关键词：黑素细胞 黑素传递
（本文作者：首都医科大学宣武医院 訾绍霞等）
皮肤色素沉着的微观过程大体可以分为四个部分:①黑素细胞内黑素小体的装配与黑素合成; ②黑素小体在黑素细胞内的转运过程,即黑素小体由核周向树突末端的运输过程; ③黑素小体或者黑素由黑素细胞向周围角质形成细胞传递的过程; ④黑素在角质形成细胞内的分布、降解过程。
合成黑素是黑素细胞所特有的功能和特征,黑素合成的过程是一个多步骤的酶促生化反应, 酪氨酸酶(TYR)与酪氨酸酶相关蛋白1 ( TRP－1)促进黑素生成的早期限速步骤,酪氨酸酶相关蛋白2 ( TRP－2)催化黑素生成的后续步骤。因此,如果生成三种酶的基因发生突变或者翻译后糖基化过程受到影响,黑素的生成势必受到影响。当黑素小体内充满黑素时,黑素小体开始由核周向树突末端运输。在过去的很多年里,黑素小体在黑素细胞内的运输得到了广泛而深入的研究,目前较为一致的看法是:黑素小体通过驱动蛋白与动力蛋白的活动来实现黑素细胞内的运输。Rab27a、肌球蛋白Va 、Melanophilin以及可能的一些其他的蛋白组成的动力复合分子参与了黑素小体沿树突伸展方向转移的过程。
近半个世纪以来,人们对黑素的传递研究甚多,参与此过程的具体机制目前还不清楚,其中有四种假说:①黑素细胞胞吐释放黑素小体,角质形成细胞吞入黑素小体; ②角质形成细胞通过活跃的吞噬作用吞噬黑素细胞的远端树突,进而将吞噬的树突融合入胞内; ③黑素细胞直接将黑素小体植入角质形成细胞内; ④黑素细胞和角质形成细胞胞膜融合,形成连续的孔道使得黑素小体得以通过。以下我们将对黑素传递的假说加以描述,并对近年来国内外黑素传递的研究做一个回顾性总结。
1 黑素传递的方式及相关研究
胞吐的过程实际上是当细胞受到刺激后,胞浆内细胞器(被胞吐的小体)的胞膜与细胞的胞膜相融合的过程。根据胞吐理论,黑素传递的过程也就是黑素小体的胞膜与黑素细胞的胞膜相融合,然后黑素游离到细胞间,继而被周围的角质形成细胞吞噬的过程。这种假说已经在电镜观察人的皮肤及毛囊中被证实可能存在,电镜描述了细胞间的裸黑素及被角质形成细胞伪足或者内陷小泡包裹的黑素颗粒。还有实验表明角质形成细胞体外培养可吞噬孤立的黑素小体和聚苯乙烯颗粒,这种吞噬作用可被紫外线和α－促黑素( α－MSH)所加强,从而证实了第一种假说的存在。角质形成细胞的吞噬功能已经在体外和体内试验中得到了证实。在第二种假说中,重点突出了角质形成细胞的吞噬作用,具体过程可以理解如下:在初始阶段,黑素细胞伸展树突与周围的角质形成细胞形成广泛而亲密的联系,角质形成细胞胞膜作为回应出现胞膜波浪状波动与绒毛状胞浆突起,角质形成细胞胞膜的运动可以将黑素细胞树突尖端包裹住,随后树突尖端被挤压、缩紧,最后形成一个被角质形成细胞胞浆包绕的充满了黑素小体的浆内小囊泡。接下来溶酶体与小囊泡融合形成吞噬溶酶体,降解黑素细胞膜及胞浆内成分,这时吞噬溶酶体已经被运输到核上方区域,最后,吞噬溶酶体被降解为多个小的囊泡,里面可以有单个的黑素颗粒,也可以存在多个黑素颗粒的聚集体。这种假说已经在很早以前被电镜及实时图像显微镜研究所证实。但是这些研究都是在没有高级技术的时代背景下进行的,传统的电镜只能局限于静态和二维图像,所以假象的可能性还是存在的。另外,实时图像显微镜技术虽然有较高的清晰度和辨别率,但是到目前为止,没有作者抓拍到树突尖端被吞噬的图像,这点有待于研究者们继续去探索。
通过观察超微结构,黑素传递的融合方式在色素性基底细胞瘤及黑色豚鼠耳的皮肤中被发现。近年来,更多的观点是:黑素细胞线状伪足与角质形成细胞的胞膜融合后,黑素小体通过融合的细小管道完成传递的过程。线状伪足是从黑素细胞树突尖端及胞体伸展出来的丝状伪足,现在没有明确的证据表明这种线状伪足与角质形成细胞的胞膜融合,这是因为黑素细胞与角质形成细胞的胞膜在光学显微镜下有着相似的光学特点,这使得光镜下很难观察到两者的膜融合,相反地,在电镜下却可以观察到很多连接角质形成细胞与黑素细胞的线状突起。这种通过线状伪足(也可以称纳米管道)来加强细胞间联系,完成某些物质单向传递的现象在其他细胞(如细胞毒性T细胞、自然杀伤细胞等)之间也已经被证实存在。
所有的活性细胞都会脱落膜囊泡,这种膜囊泡称为微粒或者微泡,黑素细胞通过脱落含有黑素小体的微泡将黑素小体排出细胞外,然后角质形成细胞将其吞噬,这种传递方式在两个研究中被证实。在第二个研究中,黑素细胞可以将黑素小体传递给成纤维细胞,传递后的黑素小体有两层膜包绕,这提示黑素细胞通过脱落微泡的方式释放黑素。
通过上述总结不难看出,黑素传递的四种假说之间并不排斥,很有可能多种传递方式同时存在,无论是通过直观观察的方式,还是间接检测的方式,我们应该充分利用现有先进技术设备,为证实黑素传递的方式找到可靠而直观的证据而努力。
2 与黑素传递有关的分子及其可能的作用机制的研究
目前认为,蛋白酶活性受体2 ( PAR－2)是黑素小体传递的主要调节剂,它是一种位于细胞膜表面的具有七个跨膜结构的G蛋白耦联受体,该受体在胞外可被丝氨酸蛋白酶剪切从而自我活化。PAR－2是表达在角质形成细胞的一种受体,体内及体外实验均表明激活或者抑制这个受体的活化可以增强或者减弱角质形成细胞的吞噬功能,从而引起黑素传递的增加或减少。
进一步研究显示:紫外线辐射(UVR)可以诱导PAR－2的表达,而且PAR22的表达及对UVR的敏感随皮肤类型的不同而不同,越是肤色深的人群,其PAR－2的表达越多,对UVR 的诱导越是明显。体外实验表明,PAR－2的活化可以激活丝氨酸蛋白酶的分泌增加,这种正反馈的反应可以被中波紫外线(UVB)诱导。在研究中还发现丝氨酸蛋白酶抑制剂不能完全抑制黑素传递,提示PAR－2诱导的吞噬作用可能不是唯一的传递机制,或者说明抑制剂水平降低后PAR22重新激活,最有可能的解释是前者。实际上,角质形成细胞生长因子受体(KGFR)也担负着与PAR－2相同的角色。相关研究表明: KGFR的激活可以增强角质形成细胞吞噬乳胶微粒的作用,向共培养的细胞中加入KGF可以诱导酪氨酸酶活性颗粒的传递。PAR－2的激活可以正调节Rho－GTP,相反地,灭活Rho或者Rho激酶可以终止PAR－2激活的吞噬作用。KGFR的调节吞噬作用依赖于PAR－2－Rho途径。除了调节角质形成细胞的吞噬作用外, PAR－2还通过刺激黑素细胞的树突形成来完成皮肤的黑化。而这种作用的机制为: PAR－2使角质形成细胞分泌前列腺素E2 ( PGE2 ) 与前列腺素F－α( PGF－α) ,两者结合于黑素细胞表面,从而使树突形成增多。
钙粘素是一组钙离子依赖的介导细胞间黏附的糖蛋白,它在建立黑素细胞与角质形成细胞的接合方面发挥着重要的作用, E－钙粘素与P－钙粘素表达在黑素细胞表面,两者介导了黑素细胞与角质形成细胞的接合,而且与P－钙粘素相比, E－钙粘素发挥了更重要的作用。
外源凝集素在介导膜融合方面也发挥了重要的作用, Cerdan D等研究了这些凝集素在介导含有黑素的微泡与角质形成细胞之间的黏附作用,发现α－L－岩藻糖特异性外源性凝集素存在于角质形成细胞表面,而62磷酸－β－D－半乳糖特异性外源性凝集素存在于黑素来源的微泡表面,两种外源性凝集素的结合可能介导了黑素微泡与角质形成细胞之间的黏附。
众所周知,黑素细胞表达可溶性N－乙基－马来酰亚胺－敏感性融合蛋白黏附蛋白受体( SNAREs)与Rab－GTP酶。SNAREs主要包括3个膜相关蛋白家族:突触(小)泡蛋白/囊泡相关膜蛋白(VAMP) ,突触融合蛋白,突触相关膜蛋白( SNAP)25家族。通常,细胞浆膜上表达的SNAP25与突触融合蛋白结合了小囊泡膜上表达的VAMP,从而介导了膜融合的过程。目前,在黑素小体存在丰富的区域, 已经鉴定出了几种SNAREs:SNAP23、SNAP25、VAMP2、突触融合蛋白4和突触融合蛋白6。有研究表明,另一种蛋白家族(RabGTP酶)可能参与了膜融合前的膜接触过程, Rab3蛋白(包括Rab3a～d)为主要的参与胞吐的蛋白;紫外线(UV)照射可以下调黑素细胞Rab3a的表达。而在某些其他类型的细胞如肥大细胞,下调Rab3的表达可以激活细胞的胞吐功能。由此可以推测,UV照射下调Rab3a的表达最终可能导致黑素细胞胞吐黑素小体的功能增强,从而黑素传递增多,分布在角质形成细胞中的黑素颗粒增多,细胞防御紫外线照射的能力增强。Rab27a是另外一种与胞吐有关的蛋白,目前有研究发现,突触结合蛋白样蛋白2－a (SIp2－a)是存在于黑素细胞中的Rab27a的新的效应器,两者以磷脂酰丝氨酸相连接,参与了膜融合的对接过程。
3 小结
黑素传递的研究虽然是一个漫长而艰难的过程,但是近年来很多令人惊喜的成果不断出现。随着对PAR－2研究的深入,黑素传递以黑素被角质形成细胞吞噬的方式已经被越来越多的研究人员所认可。在对黑素传递的研究过程中,我们可以借鉴研究其它细胞的实验方式,黑素小体向角质形成细胞的转运机制的进一步研究也将会为临床治疗色素障碍性皮肤病及研究皮肤美白制剂的作用机制带来更广阔的研究天地。
