異位表達(dá)受體蛋白在皮膚病中的研究進(jìn)展

邱勰，雷鐵池

(武漢大學(xué)人民醫(yī)院皮膚科，武漢 430060)

皮膚作為人體最大的器官，與外界各種刺激直接接觸，不僅能夠保護(hù)身體免受外界刺激(如溫度、機(jī)械刺激和化學(xué)刺激)的損傷，也能避免過量水分損失，且表皮細(xì)胞在各種管腔黏膜表面互相移行，有助于維持人體內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)[1]。此外，皮膚還具備感知外界環(huán)境信息的能力，表皮角質(zhì)形成細(xì)胞和黑素細(xì)胞等皮膚組成細(xì)胞能夠表達(dá)多種不同受體，如瞬時(shí)電位受體、ATP受體、趨化因子等，這些受體因子激活相關(guān)信號(hào)通路，有助于皮膚表面對(duì)刺激產(chǎn)生生理效應(yīng)[2]。

人體中廣泛存在許多異位表達(dá)的受體和蛋白，角質(zhì)細(xì)胞、黑素細(xì)胞以及毛囊等皮膚組織和細(xì)胞中存在各種異位表達(dá)的受體和蛋白，如嗅覺受體(olfactory receptors，ORs)和視蛋白(opsin，OPN)等，其不同亞型對(duì)各種化學(xué)刺激產(chǎn)生相應(yīng)的生理效應(yīng)。皮膚科常見疾病(如銀屑病、白癜風(fēng)、斑禿和黑素細(xì)胞瘤)與異位受體和蛋白緊密聯(lián)系[3]。且活化的異位受體蛋白與人體其他器官(如腸道、肝、膽[4]、心臟[5])、神經(jīng)[6]和腫瘤亦存在密切聯(lián)系。研究異位表達(dá)受體和蛋白的研究對(duì)皮膚病診治以及其他皮膚表達(dá)的異位受體蛋白的發(fā)現(xiàn)有一定的參考價(jià)值。因此，現(xiàn)就有關(guān)異位ORs和OPN在皮膚中表達(dá)、功能及其與皮膚相關(guān)疾病關(guān)聯(lián)的研究進(jìn)展予以綜述。

1 異位受體蛋白在皮膚中的表達(dá)

人體多數(shù)器官中存在異位受體蛋白的表達(dá)，通常特定組織中的異位受體蛋白具有信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)等功能，但有研究發(fā)現(xiàn)，部分受體蛋白能夠在體內(nèi)其他組織中表達(dá)，并參與皮膚、胃腸道、心臟等器官的生理或病理功能[4]，且不同受體蛋白的結(jié)構(gòu)和功能不同。ORs和OPN表達(dá)的種類和分布成為近年研究熱點(diǎn)。哺乳動(dòng)物的嗅覺系統(tǒng)可以識(shí)別和區(qū)分不同的氣味分子。在分子的生化角度，氣味配體與嗅覺感覺神經(jīng)元上特定受體的結(jié)合使得不同氣味分子能夠被感覺器官識(shí)別，如已知的ORs中，OR2AT4的配體是人工合成的檀香木[7]、OR51E2的特異性配體為紫羅酮[8]、OR2A4/7受水楊酸環(huán)乙酯的特異性激活[9]、OR51B5能夠與異壬醇分子特異性結(jié)合[9]，OR10G7則可被苯乙酮和丁香酚兩種配體激活[10]。在分子水平上，Buck和Axel[11]首次克隆并鑒定了一個(gè)龐大的多基因家族，該基因家族編碼7個(gè)跨膜結(jié)構(gòu)域蛋白，被命名為ORs基因超家族，僅在嗅覺上皮表達(dá)ORs，在氣味識(shí)別過程中起重要作用。研究證明，ORs基因[12]在進(jìn)化過程中出現(xiàn)了不同程度的假基因化，即出現(xiàn)與正?；蛳嗨疲珕适д９δ艿腄NA序列[13]。ORs基因在人類基因組中具有多 樣性，揭示了不同的人嗅覺靈敏度的差異[4]。在遷移的神經(jīng)細(xì)胞、平滑肌和血管內(nèi)皮、心內(nèi)膜細(xì)胞、神經(jīng)上皮以及眼組織內(nèi)均存在ORs的異位表達(dá)。皮膚作為身體最外層的屏障，暴露于多種環(huán)境因素，皮膚細(xì)胞(如角質(zhì)形成細(xì)胞、黑素細(xì)胞及樹突狀細(xì)胞中)也存在不同功能的ORs，并受到相應(yīng)的激動(dòng)劑調(diào)節(jié)，參與一系列生物反應(yīng)[7]。

OPN是七肽G蛋白偶聯(lián)受體超家族的光敏感成員，也是一個(gè)細(xì)胞表面受體的大家族，可被多種刺激激活并介導(dǎo)跨生物膜的信號(hào)[14]。根據(jù)OPN是否直接參與視覺成像可分為視覺系統(tǒng)OPN和非視覺系統(tǒng)OPN，非視覺系統(tǒng)OPN包括與晝夜節(jié)律相關(guān)的OPN[15]。視色素包括視紫紅質(zhì)(OPN2)和視錐OPN(OPN1)，這兩類OPN在視網(wǎng)膜的視桿細(xì)胞和視錐細(xì)胞中表達(dá)，分別介導(dǎo)昏暗的光線和色覺[16]。除經(jīng)典的視覺OPN外，還有許多其他功能性O(shè)PN，包括腦OPN(OPN3)、黑素OPN(OPN4)和神經(jīng)蛋白酶(OPN5)[17]。隨著對(duì)OPN認(rèn)識(shí)的逐漸深入，發(fā)現(xiàn)除眼內(nèi)的視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細(xì)胞、色素上皮細(xì)胞、虹膜組織等外，OPN還分布于腦內(nèi)、皮膚組織等眼外組織[18]，其中部分OPN參與影響生物晝夜節(jié)律，部分OPN與光照引發(fā)的皮膚損傷相關(guān)，但OPN對(duì)人體其他器官的影響及其機(jī)制仍需進(jìn)一步研究[19]。

1.1異位受體蛋白在角質(zhì)形成細(xì)胞中的異位表達(dá) 角質(zhì)形成細(xì)胞是表皮層的主要細(xì)胞類型，能夠表達(dá)各種不同的感覺受體，以應(yīng)對(duì)各種環(huán)境刺激并及時(shí)處理皮膚中的信息。Busse等[7]克隆并在功能上表達(dá)了皮膚ORs——OR2AT4，并確定將檀香木(一種合成的檀香加味劑)作為該受體的激動(dòng)劑。在體外傷口劃痕試驗(yàn)中，用人工合成的檀香香料長(zhǎng)期刺激角質(zhì)形成細(xì)胞能夠?qū)?xì)胞增殖和遷移以及單層角質(zhì)形成細(xì)胞的再生有積極影響，表明OR2AT4參與了人類傷口愈合過程中角質(zhì)形成細(xì)胞重新上皮化的過程[7]。

在培養(yǎng)的人角質(zhì)形成細(xì)胞中，OR2A4/7和OR51B5的作用可能與OR2AT4類似，其生理作用分別受水楊酸環(huán)乙酯和異壬醇的激動(dòng)調(diào)節(jié)，并常被作為化妝品的增香劑[9]。OR2A4/7和OR51B5均可表達(dá)于皮膚基底上的角質(zhì)形成細(xì)胞中，但在皮膚基底層中僅可檢測(cè)到OR2A4/7的表達(dá)，其中OR2A4/7可能在角質(zhì)細(xì)胞增殖中起重要作用，OR51B5能夠顯著提高單層原代角質(zhì)形成細(xì)胞的再生速率，促進(jìn)p38促分裂原活化的蛋白激酶、熱激蛋白27和AMP活化蛋白激酶α1磷酸化，并降低蛋白激酶B磷酸化，引起白細(xì)胞介素-6分泌，證明角質(zhì)形成細(xì)胞可通過被不同ORs激活而進(jìn)行不同方式的調(diào)節(jié)，這可能提示了促進(jìn)傷口修復(fù)的新方法。

從人表皮細(xì)胞的角質(zhì)形成細(xì)胞中能夠分離出5個(gè)不同水平的視蛋白，分別為OPN1-SW、OPN2、OPN3、OPN4和OPN5，這些OPN可能通過幫助吸收可見光中較短波長(zhǎng)的光來誘導(dǎo)生理反應(yīng)[20]。與其他OPN相比，OPN3的含量更高，表明它在皮膚色素沉著中的作用可能較大[21]。特異性O(shè)PN2可在表達(dá)角蛋白14的基底層角質(zhì)形成細(xì)胞中表達(dá)[22]。

1.2異位受體蛋白在毛囊中的表達(dá) 毛囊外根鞘細(xì)胞是皮膚中毛囊的重要組成成分，具有良好的增殖分化能力，其中存在OR2AT4的異位表達(dá)，且經(jīng)人工檀香活化后，OR2AT4可以抑制毛囊角質(zhì)形成細(xì)胞的凋亡[23]，由此推測(cè)，ORs(如OR2AT4)可能因化學(xué)刺激特異性激動(dòng)而誘發(fā)生理效應(yīng)，從而維持毛發(fā)生長(zhǎng)，表明OR2AT4可能是脫發(fā)治療的靶向目標(biāo)。

毛囊細(xì)胞中OPN的表達(dá)也引起了人們的關(guān)注。關(guān)于小鼠晝夜節(jié)律的實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，小鼠表皮毛囊細(xì)胞中的黑素細(xì)胞前體細(xì)胞有表達(dá)光色素神經(jīng)素(OPN5)的功能[24]。在臨床上，光生物調(diào)節(jié)療法對(duì)毛發(fā)生長(zhǎng)有積極的影響[25]，而在光生物調(diào)節(jié)療法領(lǐng)域，對(duì)毛囊細(xì)胞中OPN的研究可能對(duì)光子能量信號(hào)被細(xì)胞接收的證據(jù)研究有幫助。藍(lán)光(中心波長(zhǎng)453 nm、劑量3.2 J/cm2)照射可顯著延長(zhǎng)離體毛囊的生長(zhǎng)期[22]，這可能與光處理后毛囊細(xì)胞的持續(xù)增殖相關(guān)。OPN3在生長(zhǎng)期毛囊中表達(dá)，沉默毛囊外根鞘細(xì)胞中的OPN3基因后，參與控制毛囊增殖和凋亡的基因表達(dá)受到影響[22]，且藍(lán)光照射對(duì)離體毛囊生長(zhǎng)期延長(zhǎng)的效果受到抑制。

1.3異位受體蛋白在黑素細(xì)胞中的表達(dá) 黑素細(xì)胞是一類存在于皮膚內(nèi)的特殊細(xì)胞，能夠產(chǎn)生黑色素，并傳遞給周圍的角質(zhì)形成細(xì)胞，從而為人類提供應(yīng)對(duì)紫外線的光保護(hù)機(jī)制。在人類表皮黑素細(xì)胞中，OR51E2的配體為紫羅酮[8]。OR51E2的活化提高了胞質(zhì)Ca2+和環(huán)腺苷酸水平，從而介導(dǎo)了黑色素合成增加，并抑制了黑素細(xì)胞增殖，這為治療色素性疾病提供了新思路。

OPN3通過降低黑皮質(zhì)素1受體介導(dǎo)的環(huán)腺苷酸水平調(diào)節(jié)黑色素[26]，但OPN3未吸收任何波長(zhǎng)的光，表明OPN3不直接介導(dǎo)黑素細(xì)胞中的光傳導(dǎo)，其可能通過結(jié)合視黃醛(維生素A的一種形式)起作用，亦可能由于OPN3所吸收的波長(zhǎng)范圍不容易測(cè)量，故仍需進(jìn)一步研究。目前，光刺激OPN3調(diào)節(jié)的鈣依賴性小眼癥相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子(microphtalmia-associated transcription factor，MITF)激活是最可能的途徑，從而增加黑色素的表達(dá)，并引起黑色素生成酶的聚集[27]，這些過程可能導(dǎo)致適應(yīng)性的皮膚色素過度沉著。

太陽光照射皮膚后，皮膚會(huì)產(chǎn)生一系列的應(yīng)激反應(yīng)，但紫外線輻射僅占太陽光譜的2%～5%，可見光幾乎占太陽光譜的50%。深色皮膚的健康志愿者對(duì)可見光尤其是415 nm波長(zhǎng)的輻射(藍(lán)紫色光，在此稱為藍(lán)光)有反應(yīng)，但對(duì)紅光(630 nm)沒反應(yīng)[21]。此外，黑色素細(xì)胞受到藍(lán)光照射刺激后，OPN3的轉(zhuǎn)錄水平?jīng)]有變化，但若抑制OPN3表達(dá)，則MITF激活降低，進(jìn)而MITF誘導(dǎo)的黑色素生成基因的表達(dá)降低，表明OPN3對(duì)藍(lán)光照射的反應(yīng)并不促進(jìn)黑色素產(chǎn)生，而是維持皮膚中黑色素的正常表達(dá)水平。

2 異位受體蛋白在臨床皮膚病中的作用

多數(shù)臨床皮膚疾病的發(fā)生與多方面因素相關(guān)，其中物理和化學(xué)刺激是常見的誘發(fā)因素，異位受體蛋白作為能夠被各種外界刺激特異性激活的因子，能夠參與各項(xiàng)病理進(jìn)程。異位受體蛋白(如ORs)可能參與皮膚病(銀屑病、過敏性皮膚病、光損傷等)的急慢性炎癥反應(yīng)，還能抑制或促進(jìn)腫瘤[4]；OPN則在創(chuàng)傷愈合[28]、光損傷修復(fù)[29]以及惡性黑素瘤治療[30]等方面有重要作用。

2.1異位受體蛋白與炎癥性皮膚病 銀屑病是一種慢性炎癥性皮膚病，病程較長(zhǎng)，臨床表現(xiàn)以紅斑、鱗屑為主，全身均可發(fā)病，常發(fā)生于皮損處，并伴隨皮損部位的微血管增生等病理改變。與正常皮膚相比，尋常型銀屑病患者皮損處多種ORs的表達(dá)下調(diào)，OR1J1表達(dá)上調(diào)，提示OR1J1可能是銀屑病治療的新的靶點(diǎn)；此外，OR10J5能夠參與調(diào)控小血管的生成，可能與銀屑病的微血管增生異常有一定關(guān)系[31]。

特應(yīng)性皮炎是一種慢性、復(fù)發(fā)性、炎癥性皮膚病，以皮膚干燥、劇烈瘙癢和濕疹樣皮炎為主要臨床表現(xiàn)。與健康對(duì)照者相比，特應(yīng)性皮炎患者的未分化角質(zhì)形成細(xì)胞中的OR10G7表達(dá)水平明顯升高[32]，角質(zhì)形成細(xì)胞介導(dǎo)化學(xué)感知的痛覺通路可能影響皮膚內(nèi)神經(jīng)細(xì)胞和中樞神經(jīng)系統(tǒng)之間的沖動(dòng)傳導(dǎo)[10]，故推測(cè)OR10G7可能受苯乙酮和丁香酚配體激動(dòng)后參與了皮膚的應(yīng)激反應(yīng)[10]，而苯乙酮和丁香酚是化妝品和家用產(chǎn)品的常見成分，該成分與皮膚接觸，可能是接觸致敏和Ⅰ型超敏反應(yīng)的變應(yīng)原，提示異位ORs可能參與了過敏性炎癥的發(fā)生，并介導(dǎo)了疼痛及瘙癢發(fā)生的神經(jīng)通路。

創(chuàng)傷愈合指皮膚受外力作用，皮膚組織斷裂缺損后的修復(fù)過程，該過程涉及一系列炎癥反應(yīng)。在離體人皮膚創(chuàng)傷愈合模型中發(fā)現(xiàn)，OPN在人皮膚的表皮、真皮及創(chuàng)傷后新生表皮中均有表達(dá)[28]。在毛囊細(xì)胞中，OPN3存在一定表達(dá)，且其表達(dá)受藍(lán)光調(diào)節(jié)[22]，同時(shí)創(chuàng)傷上皮中OPN3表達(dá)的增加可能由藍(lán)光刺激傷口愈合的機(jī)制引發(fā)，而OPN受體的表達(dá)受藍(lán)光照射的影響而導(dǎo)致其引發(fā)的氧化應(yīng)激反應(yīng)的破壞。同時(shí)，低水平的藍(lán)光不會(huì)影響上皮細(xì)胞的遷移或增殖，但會(huì)刺激角質(zhì)細(xì)胞分化，OPN3的敲除導(dǎo)致藍(lán)光照射后角質(zhì)形成細(xì)胞早期分化減少，提示OPN3可能是屏障修復(fù)功能所必需的因素。

光損傷是紫外線引起的皮膚炎癥表現(xiàn)，在人表皮黑素細(xì)胞中，長(zhǎng)期暴露于紫外線(主要是UVA)環(huán)境會(huì)引起人體皮膚成纖維細(xì)胞中基質(zhì)金屬蛋白酶(matrix metalloproteinase，MMP)表達(dá)增加，尤其是MMP-1、MMP-2、MMP-3和MMP-9。MMPs可降解纖維結(jié)締組織，導(dǎo)致皮膚光老化甚至光損傷。在UVA劑量上調(diào)的環(huán)境下，OPN3通過鈣依賴性G蛋白偶聯(lián)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路上調(diào)人成纖維細(xì)胞中MMP-1、MMP-2、MMP-3和MMP-9的表達(dá)[33]，為臨床靶向改善皮膚光老化提供了新思路。

2.2異位受體蛋白與皮膚腫瘤 一些ORs基因在不同腫瘤類型的不同細(xì)胞系中高表達(dá)，如OR4A47、OR1D5、OR4C46和OR6B2，也有部分ORs主要在單一腫瘤類型中表達(dá)，如僅在B細(xì)胞惡性腫瘤和黑色素瘤中表達(dá)的OR13A1和OR2C3[34]。探究OR2C3僅在黑素瘤中表達(dá)的機(jī)制可能有助于制訂新的黑色素瘤治療方案。應(yīng)用人工合成檀香氣味劑可降低小鼠局部皮膚腫瘤的發(fā)生率，減少紫外線誘導(dǎo)的腫瘤異型性[35]。

惡性黑色素瘤對(duì)常規(guī)治療(包括放療和化療)的耐藥性嚴(yán)重影響惡性黑色素瘤的療效，因此尋找一種高效、靶向的治療新藥物極為重要。藍(lán)光照射通過OPN3光感受器途徑誘導(dǎo)自噬來抑制結(jié)腸癌細(xì)胞的生長(zhǎng)[30]。此外，免疫組織化學(xué)顯示，OPN3蛋白在腫瘤組織中高表達(dá)，藍(lán)光照射還能夠通過線粒體介導(dǎo)的信號(hào)通路誘導(dǎo)凋亡，該信號(hào)通路抑制了早期黑色素瘤的生長(zhǎng)，參考OPN3光感受器途徑在結(jié)腸癌中的作用，推測(cè)其在黑素瘤中起重要作用[30]。

3 小 結(jié)

異位受體蛋白(ORs和OPN等)廣泛存在于皮膚組織的各類細(xì)胞中，能夠調(diào)節(jié)皮膚的各種生理過程，包括傷口愈合、黑色素生成、光老化和毛發(fā)生長(zhǎng)[26,28]，在臨床常見皮膚科疾病中起到一定作用，但目前的研究結(jié)果仍需要進(jìn)一步研究的驗(yàn)證。由于非藥物療法具有低成本和副作用小的優(yōu)點(diǎn)，其臨床應(yīng)用逐漸廣泛。異位受體蛋白在調(diào)節(jié)皮膚生理病理過程中的潛在機(jī)制對(duì)于尋找新的皮膚科非藥物治療方法至關(guān)重要，同時(shí)也是研發(fā)皮膚病新的靶向藥物的理論基礎(chǔ)。