黑素皮質(zhì)激素受體－１結(jié)構(gòu)和功能

袁　磊　張余光

黑素皮質(zhì)激素受體屬于G蛋白偶聯(lián)受體（GPCR）超家族中的A類，現(xiàn)共發(fā)現(xiàn)有五種黑素皮質(zhì)激素受體（MC1R～MC5R）。黑素皮質(zhì)激素受體-1（MC1R）在人類正常黑色素細(xì)胞和黑色素瘤細(xì)胞中均有表達(dá)，在膚色和發(fā)色形成中起主要作用。此外，MC1R在培養(yǎng)的正常角質(zhì)形成細(xì)胞、毛細(xì)血管內(nèi)皮細(xì)胞中也有表達(dá)[1-2]。

1MC1R的結(jié)構(gòu)

人類MC1R基因分別由Chhajlani和Mountjoy兩個研究組在1992年克隆出來。MC1R由317氨基酸組成，含有7個跨膜區(qū)，N端位于胞外，C端在胞內(nèi)。

1.1 胞外N端結(jié)構(gòu)特征：多數(shù)膜蛋白N末端都含有協(xié)同新生蛋白質(zhì)定位到內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的信號肽，但是移除MC1R的N末端頭部27氨基酸對其定位或在COS細(xì)胞中的表達(dá)沒有影響[1] 。N端氨基酸殘基Ser6、Glu269和Thr272的突變會導(dǎo)致與激動劑結(jié)合力明顯降低，這表明膜外環(huán)形結(jié)構(gòu)含有與重要配體結(jié)合的位點。MC1R的N端有15NSTP18和29NQTG32兩個糖基化氨基酸殘基序列[2-3]，N端糖基化有何作用目前還不太明確。靠近N末端和第一個跨膜區(qū)含有存在于所有MCR中的Pro殘基，該殘基突變成Gly或Ala均會使MC1R活性降低[4-5]。

1.2 膜外環(huán)區(qū)域：膜外環(huán)區(qū)域的結(jié)構(gòu)和MCR受體的功能完整性有很大關(guān)系。MC1R的膜外環(huán)都很小，同時所有MCR都有第二個膜外環(huán)較短的特點[6-7]。第三個膜外環(huán)結(jié)構(gòu)相對較為保守，富含Pro和Cys。Chhajlani [8]等與1996年發(fā)現(xiàn)第三個跨膜環(huán)上氨基酸殘基Glu269和Thr272突變成Ala會導(dǎo)致受體和激動劑結(jié)合力下降。氨基酸殘基Cys273突變成Gly會使受體功能喪失[6]。

1.3 胞內(nèi)C端結(jié)構(gòu)特點：C端長度為19個氨基酸，其中6個在現(xiàn)有5種MCR中是相同的。MCR1同其他G蛋白偶聯(lián)受體類似，胞內(nèi)部分含有G蛋白結(jié)合域和信號傳遞相關(guān)功能區(qū)域。這些功能域所包含的Ser和Thr殘基的磷酸化會使受體失敏感，具有調(diào)節(jié)細(xì)胞攝取的功能。Sánchez-Más等[9]報道C端最后五個氨基酸缺失將會導(dǎo)致受體功能障礙。這些研究提示MC1R功能與C端的完整性有關(guān)。

2MC1R和配體的作用

2.1 阿片-促黑素細(xì)胞皮質(zhì)素原（POMC）是促黑素細(xì)胞激素家族前體，這個家族包括α、β、γ-促黑色素細(xì)胞激素（MSH）及促腎上腺皮質(zhì)激素（ACTH）等。人體正常黑色素細(xì)胞和角質(zhì)形成細(xì)胞也能夠生成POMC中的α-MSH和ACTH[10-11]。MC1R激動劑包括α-MSH和ACTH等，它們與受體結(jié)合后通過活化腺苷酸環(huán)化酶，提高cAMP水平，從而增加細(xì)胞內(nèi)真黑素的含量[12-13]。此種作用能夠被人小眼畸形蛋白調(diào)控[14]。人類MC1R和α-MSH親和力最高，和ACTH也有也相近的親和力，β-MSH相對較小，γ-MSH親和力最小[15]。這些研究提示γ-MSH對色素產(chǎn)生沒有明顯促進作用。α-MSH同時還具有能促進培養(yǎng)的黑色素細(xì)胞增殖的能力[16]。因α-MSH或ACTH與MC1R結(jié)合后能使MC1R的mRNA表達(dá)量增加，從而不出現(xiàn)G蛋白偶聯(lián)受體長期與激動劑作用而引起的脫敏現(xiàn)象，同時還能夠持續(xù)進行有絲分裂并形成黑色素 [17]。膚色是由表皮中黑素的產(chǎn)生和分布決定的。表皮黑素單位是一種產(chǎn)生和轉(zhuǎn)運黑素的功能單位，它是由一個黑素細(xì)胞和鄰近的大約36個角質(zhì)形成細(xì)胞組成的特殊結(jié)構(gòu)，黑素體轉(zhuǎn)運至鄰近的角質(zhì)形成細(xì)胞中，分布于角質(zhì)形成細(xì)胞核周，可使表皮和真皮免受紫外線損害。關(guān)于黑素生成的過程目前研究較多。在黑素細(xì)胞內(nèi)，含有黑素的黑素體從最初的核周細(xì)胞質(zhì)轉(zhuǎn)移至突起是由微管蛋白以及肌動蛋白組成的運動蛋白介導(dǎo)的，黑素體被角質(zhì)形成細(xì)胞攝取，并分散到細(xì)胞漿中，從而決定皮膚膚色。研究發(fā)現(xiàn)，細(xì)胞骨架成分在促進黑素小體的轉(zhuǎn)移中發(fā)揮了重要作用。α-MSH和MC1R結(jié)合后能夠增加黑素小體生成和黑色素細(xì)胞樹突生長，并能夠誘導(dǎo)細(xì)胞支架肌動蛋白絲重構(gòu)，促進黑素小體傳遞[18]。

2.2 Agouti信號蛋白（ASP）是MC1R另外一種類型配基。Agouti基因編碼Agouti信號蛋白，人、狐貍、豬、綿羊等的Agouti基因相繼被發(fā)現(xiàn)[19-20]。不同物種的Agouti基因及Agouti信號蛋白有較高的同源性。人的Agouti基因位于染色體20ql1.2區(qū)，編碼ASP。ASP由132個氨基酸構(gòu)成。人與鼠的Agouti基因同源性可高達(dá)85％,Agouti信號蛋白同源性更高達(dá)89％[19]。ASP能夠競爭抑制α-MSH與受體的結(jié)合，從而起到MC1R抑制劑作用。Suzuki等[21]在1997年發(fā)現(xiàn)ASP具有完全抑制α-MSH促進黑色素細(xì)胞有絲分裂和黑色素生成的作用，并且明顯抑制了酪氨酸酶相關(guān)蛋白-1(TRP-1)的表達(dá)。體外黑素細(xì)胞培養(yǎng)實驗證實，加入ASP可拮抗α-MSH，抑制黑素細(xì)胞內(nèi)的cAMP水平升高、抑制TRP-1和TRP-2的表達(dá)，使黑素細(xì)胞從合成真黑素轉(zhuǎn)向合成褐黑素[22]。在體外培養(yǎng)人和鼠的黑素細(xì)胞時，發(fā)現(xiàn)ASP通過與MCR1結(jié)合，拮抗α-MSH的信號傳導(dǎo)，使cAMP生成下降，幾乎完全抑制TRP-1和TRP-2的表達(dá)，但僅輕微抑制TYR的活性。這些研究表示ASP可以抑制真黑素和誘導(dǎo)褐黑素的生成，MC1R可能在真黑素和褐黑素生成過程中起關(guān)鍵作用。

3MC1R和UVA相互作用

3.1 黑色素存在于人的表皮細(xì)胞中，影響著人的膚色。不同人種由于遺傳基因不同，表皮中的黑色素含量不盡相同而呈現(xiàn)不同膚色特征。黑色素在對抗UVR所導(dǎo)致的光老化和致癌效應(yīng)中起極其重要的保護作用。

3.2 Pawelek等在1992年發(fā)現(xiàn)了黑色素細(xì)胞上的MSH受體是UVR的感受器。小鼠黑色素瘤Cloudman細(xì)胞經(jīng)過UVR照射后，α-MSH和其受體的結(jié)合協(xié)同能力增強，同時MSH受體表達(dá)也增加[23]。從而說明MSH受體和阿片-促黑素細(xì)胞皮質(zhì)原來源的肽類在UVR引起的生物效應(yīng)中起關(guān)鍵的調(diào)控作用。為證實MC1R在此過程中的作用，國外學(xué)者用UVR分別在有α-MSH和無α-MSH存在條件下對黑色素細(xì)胞進行照射。結(jié)果發(fā)現(xiàn)在無α-MSH的培養(yǎng)條件下，UVR可抑制酪氨酸酶活性 [24]。只有在α-MSH或者其他cAMP誘導(dǎo)物存在時才能出現(xiàn)UVR所導(dǎo)致的酪氨酸酶活性升高的現(xiàn)象。實驗中還發(fā)現(xiàn)無α-MSH或其他cAMP誘導(dǎo)物時酪氨酸酶的含量明顯下降，有α-MSH存在時則相反。值得注意的是UVR會導(dǎo)致黑色素細(xì)胞停滯在細(xì)胞胞分裂周期的G1期，抑制細(xì)胞增殖。若加入α-MSH則能夠使部分黑色素細(xì)胞克服UVR生長抑制作用，進入S期。但是這種作用是否是由于修復(fù)了UVR所導(dǎo)致的DNA損傷而引起尚待進一步探索。

3.3 UVR能夠使構(gòu)成人表皮黑色素單位的角質(zhì)形成細(xì)胞分泌IL-1增加，而IL-1能促進角質(zhì)形成細(xì)胞合成內(nèi)皮素-1、α-MSH、ACTH并可促進黑色素細(xì)胞合成ATCH[25]。這四種因子又都可以提高MC1R的mRNA的表達(dá)水平。這些研究提示UVR作用在表皮后誘導(dǎo)相關(guān)細(xì)胞因子生成，這些細(xì)胞因子通過旁分泌和自分泌途徑調(diào)控MC1R的表達(dá)。表皮黑色素細(xì)胞膜上的MC1R活化后促進黑色素合成，從而抵抗光線的損傷作用。

4MC1R和皮膚癌

皮膚癌是最常見的癌癥之一，可發(fā)生于身體的任何部位。大約80％發(fā)生于面部、頭部和頸部，引起受累部位的畸形及其他病損。皮膚癌的病因包括過度紫外線照射，基因變異和遺傳因素等。皮膚類型屬于Ⅰ型或Ⅱ型的個體表皮總黑色素含量較低，Ⅴ或Ⅵ表皮黑色素含量高并且真黑素/褐黑素比例高。前兩者不容易曬黑但皮膚癌的患病率較高，這種現(xiàn)象可能與表皮中真黑素的光保護作用有關(guān)。MC1R和皮膚顏色、類型有關(guān)，同時MC1R基因存在多型性，它也有可能與皮膚癌存在一定的關(guān)系。Valverde等[26]研究提出黑色素瘤病人的MC1R存在某些變異，同時發(fā)現(xiàn)Asp84Glu的變異與人黑色素瘤有關(guān)。1998年Smith等[27]發(fā)現(xiàn)皮膚非黑色素癌與MC1R的等位基因有關(guān)。MC1R基因的變異與表皮黑色素瘤產(chǎn)生有很大的相關(guān)性，不過此種關(guān)聯(lián)很大程度上取決于膚色和發(fā)色，但并不是所有的變異都會導(dǎo)致金發(fā)或紅色頭發(fā)的形成[28]，Asp84Glu、Arg142His、Arg151Cys、Arg160Trp、His260Pro和Asp294His的變異與金發(fā)和紅發(fā)的形成有很大的相關(guān)性，而Val60Leu、Val92Met和Arg163Gln的變異與發(fā)色變化相關(guān)性很小。目前隨相關(guān)領(lǐng)域深入研究，不斷有許多新的研究發(fā)現(xiàn)。2002年Davies等 [29]發(fā)現(xiàn)約66%惡性黑色素瘤中BRAF存在錯義突變。進一步研究表明同時存在MC1R和BRAF兩種基因突變與黑色素瘤形成的相關(guān)性更高。在一項針對意大利人和美國人總體做的研究表明MC1R變異會使BRAF基因變異的黑色素瘤發(fā)生惡變的可能性增加[30]。MC1R相關(guān)作用機制還不是完全清楚，需要進行更多研究去弄清內(nèi)在關(guān)聯(lián)。

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[收稿日期]2008-10-14[修回日期]2008-12-23

編輯/張惠娟