李 園，劉文艷，蔡永強(qiáng)，張利環(huán)，李 宏，朱芷葳

(山西農(nóng)業(yè)大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，山西太谷 030801)

黑色素細(xì)胞相關(guān)調(diào)控因子研究進(jìn)展

李 園，劉文艷，蔡永強(qiáng)，張利環(huán)，李 宏，朱芷葳*

(山西農(nóng)業(yè)大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，山西太谷 030801)

黑色素細(xì)胞是皮膚組織中的一種特殊細(xì)胞，黑色素細(xì)胞能夠產(chǎn)生黑色素并且傳遞給周圍的角質(zhì)細(xì)胞。黑色素傳遞并停留在這些角質(zhì)細(xì)胞中，能夠防止光線輻射對染色體產(chǎn)生損傷，對細(xì)胞產(chǎn)生一定的保護(hù)作用。黑色素的合成受到許多復(fù)雜的調(diào)控因子的調(diào)控，小眼畸形轉(zhuǎn)錄因子在調(diào)控黑色素的合成及黑色素細(xì)胞的遷移和生存起著非常重要的作用。在小鼠中，干細(xì)胞因子或者是它的感受器c-Kit的突變會導(dǎo)致黑色素細(xì)胞異常表型。黑色素細(xì)胞通過福斯匹林和α黑色素細(xì)胞刺激素與黑素皮質(zhì)素受體結(jié)合刺激黑色素的生成;刺鼠信號蛋白會抑制酪氨酸蛋白酶的活性，進(jìn)而減少黑色素的產(chǎn)量。 WNT信號對于神經(jīng)嵴細(xì)胞分化為黑色素細(xì)胞有影響,影響黑色素細(xì)胞的數(shù)量進(jìn)而影響黑色素的產(chǎn)量。促肝細(xì)胞生長素是酪氨酸激酶的感受器,能夠促進(jìn)和保持黑色素細(xì)胞產(chǎn)生黑色素的活性?？刂坪铣蓛?nèi)皮縮血管肽的受體及配體EDN3的基因的突變會導(dǎo)致黑色素細(xì)胞的缺失。

黑色素細(xì)胞；調(diào)控因子；調(diào)控

黑色素細(xì)胞的主要功能是合成黑色素。黑色素是皮膚受紫外線照射后“自我保護(hù)”形成的產(chǎn)物,在黑色素細(xì)胞的亞細(xì)胞器黑素小體中合成[1]。黑色素小體合成黑色素，并將黑素顆粒傳遞給鄰近的角質(zhì)細(xì)胞，從而產(chǎn)生有顏色的皮膚和毛發(fā)。黑素小體是真核生物細(xì)胞中用于合成和沉積黑色素唯一的細(xì)胞器,其功能紊亂會導(dǎo)致人類或哺乳動物的色素相關(guān)疾病[2]。黑色素細(xì)胞是由神經(jīng)嵴祖細(xì)胞定向分化而來，其正常分化依靠相關(guān)基因在時(shí)間和空間上的表達(dá)，黑色素細(xì)胞分別發(fā)育為神經(jīng)嵴細(xì)胞、黑素母細(xì)胞、黑素干細(xì)胞和黑色素細(xì)胞[3]。黑素母細(xì)胞有兩種不同的分化途徑：一部分遷移，進(jìn)入毛囊底部毛球部，分化為成熟黑色素細(xì)胞，負(fù)責(zé)毛發(fā)的色素沉著；另一部分遷移到毛囊上部隆突區(qū)并定居下來，分化為黑素干細(xì)胞，不產(chǎn)生黑色素[4]。

1 小眼畸形轉(zhuǎn)錄因子

研究表明，人類的Mitf基因定位于3號染色體，MITF具有一個(gè)基礎(chǔ)的螺旋-環(huán)-螺旋-亮氨酸拉鏈(basic-helix-loop-helix-leucine-zipper,bHLH-Zip)結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)橫跨90個(gè)氨基酸，基礎(chǔ)部分由11個(gè)氨基酸組成，Mitf受不同的啟動子調(diào)控編碼多個(gè)蛋白異聚體，包括MITF-A、B、C、D、E、H、J、Mc、CM、M等，在MITF編碼的多種蛋白異構(gòu)體中，MITF-M特異表達(dá)于黑色素細(xì)胞系，優(yōu)先保持與規(guī)則的E-box結(jié)合[5]。

小眼畸形相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子(Mitf)基因最早是在1942年由Hertwig等在一種放射誘導(dǎo)的突變小鼠中發(fā)現(xiàn)，突變體的后代會出現(xiàn)小眼畸形、早發(fā)性耳聾、皮毛和虹膜色素減退等癥狀[6]。還有一系列的研究發(fā)現(xiàn)，該基因表達(dá)于多種細(xì)胞如黑色素細(xì)胞、視網(wǎng)膜色素上皮細(xì)胞、肥大細(xì)胞和破骨細(xì)胞等，但主要是影響黑色素細(xì)胞的分化及黑色素的生成，還會進(jìn)一步影響皮膚的色素沉著并且可以預(yù)測一些皮膚癌的風(fēng)險(xiǎn)[7]。但是MITF也會受到很多其他因子的調(diào)控，基因的正常表達(dá)離不開功能相互交錯(cuò)的轉(zhuǎn)錄因子網(wǎng)絡(luò)的調(diào)控，缺失任何一種因子都會導(dǎo)致一些人類的遺傳病[5]。

2 干細(xì)胞因子

SCF是由骨髓微環(huán)境中的基質(zhì)細(xì)胞產(chǎn)生的一種酸性糖蛋白。其糖基連在肽鍵的N和O基團(tuán)上，相對分子質(zhì)量31 ku～36 ku，由非共價(jià)結(jié)合的2個(gè)相同亞基組成[8]。SCF在刺激靶細(xì)胞時(shí)，可以通過c-Kit直接快速激活磷脂酰肌醇-3激酶(phosphatidylinositol 3-kinase,PI3K)，也能通過Shc、Rac、Ras和Rho激酶增加PI3K的活性。PI3K是一種由調(diào)控亞基p85和催化亞基p110組成的異源二聚體，屬多基因家族[9]。在造血細(xì)胞中有3種p110的異構(gòu)體(α、β、δ)表達(dá)，其中δ只在造血細(xì)胞中表達(dá)。當(dāng)SCF與c-Kit結(jié)合時(shí)，c-Kit受體酪氨酸激酶磷酸化，從而實(shí)現(xiàn)對黑色素細(xì)胞的調(diào)控[10]。

在小鼠中，干細(xì)胞因子(也可以成為干細(xì)胞生長因子)或者是它的感受器c-Kit的突變會導(dǎo)致與Mitf突變體相似的黑色素細(xì)胞異常的表型，這表明這3種途徑的突變黑色素細(xì)胞的分化和生長產(chǎn)生影響的途徑是一樣的[11]。已經(jīng)有試驗(yàn)表明，在黑色素細(xì)胞中加入SCF和TPA(c-Kit的刺激因子)，會激活MAP激酶的活性，進(jìn)一步磷酸化MITF的Ser73(42)[12]。

3 MSH和cAMP對黑色素細(xì)胞的調(diào)控

在哺乳動物和人類研究證實(shí)α-MSH-MC1R-cAMP-TRP通路在黑色素的合成中有很重要的作用[13]。大量的試驗(yàn)已經(jīng)表明，α-MSH是調(diào)節(jié)黑色素形成的重要因子，MC1R是調(diào)節(jié)黑色素合成的關(guān)鍵基因，而cAMP信號通路是調(diào)節(jié)黑色素合成的關(guān)鍵通路[14]。黑色素細(xì)胞通過福斯匹林和α-MSH與MC1R結(jié)合，與激動素結(jié)合的MC1R可以激活蛋白激酶A(protein kinase,PKA)，激活cAMP循環(huán)，反應(yīng)結(jié)合蛋白反過來轉(zhuǎn)錄活化不同的基因，包括編碼MITF，刺激產(chǎn)生黑色素[15]。但是對苯二甲酸(terephthalic acid,TPA)會使蛋白激酶C(protein kinase,PKC)降解，從而抑制黑色素的產(chǎn)生[16]。

4 ASIP對黑色素細(xì)胞合成黑色素的調(diào)控

刺鼠信號蛋白基因Agouti可以編碼MC1R的拮抗物刺鼠信號蛋白(ASIP)，ASIP可以抑制酪氨酸蛋白酶(tyrosinase,TYR)活性，從而減少酪氨酸酶相關(guān)蛋白1(tyrosinase-related protein 1,TYRP-1)、拓?fù)洚悩?gòu)酶(topoisomerase,DCT)的含量，導(dǎo)致真黑素的合成減少，褐黑素合成增加，ASIP可以阻止野生型的小鼠中出現(xiàn)混雜黑色素的皮毛[17]。Agouti基因在皮膚中表達(dá)的蛋白ASIP，ASIP通過與α-MSH競爭結(jié)合MC1R,引起cAMP水平下降，通過級聯(lián)反應(yīng)抑制真黑素的形成,ASIP通過此方式抑制真黑素的產(chǎn)生，影響真黑素和褐黑素的比例，進(jìn)而影響動物皮膚的顏色和毛色[18]。

5 WNT信號途徑

最近對斑馬魚的研究發(fā)現(xiàn)，WNT信號對于神經(jīng)嵴細(xì)胞分化為黑色素細(xì)胞有影響。Wnt3a是Wnt家族的成員之一，即通過經(jīng)典的Wnt/β-catenin途徑實(shí)現(xiàn)對黑色素細(xì)胞的調(diào)控[19]。研究發(fā)現(xiàn)，神經(jīng)嵴細(xì)胞在無Wnt1和Wnt3a條件情況下，分化為神經(jīng)元細(xì)胞而不是黑色素細(xì)胞；當(dāng)用Wnt3a適當(dāng)處理神經(jīng)嵴細(xì)胞后，神經(jīng)嵴細(xì)胞分化為黑色素細(xì)胞而不是神經(jīng)元細(xì)胞。Wnt3a也可促進(jìn)神經(jīng)嵴來源細(xì)胞或胚胎干細(xì)胞向黑素母細(xì)胞分化，進(jìn)一步分化為黑色素細(xì)胞，β連環(huán)蛋白的異常表達(dá)會減少黑色素的生成，黑色素細(xì)胞的數(shù)量不會發(fā)生變化，但是WNT異常會減少黑色素細(xì)胞的數(shù)量[20]。MITF的啟動子區(qū)域具有Tcf轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合的位點(diǎn)，與β連環(huán)蛋白構(gòu)成復(fù)雜的體系，外源提供WNT可以激活MITF-M，Nacre基因可以被Tcf的共表達(dá)抑制，這種抑制會被β-連環(huán)蛋白的過表達(dá)解除，這些表明WNT可以通過Tcf和連環(huán)蛋白來激活nacre和MITF-M基因的表達(dá)[21]。另外,WNT會抑制GSK3β-磷酸化作用(研究表明這種磷酸化作用可以磷酸化MITF，也會磷酸化連環(huán)蛋白)[22]。

6 促肝細(xì)胞生長素

在腫瘤細(xì)胞中，HGF和c-met結(jié)合會導(dǎo)致受體自身磷酸化，從而增強(qiáng)了c-met酪氨酸激酶的活性。導(dǎo)致多種底物蛋白的酪氨酸磷酸化[23]。促肝細(xì)胞生長素(HGF)是酪氨酸激酶的感受器，磷酸化MAP激酶，促進(jìn)和保持黑色素細(xì)胞產(chǎn)生黑色素的活性，在轉(zhuǎn)基因小鼠中,HGF的過表達(dá)會導(dǎo)致色素的過度沉著，這些研究表明HGF-MET信號途徑在黑色素細(xì)胞生物學(xué)方面扮演著重要的角色[24]。

7 內(nèi)皮縮血管肽對黑色素細(xì)胞的調(diào)控

內(nèi)皮縮血管肽(endothelin) 是一種生物活性多肽,除了具有強(qiáng)烈收縮血管作用外,還具有促進(jìn)細(xì)胞增殖等生長因子樣作用。在小鼠和人類中，控制合成內(nèi)皮縮血管肽的感受器(EDNRB)及配體EDN3的基因的突變會導(dǎo)致黑色素細(xì)胞的缺失。研究表明,有3種類型的EDN,即EDN1、EDN2和EDN3，都會刺激由神經(jīng)嵴細(xì)胞向黑色素細(xì)胞的分化。大多數(shù)通過與EDNRB的反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)對黑色素細(xì)胞分化的調(diào)控[25]。

8 小結(jié)

黑色細(xì)胞生物學(xué)處于在診所和實(shí)驗(yàn)室的交叉點(diǎn)處，是研究的一大熱點(diǎn)。大量的色素沉著突變體表型已經(jīng)被發(fā)現(xiàn)，并且色素突變體對于基礎(chǔ)基因和發(fā)育機(jī)制有一定的作用，但是還沒有發(fā)現(xiàn)一些固定的特征[26]。在黑素細(xì)胞生物學(xué)中，黑素細(xì)胞生成黑色素主要依賴于一些轉(zhuǎn)錄因子，包含SOX10、PAX3、Mitf基因等。其中Mitf基因作為主要的轉(zhuǎn)錄因子。因此Mitf可以作為黑素瘤的治療性的靶位點(diǎn)。但是調(diào)控Mitf轉(zhuǎn)錄因子的還有一些其他的因子，例如干細(xì)胞生長因子、MSH、ASP、WNT、HGP、EDN等，這就為由于MITF突變導(dǎo)致的疾病提供可能更多的可以治療的靶位點(diǎn)[27]。黑色素瘤是常見的皮膚腫瘤,它放化療的效果差,達(dá)卡巴嗪仍是目前晚期黑色素瘤化療藥物治療中公認(rèn)的金標(biāo)準(zhǔn),但有效率僅8%～12%左右(色素瘤的靶向治療)。隨著靶治療法的進(jìn)一步發(fā)展，希望發(fā)現(xiàn)一個(gè)新的安全的調(diào)控和啟動黑素細(xì)胞的方式。

[1] 岳雙磊,周秋鋒,石光躍.黑色素瘤的靶向治療[J].現(xiàn)代生物醫(yī)學(xué)進(jìn)展，2016,49(6):1172-1174.

[2] 朱站宇,趙家平.黑素小體在黑素生成中的關(guān)鍵作用[J].畜牧獸醫(yī)學(xué)報(bào)，2016,47(8):1536-1538.

[3] Mark C,Keven W.Human neural crest cells contribute to coat pigmentation in interspecies chimeras after in utero injection into mouse embryos[J].Proc Nat Acad Sci USA，2016,113(6):1570-1575.

[4] Hinshine L,Smith J.Modulation of melanogesis by heme oxygenase-1 via p53 in normal human melanocytes[J].Chonnam Medi J,2016.52(1):45-52.

[5] ArozarenaI W C.Microphthalmia-associated transcription factor in melanoma development and MAK-kinase pathwany targeted therapy[J].Pigment Cell Malanoma Res,2015,28(4):390-406.

[6] Wang Y,Elen K.Microtubule-associated protein light chain 3 is involved in mulanogenesis via regulation of MITF expression in melanocytes[J].Sci Rep,2016，24(6):199-214.

[7] 張 浩,徐 超,宋興超.黑色素細(xì)胞調(diào)控小眼畸形相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子的研究進(jìn)展[J].畜牧與獸醫(yī),2016,48(8):113-117.

[8] 陳志釗,血清干細(xì)胞因子(SCF)及其受體c-Kit的研究進(jìn)展[J].中外醫(yī)療,2013,32(13):186-187.

[9] Amorim L.IGF-1,M-TOR,SCF and c-Kit recepter protein expression in canine cutaneous mast cell toumers in tissue miroarray slides[J].Nat Dis,2016，24(6):1182-1186.

[10] 趙益文,趙禮軍,李 振,等.IFN-γ對羊駝皮膚黑色素細(xì)胞增殖和黑色素合成的影響[J].畜牧獸醫(yī)學(xué)報(bào),2015,46(12):2192-2198.

[11] 周泓燕.MITF基因?qū)游锩泻谏丶?xì)胞的作用[J].中國畜牧獸醫(yī)文摘,2015,31(3):41.

[12] Fitzpatrick T B.The validity and practicality of sun-reactive skin types Ⅰ through Ⅵ[J].Arch Dermatol，1988,124(6):869-871.

[13] Yong D.Anticancer activity of 7,8-dihydroxyflavone in melanoma cells via downregulation of α-MSH/cAMP/MITF pathway.[J].Oncol Rep，2016，36(1):528-534.

[14] 聶瑞強(qiáng),楊玉靜,謝建山,等.Pax6 PAI 亞結(jié)構(gòu)域在黑色素細(xì)胞中對 MITF、TYR、TYRP1 和 TYRP2 的影響[J].中國農(nóng)業(yè)科學(xué)，2016,49(17):3433-3442.

[15] 方 園.人類黑色素細(xì)胞刺激素受體基因首次克隆成功[J].生理科學(xué)進(jìn)展，1993，24(3):417-420.

[16] Chen Yin.The transcription factor TBX2 regulates melanogenesis in melanocytes by repressing Oca2[J].Mol Cell Biochem，2016,415(1/2):103-109.

[17] 韓吉龍，岳耀敬.藏羊刺鼠信號蛋白基因(Agouti)的多態(tài)性及不同顏色被毛皮膚組織中Agouti與小眼畸形相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子基因(MITF)表達(dá)的定量分析[J].農(nóng)業(yè)生物技術(shù)學(xué)報(bào)，2013,21(3):338-347.

[18] Fan W,Boston B.Role of melanocortinergic neurons in feeding and the agouti obesity syndrome[J].Nature,1997,385(6612):165-168.

[19] 楊 躍.β-catenin對惡性黑色素瘤細(xì)胞A375的增殖、侵襲、遷移及凋亡的影響[M].江西南昌：南昌大學(xué)醫(yī)學(xué)院，2014.

[20] David K,Eve M,Lin M,et al.The role of Wnt/β-catenin signaling pathway in melanoma epithelial-to-mesenchymal-like switching:evidences from patients-derived cell lines.[J]Oncotarget,2016，67(2):117-182.

[21] Clevers H.Wnt/β-catenin signaling in development and disease[J].Cell,2006,127(3):469-480.

[22] Srivastava A K.Pharmacodynamic response of the MET/HGF-receptor to small molecule tyrosine kinase inhibitors examined with validated,fit-for-clinic immunoassays[J] Clin Cancer Res,2016,34(5):8-32.

[23] Tan Y.Appl1 and Appl2 are expendable for mouse development but are essential for HGF-Induced Akt activation and migration in mouse embryonic fibroblasts[J].J Cell Physiol,2016,231(5):1142-1150.

[24] Hollingshead S.Pharmacodynamic response of the MET/HGF receptor to small-molecule tyrosine kinase inhibitors examined with validated,fit-for-clinic immunoassays.[J].Clin Cancer,2016,22(14)：1078-1082.

[25] 朱雪茹,鄭雷珍.HGF/c-Met與胃癌靶向治療的研究進(jìn)展[M].上海交通大學(xué)學(xué)報(bào),2016,36(1)：133-137.

[26] Caboverde S.Roles of endothelin signaling in melanocyte development and melanoma[J].Pigment Cell Melanoma Res,2010,23(2):160-170.

[27] 申付文,葉 立.黑色素瘤小分子靶向藥物研究進(jìn)展[J].中國新藥雜志,2015,24(3):281-287.

Progress on Related Regulatory Factors of Melanocytes

LI Yuan,LIU Wen-yan,CAI Yong-qiang,ZHANG Li-huan,LI Hong,ZHU Zhi-wei

(CollegeofLifeSciences,ShanxiAgriculturalUniversity,Taigu，Shanxi，030801，China)

Melanocytes are a kind of special cells in the skin tissue,and can produce melanin and pass it to the surrounding keratinocytes.Melanin is transferred and remained in the skin cells,it is possible to prevent light radiation from chromosome damage,and produce a protective effect to cells.The synthesis of melanin is regulated by many complex regulatory factors.Especial amicrophthalmia-associated transcription factor(MITF) plays a very important role in the regulation of the synthesis of melanin,as well as melanoma cell migration and survival.In mice,the stem cell factor (SCF) or its receptor c-Kit mutations can cause melanoma cells abnormal phenotype.Melanocytes stimulate the production of melanin by forskolin and α-MSH(α-melanocyte stimulating hormone) combined with MC1R(Melanocyte-stimulating hormone receptor),Agouti signaling protein (ASP) inhibits the tyrosine protease’s activity,thereby reducing the production of melanin,WNT signal is important for neural crest cells differentiating into melanocytes,thereby affecting production melanin.HGF (hepatocyte growth factor) is a tyrosine kinase receptor,promoting and maintainning the activity of the production of melanin.Controlling the synthesis of endothelin receptors type B (EDNRB) and mutanting the gene of ligand(EDN3) will lead to lackness of melanocytes.

melanocyte; regulatory factor; regulation

2016-08-28

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(31402156)；山西省基礎(chǔ)研究項(xiàng)目 (2014021028-2)；山西省科技重點(diǎn)研發(fā)項(xiàng)目(2015-TN-10)； 山西農(nóng)業(yè)大學(xué)青年拔尖創(chuàng)新人才支持計(jì)劃項(xiàng)目(TYIT201403)；山西省科技攻關(guān)項(xiàng)目(20140311021-4)；河北科技師范學(xué)院博士科研啟動項(xiàng)目

李 園(1993-)，女，山西忻州人，碩士研究生，主要從事生物科學(xué)研究。*通訊作者

S852.21

A

1007-5038(2017)02-0079-04