì)量蛋白質(zhì)聚集體的大量聚集以及Nrf2目標(biāo)基因表達(dá)的上調(diào)。進(jìn)一步證實(shí)自噬參與了氧化應(yīng)激反應(yīng)的調(diào)節(jié)。

2　自噬在色素代謝中的作用

2.1對黑素細(xì)胞活性的影響Zhang等［12］證實(shí)了自噬在黑素細(xì)胞氧化應(yīng)激中發(fā)揮作用，其采用Atg7（f/f Tyr：Cre）基因敲除小鼠模型可有效地抑制黑素細(xì)胞中的自噬，缺失自噬的黑素細(xì)胞中可發(fā)現(xiàn)過度累積的p62，進(jìn)一步引起Nrf2的持續(xù)活化。然而，這并沒有引起活性氧的水平降低，反而導(dǎo)致過氧化脂質(zhì)的增加。缺失自噬的黑素細(xì)胞雖然激活了氧化還原反應(yīng)但仍可導(dǎo)致氧化損傷產(chǎn)物的累積。Lionaki等［13］發(fā)現(xiàn)與正常黑素細(xì)胞相比，自噬缺陷的黑素細(xì)胞在體外培養(yǎng)的早期就停止生長，并且具有形態(tài)學(xué)的衰老以及顯著表達(dá)的p16ink4mRNA和蛋白質(zhì)，表明自噬可調(diào)節(jié)黑素細(xì)胞的壽命，從而在黑素細(xì)胞存活和增殖中發(fā)揮重要作用。目前認(rèn)為，自噬調(diào)節(jié)黑素細(xì)胞壽命的機(jī)制可能與線粒體活性氧的水平和氧化應(yīng)激損傷有關(guān)［14］。

2.2對黑素小體合成的影響眾所周知，在色素代謝中黑素細(xì)胞的主要功能是合成黑素小體，并通過樹突轉(zhuǎn)移到鄰近的角質(zhì)形成細(xì)胞。有學(xué)者提出假設(shè)：自噬可能參與黑素小體的合成和成熟［15］。然而，Zhang等［12］研究表明不論黑素細(xì)胞的自噬功能是否缺失，在小鼠尾部的黑素細(xì)胞和角質(zhì)形成細(xì)胞中都含有成熟的黑素小體，其研究認(rèn)為自噬在黑素小體的合成、成熟過程中不是必需的。Ho等［16］研究證實(shí)長期抑制自噬相關(guān)蛋白18（WIPI1）的表達(dá)會(huì)導(dǎo)致黑素小體的數(shù)量減少，說明某些自噬基因在調(diào)節(jié)黑素小體的合成過程中可能發(fā)揮作用。但如果自噬直接調(diào)節(jié)黑素小體的合成，那么由饑餓應(yīng)激引起的自噬應(yīng)該會(huì)引起黑素含量的變化。但其研究發(fā)現(xiàn)饑餓狀態(tài)下雖然足以引起自噬小體的合成，但不能夠引起黑素累積，因此說明自噬本身并不調(diào)節(jié)黑素小體的合成。推測調(diào)節(jié)黑素小體合成的可能是自噬途徑中的某些成分：如囊泡形成的調(diào)節(jié)劑，參與自噬體膜回收成分的蛋白質(zhì)等。

2.3對黑素小體轉(zhuǎn)運(yùn)的影響目前自噬在黑素小體轉(zhuǎn)運(yùn)過程中的作用尚不明確。Rab27a是Rab GTP酶的膜家族成員，其參與了細(xì)胞內(nèi)膜運(yùn)動(dòng)時(shí)囊泡的運(yùn)動(dòng)和融合。Rab27a表達(dá)于成熟黑素小體的表面，通過連接蛋白Mlph介導(dǎo)動(dòng)力蛋白Myosin-Va結(jié)合在黑素小體上，從而使黑素小體的雙向移動(dòng)可以在富含肌動(dòng)蛋白的樹突外圍部位終止，完成黑素小體轉(zhuǎn)運(yùn)［17］。既往研究已證實(shí)：自噬形成的過程與囊泡轉(zhuǎn)運(yùn)過程存在多處交匯，推測Rab蛋白作為分子“開關(guān)”在調(diào)節(jié)囊泡轉(zhuǎn)運(yùn)的同時(shí)也可能參與了自噬過程［18］。然而，自噬影響黑素小體轉(zhuǎn)運(yùn)的機(jī)制目前尚未見研究報(bào)道。

2.4對黑素小體降解的影響Murase等［19］將正常表皮角質(zhì)形成細(xì)胞與分離的黑素小體一起培養(yǎng)，分析黑素小體的累積情況。其研究用特異性siRNA抑制ATG7表達(dá)可顯著提高PMEL17的水平，同時(shí)伴有LC3-II蛋白的減少。PMEL17是一種黑素小體蛋白，LC3-II蛋白是自噬小體的標(biāo)志，這證實(shí)了自噬在角質(zhì)形成細(xì)胞中的黑素小體降解過程中發(fā)揮作用。另外，下調(diào)ATG13表達(dá)對于PMEL17的調(diào)節(jié)也得到相似結(jié)果，同時(shí)伴有p62累積。其研究還發(fā)現(xiàn)白種人角質(zhì)形成細(xì)胞自噬活性比黑種人高，自噬通過調(diào)節(jié)角質(zhì)形成細(xì)胞中黑素小體的降解可以決定皮膚顏色。Rossiter等［20］發(fā)現(xiàn)具有角質(zhì)形成細(xì)胞自噬缺陷的小鼠其毛發(fā)和皮膚的顏色相同，進(jìn)一步證實(shí)了此觀點(diǎn)。Ho等［15］認(rèn)為選擇性自噬可能對異常的黑素小體有一定的作用，就如過氧化物自噬能夠清除有缺陷的過氧化物一樣，且白癜風(fēng)患者的黑素細(xì)胞中可以發(fā)現(xiàn)異常的黑素小體。

2.5對其他的影響目前研究證實(shí)，角質(zhì)形成細(xì)胞中的自噬現(xiàn)象參與了細(xì)胞分化、腫瘤、炎癥及色素細(xì)胞中巨大黑素小體形成等多種病理、生理過程［21］。研究表明，缺失Atg7的小鼠表現(xiàn)毛發(fā)生長障礙、外毛根鞘增厚，角化透明顆粒的數(shù)量和直徑減少，角化相關(guān)蛋白如絲聚蛋白、兜甲蛋白等減少，但未影響皮膚的屏障功能，提示自噬可以控制毛發(fā)和表皮的角化［22］。

3　結(jié)語

目前，雖然自噬是在醫(yī)學(xué)各個(gè)領(lǐng)域都有了較深入的研究，但在皮膚色素代謝方面的研究尚較少。深入研究自噬在皮膚氧化應(yīng)激及色素代謝方面的作用，可能為臨床上難治性色素障礙性皮膚病如白癜風(fēng)、黃褐斑以及黑素瘤的發(fā)病機(jī)制和靶向治療提供方向。

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R758.4

A

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2015-08-29）