異位表達受體蛋白在皮膚病中的研究進展

邱勰，雷鐵池

(武漢大學人民醫院皮膚科，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，不僅能夠保護身體免受外界刺激(如溫度、機械刺激和化學刺激)的損傷，也能避免過量水分損失，且表皮細胞在各種管腔黏膜表面互相移行，有助于維持人體內環境穩態[1]。此外，皮膚還具備感知外界環境信息的能力，表皮角質形成細胞和黑素細胞等皮膚組成細胞能夠表達多種不同受體，如瞬時電位受體、ATP受體、趨化因子等，這些受體因子激活相關信號通路，有助于皮膚表面對刺激產生生理效應[2]。

人體中廣泛存在許多異位表達的受體和蛋白，角質細胞、黑素細胞以及毛囊等皮膚組織和細胞中存在各種異位表達的受體和蛋白，如嗅覺受體(olfactory receptors，ORs)和視蛋白(opsin，OPN)等，其不同亞型對各種化學刺激產生相應的生理效應。皮膚科常見疾病(如銀屑病、白癜風、斑禿和黑素細胞瘤)與異位受體和蛋白緊密聯系[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[6]和腫瘤亦存在密切聯系。研究異位表達受體和蛋白的研究對皮膚病診治以及其他皮膚表達的異位受體蛋白的發現有一定的參考價值。因此，現就有關異位ORs和OPN在皮膚中表達、功能及其與皮膚相關疾病關聯的研究進展予以綜述。

1 異位受體蛋白在皮膚中的表達

人體多數器官中存在異位受體蛋白的表達，通常特定組織中的異位受體蛋白具有信號轉導等功能，但有研究發現，部分受體蛋白能夠在體內其他組織中表達，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構和功能不同。ORs和OPN表達的種類和分布成為近年研究熱點。哺乳動物的嗅覺系統可以識別和區分不同的氣味分子。在分子的生化角度，氣味配體與嗅覺感覺神經元上特定受體的結合使得不同氣味分子能夠被感覺器官識別，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受水楊酸環乙酯的特異性激活[9]、OR51B5能夠與異壬醇分子特異性結合[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龐大的多基因家族，該基因家族編碼7個跨膜結構域蛋白，被命名為ORs基因超家族，僅在嗅覺上皮表達ORs，在氣味識別過程中起重要作用。研究證明，ORs基因[12]在進化過程中出現了不同程度的假基因化，即出現與正常基因相似，但喪失正常功能的DNA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]。在遷移的神經細胞、平滑肌和血管內皮、心內膜細胞、神經上皮以及眼組織內均存在ORs的異位表達。皮膚作為身體最外層的屏障，暴露于多種環境因素，皮膚細胞(如角質形成細胞、黑素細胞及樹突狀細胞中)也存在不同功能的ORs，并受到相應的激動劑調節，參與一系列生物反應[7]。

OPN是七肽G蛋白偶聯受體超家族的光敏感成員，也是一個細胞表面受體的大家族，可被多種刺激激活并介導跨生物膜的信號[14]。根據OPN是否直接參與視覺成像可分為視覺系統OPN和非視覺系統OPN，非視覺系統OPN包括與晝夜節律相關的OPN[15]。視色素包括視紫紅質(OPN2)和視錐OPN(OPN1)，這兩類OPN在視網膜的視桿細胞和視錐細胞中表達，分別介導昏暗的光線和色覺[16]。除經典的視覺OPN外，還有許多其他功能性OPN，包括腦OPN(OPN3)、黑素OPN(OPN4)和神經蛋白酶(OPN5)[17]。隨著對OPN認識的逐漸深入，發現除眼內的視網膜神經節細胞、色素上皮細胞、虹膜組織等外，OPN還分布于腦內、皮膚組織等眼外組織[18]，其中部分OPN參與影響生物晝夜節律，部分OPN與光照引發的皮膚損傷相關，但OPN對人體其他器官的影響及其機制仍需進一步研究[19]。

1.1異位受體蛋白在角質形成細胞中的異位表達 角質形成細胞是表皮層的主要細胞類型，能夠表達各種不同的感覺受體，以應對各種環境刺激并及時處理皮膚中的信息。Busse等[7]克隆并在功能上表達了皮膚ORs——OR2AT4，并確定將檀香木(一種合成的檀香加味劑)作為該受體的激動劑。在體外傷口劃痕試驗中，用人工合成的檀香香料長期刺激角質形成細胞能夠對細胞增殖和遷移以及單層角質形成細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形成細胞重新上皮化的過程[7]。

在培養的人角質形成細胞中，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乙酯和異壬醇的激動調節，并常被作為化妝品的增香劑[9]。OR2A4/7和OR51B5均可表達于皮膚基底上的角質形成細胞中，但在皮膚基底層中僅可檢測到OR2A4/7的表達，其中OR2A4/7可能在角質細胞增殖中起重要作用，OR51B5能夠顯著提高單層原代角質形成細胞的再生速率，促進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，引起白細胞介素-6分泌，證明角質形成細胞可通過被不同ORs激活而進行不同方式的調節，這可能提示了促進傷口修復的新方法。

從人表皮細胞的角質形成細胞中能夠分離出5個不同水平的視蛋白，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的光來誘導生理反應[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OPN2可在表達角蛋白14的基底層角質形成細胞中表達[22]。

1.2異位受體蛋白在毛囊中的表達 毛囊外根鞘細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，且經人工檀香活化后，OR2AT4可以抑制毛囊角質形成細胞的凋亡[23]，由此推測，ORs(如OR2AT4)可能因化學刺激特異性激動而誘發生理效應，從而維持毛發生長，表明OR2AT4可能是脫發治療的靶向目標。

毛囊細胞中OPN的表達也引起了人們的關注。關于小鼠晝夜節律的實驗研究發現，小鼠表皮毛囊細胞中的黑素細胞前體細胞有表達光色素神經素(OPN5)的功能[24]。在臨床上，光生物調節療法對毛發生長有積極的影響[25]，而在光生物調節療法領域，對毛囊細胞中OPN的研究可能對光子能量信號被細胞接收的證據研究有幫助。藍光(中心波長453 nm、劑量3.2 J/cm2)照射可顯著延長離體毛囊的生長期[22]，這可能與光處理后毛囊細胞的持續增殖相關。OPN3在生長期毛囊中表達，沉默毛囊外根鞘細胞中的OPN3基因后，參與控制毛囊增殖和凋亡的基因表達受到影響[22]，且藍光照射對離體毛囊生長期延長的效果受到抑制。

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

OPN3通過降低黑皮質素1受體介導的環腺苷酸水平調節黑色素[26]，但OPN3未吸收任何波長的光，表明OPN3不直接介導黑素細胞中的光傳導，其可能通過結合視黃醛(維生素A的一種形式)起作用，亦可能由于OPN3所吸收的波長范圍不容易測量，故仍需進一步研究。目前，光刺激OPN3調節的鈣依賴性小眼癥相關轉錄因子(microphtalmia-associated transcription factor，MITF)激活是最可能的途徑，從而增加黑色素的表達，并引起黑色素生成酶的聚集[27]，這些過程可能導致適應性的皮膚色素過度沉著。

太陽光照射皮膚后，皮膚會產生一系列的應激反應，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可見光尤其是415 nm波長的輻射(藍紫色光，在此稱為藍光)有反應，但對紅光(630 nm)沒反應[21]。此外，黑色素細胞受到藍光照射刺激后，OPN3的轉錄水平沒有變化，但若抑制OPN3表達，則MITF激活降低，進而MITF誘導的黑色素生成基因的表達降低，表明OPN3對藍光照射的反應并不促進黑色素產生，而是維持皮膚中黑色素的正常表達水平。

2 異位受體蛋白在臨床皮膚病中的作用

多數臨床皮膚疾病的發生與多方面因素相關，其中物理和化學刺激是常見的誘發因素，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，能夠參與各項病理進程。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，還能抑制或促進腫瘤[4]；OPN則在創傷愈合[28]、光損傷修復[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，臨床表現以紅斑、鱗屑為主，全身均可發病，常發生于皮損處，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的表達下調，OR1J1表達上調，提示OR1J1可能是銀屑病治療的新的靶點；此外，OR10J5能夠參與調控小血管的生成，可能與銀屑病的微血管增生異常有一定關系[31]。

特應性皮炎是一種慢性、復發性、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。與健康對照者相比，特應性皮炎患者的未分化角質形成細胞中的OR10G7表達水平明顯升高[32]，角質形成細胞介導化學感知的痛覺通路可能影響皮膚內神經細胞和中樞神經系統之間的沖動傳導[10]，故推測OR10G7可能受苯乙酮和丁香酚配體激動后參與了皮膚的應激反應[10]，而苯乙酮和丁香酚是化妝品和家用產品的常見成分，該成分與皮膚接觸，可能是接觸致敏和Ⅰ型超敏反應的變應原，提示異位ORs可能參與了過敏性炎癥的發生，并介導了疼痛及瘙癢發生的神經通路。

創傷愈合指皮膚受外力作用，皮膚組織斷裂缺損后的修復過程，該過程涉及一系列炎癥反應。在離體人皮膚創傷愈合模型中發現，OPN在人皮膚的表皮、真皮及創傷后新生表皮中均有表達[28]。在毛囊細胞中，OPN3存在一定表達，且其表達受藍光調節[22]，同時創傷上皮中OPN3表達的增加可能由藍光刺激傷口愈合的機制引發，而OPN受體的表達受藍光照射的影響而導致其引發的氧化應激反應的破壞。同時，低水平的藍光不會影響上皮細胞的遷移或增殖，但會刺激角質細胞分化，OPN3的敲除導致藍光照射后角質形成細胞早期分化減少，提示OPN3可能是屏障修復功能所必需的因素。

光損傷是紫外線引起的皮膚炎癥表現，在人表皮黑素細胞中，長期暴露于紫外線(主要是UVA)環境會引起人體皮膚成纖維細胞中基質金屬蛋白酶(matrix metalloproteinase，MMP)表達增加，尤其是MMP-1、MMP-2、MMP-3和MMP-9。MMPs可降解纖維結締組織，導致皮膚光老化甚至光損傷。在UVA劑量上調的環境下，OPN3通過鈣依賴性G蛋白偶聯信號轉導通路上調人成纖維細胞中MMP-1、MMP-2、MMP-3和MMP-9的表達[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胞系中高表達，如OR4A47、OR1D5、OR4C46和OR6B2，也有部分ORs主要在單一腫瘤類型中表達，如僅在B細胞惡性腫瘤和黑色素瘤中表達的OR13A1和OR2C3[34]。探究OR2C3僅在黑素瘤中表達的機制可能有助于制訂新的黑色素瘤治療方案。應用人工合成檀香氣味劑可降低小鼠局部皮膚腫瘤的發生率，減少紫外線誘導的腫瘤異型性[35]。

惡性黑色素瘤對常規治療(包括放療和化療)的耐藥性嚴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。藍光照射通過OPN3光感受器途徑誘導自噬來抑制結腸癌細胞的生長[30]。此外，免疫組織化學顯示，OPN3蛋白在腫瘤組織中高表達，藍光照射還能夠通過線粒體介導的信號通路誘導凋亡，該信號通路抑制了早期黑色素瘤的生長，參考OPN3光感受器途徑在結腸癌中的作用，推測其在黑素瘤中起重要作用[30]。

3 小 結

異位受體蛋白(ORs和OPN等)廣泛存在于皮膚組織的各類細胞中，能夠調節皮膚的各種生理過程，包括傷口愈合、黑色素生成、光老化和毛發生長[26,28]，在臨床常見皮膚科疾病中起到一定作用，但目前的研究結果仍需要進一步研究的驗證。由于非藥物療法具有低成本和副作用小的優點，其臨床應用逐漸廣泛。異位受體蛋白在調節皮膚生理病理過程中的潛在機制對于尋找新的皮膚科非藥物治療方法至關重要，同時也是研發皮膚病新的靶向藥物的理論基礎。