黑素小体代谢与相关皮肤病

赖来桂，许爱娥

（1.浙江中医药大学，杭州 330053；2.浙江中医药大学附属杭州第三人民医院，杭州 310009）

黑素小体代谢与相关皮肤病

赖来桂1，许爱娥2

（1.浙江中医药大学，杭州 330053；2.浙江中医药大学附属杭州第三人民医院，杭州 310009）

黑素小体是皮肤、眼、内耳、脑膜等处色素细胞特有的、溶酶体样的膜性细胞器，是合成和储存黑色素的亚细胞结构，其代谢过程包括黑素小体的生成、转运和降解三个过程。其代谢过程的异常可导致一些皮肤病的发生。文中简要地综述了黑素小体的代谢过程以及与代谢异常有关的皮肤病。

黑素小体；生成；转运；降解；皮肤病

表皮黑素单位是由1个黑素细胞和大约36个相邻的角质形成细胞组成，其主要功能是产生和分配黑素，黑素细胞主要位于皮肤上皮的基底层、毛囊、视网膜色素上皮层及虹膜中，其内的黑素小体是一种溶酶体相关细胞器，是合成黑色素的场所，载有黑素的黑素小体通过微管蛋白和肌动蛋白从核周胞质的起始部位向黑素细胞的树突的末端移位，后黑素小体转运至角质形成细胞内，再分散进入细胞质，最终随着角质形成细胞的脱落而被降解。

1 黑素小体的生成

1.1 黑素小体的生成 黑素小体的生成在形态学上根据其成熟程度的不同可以分成四期：Ⅰ期黑素小体即早期黑素小体，含有很多囊泡样结构,并含有少许不规则的纤维性结构；Ⅱ期黑素小体呈椭球形,内有沿长轴平行排列的纤维丝；Ⅲ期黑素小体可见少量黑素在纤维丝上沉积；Ⅳ期黑素小体可见纤维丝被黑素完全遮盖[1]。

早期黑素小体又称前黑素小体（premelanosome），来源于内膜系统,包括内质网、衣被囊泡、溶酶体和内体。其黑素小体的酶组分包括酪氨酸酶（tyrosinase），酪氨酸酶相关蛋白－1（tyrosinase-related protein 1，TRP-1） 和多巴互变异构酶（dopachrome tautomerase),它们依靠 OA1，P，MATP，ATP7A 和BLOC-1（溶酶体相关细胞器复合体生物发生－1）的功能来合成真黑素和褐黑素。黑素小体的主要纤维结构成分是Pmel17/gp100/SilV，它是一种位于Ⅰ、Ⅱ期黑素小体基质中的跨膜糖蛋白。黑素小体的结构蛋白以及合成黑素所需酶类，均由分拣小泡（sorting vesicle）从反式高尔基体（trans Golgi network,TGN）依次投送进入前黑素小体，分拣小泡投送酪氨酸酶和TRP－1至黑素小体启动黑素合成，投送Pmel17蛋白至黑素小体形成纤维丝骨架[1]。

1.2 与黑素小体生成异常相关皮肤病

1.2.1 Hermansky-Pudlak 综合征（HPS） Hermansky－Paudlak综合征是一组常染色体隐性遗传性疾病，临床上以白化病、出血倾向和组织内蜡样脂质聚积三联症为主要特征,可伴有致命性的并发症如肺纤维化、肉芽肿性结肠炎、肾衰以及心肌病等。其主要以黑素小体生成障碍为特征。在人类，已经确定有8种HPS的基因亚型,分别由8个不同的基因突变引起，即HPS1,ADTβ3A,HPS3,HPS4,HPS5,HPS6,DTNBP1 和 BLOC1S3，某些HPS蛋白互相结合形成BLOCs（溶酶体相关细胞器复合体生物发生），包括BLOC-1，BLOC-2和BLOC-3，这些复合体对黑素小体合成所需蛋白等从反式高尔基体转移至成熟黑素小体是至关重要的。BLOC-1由 palladin，muted,cappuccino,HPS7/dysbindin蛋白以及最近发现的一些亚基如BLOS1，BLOS2，BLOS3和snapin组成。在这些BLOC-1亚基中，只有HPS7/dysbindin基因缺陷可以引起人类的HPS。BLOC-2包括HPS3，HPS5和HPS6蛋白。HPS5是由HPS5基因突变引起，电镜下观察发现HPS5患者黑素细胞胞体和树突内含有大量早期黑素小体，免疫荧光检测发现黑素细胞树突内TRP－1含量下降，提示可能是酪氨酸酶和TRP－1转运异常，未能有效地转移至HPS5的患者的黑素小体内[2]。由HPS6基因突变引起的HPS6，也是BLOC-2的一个亚基。Huizing等[3]研究发现，在HPS患者的HPS6基因单一外显子上存在大量的突变，包括移码、错义和无义突变以及覆盖了整个HPS6基因组区域约20kb的缺失。其机制类似于HPS5，生成黑素的酪氨酸酶和TRP－1未能有效地转移至HPS6的患者的黑素小体内，造成黑素小体生成障碍而导致了色素减退。BLOC-3包括HPS1和HPS4，在人类黑素细胞中，HPS1蛋白位于早期黑素小体和无衣被包绕的囊泡中。HPS1和HPS4患者患渐进性肺纤维化和肉芽肿性结肠炎的风险比较大。HPS2是由ADTβ3A基因突变引起，是编码AP-3的β3A亚单位。AP-3属于一个含5种蛋白的胞内蛋白分拣家族,能与酪氨酸酶结合并将之转运至黑素小体。在AP-3缺失的患者中，酪氨酸酶积聚于多囊体中提示AP-3在黑素小体蛋白分拣中起作用[4]。

1.2.2 Chediak-Higashi综合征 (CHS)CHS是常染色体隐性遗传病，其致病基因被称为溶酶体运输调节因子基因(lysosomal trafficking regulator gene，LYST)，LYST 定 位 于1q42.1-42.2，表达产物广泛参与膜泡转运的各个环节，临床上以白化病、严重的免疫缺陷、出血倾向、反复的化脓性感染以及进行性神经症状及淋巴细胞增生为特征。LYST包含一个BEACH序列，BEACH被认为是一种囊泡转运调节蛋白，它对囊泡转运至关重要。Burgess等[5]发现在BEACH蛋白的氨基末端有一个与梭状芽孢杆菌毒素相似的区域，称之为BEACH concanavalin A样凝集素结构域，这个区域可能参与分泌途径中蛋白的转运和分拣。LYST还包含一系列类似ARM和HEAT结构域的疏水螺旋结构，其中HEAT与囊泡转运有关，ARM结构域可能调节膜连接。LYST的羧基端包含一些WD－40重复序列，它们参与蛋白之间的相互作用[6]。Collier等[7]在患Chediak-Higashi综合征的猫的视网膜色素上皮中发现了大量的形态异常的黑素小体和前黑素小体，上皮内含有许多粗大的色素颗粒，有些黑素颗粒由前黑素小体和处于不同成熟期的黑素小体构成，有些色素颗粒同时含有黑素小体和溶酶体的成分，他们提出：前黑素小体与溶酶体的融合破坏了前黑素小体，最终导致猫的视网膜色素上皮色素减退。

2 黑素小体的转运

2.1 黑素小体的转运机制 黑素小体的转运过程包括黑素小体在黑素细胞内的转运和黑素小体从黑素细胞转运至角质形成细胞两个过程。参与黑素小体在黑素细胞内转运的蛋白主要有驱动蛋白（kinesin），动力蛋白 (dynein),Rab27a，Melanophilin,肌球蛋白(Myosin Va)等。其中，驱动蛋白介导黑素小体沿微管正向运动；动力蛋白介导黑素小体负向运动；Rab27a/melanophilin/myosinVa复合体把黑素小体和肌动蛋白微丝结合在一起，并通过MyosinVa的动力作用维持黑素小体在黑素细胞树突末梢积聚的状态[8]。

关于黑素小体从黑素细胞转运至角质形成细胞，其转运模式目前有以下四种假说：①注入②胞吐③膜泡转运④融合。射线、MSH、KGF、PAR-2等对角质形成细胞的吞噬能力起正向调节作用，而外源性凝集素、细胞膜糖蛋白和烟酰胺等则对其起负向调节作用[9]。另外，钙粘蛋白、SNAREs、Rab、Rho等也会对转运过程有所影响[10]。

2.2 与黑素小体转运异常相关的皮肤病

2.2.1 Griscelli综合征 Griscelli综合征(Griscelli syndrome,GS)又称格林塞利综合症，是一种少见的常染色体隐性遗传病,以皮肤颜色变浅、银灰白色头发、发体内大量簇状色素沉着为特征。电镜下可见患者皮损处黑素细胞核周的正常的成熟黑素小体异常堆积。在黑素细胞内，Rab27a与黑素小体膜结合后，招募Mlph和MyoVA共同形成Rab27a-Mlph-MyoVA蛋白复合物，这种复合物将黑素小体与黑素细胞周边的肌动蛋白丝连接起来，介导黑素小体的转运。GS的发病与Rab27a-Mlph-MyoVA蛋白复合物的形成密切相关[11]。Kuroda等[12]发现Slp2-a（突触结合蛋白样蛋白2-a）也能控制黑素小体在黑素细胞的分布。Slp2-a是一种Rab27A结合蛋白，能与Rab27A共存于黑素小体，在动物实验中，用siRNAs将Slp2-a敲除可以显著减少小鼠黑素细胞树突内黑素小体的分布，从而提示Slp2-a也可能与GS的发病有关系[13]。

GS临床上分为三型：GS1,GS2和GS3。GS1是由15q21染色体上编码MyosinVa的MYO5A基因突变导致，其临床表现除了典型的皮损外，还伴有严重的原发性神经损伤。在正常黑素细胞内，黑素小体在黑素细胞中成熟后，沿微管作快速的来回双向运动，在MyosinVa参与下的黑素小体与肌动蛋白微丝之间的相互作用使黑素小体停留在树突内。而在GS1患者的黑素细胞内MyosinVa的功能缺陷导致黑素小体无法停留在树突内而聚集于黑素细胞核周[14]。GS2是这三型中最常见的，是由15q21染色体上编码小GTP酶蛋白（Rab27a）的RAB27A基因突变引起的。其临床表现除了特征性色素脱失外，还伴有严重的原发性免疫缺陷。在正常的黑素细胞中，Rab27a将MyosinVa招募至黑素小体内，二者共同定位于黑素小体并相互作用，可以使黑素小体停留在黑素细胞树突周边，而在GS2患者中Rab27a表达缺失，导致黑素小体聚集在核周[15]，[16]。GS3是由2q37染色体上编码melanophilin的基因MLPH变异导致，其临床表现只有皮肤症状，没有神经损害和免疫缺陷。另外，编码MyosinVa的基因MYO5AF外显子的缺失也可以导致GS3的发生[17]。

2.2.2 Darier病的点状白斑 Darier病是一种常染色体显性遗传疾病，由编码sarco/内质网钙－ATP酶亚型2（SERCA2）的ATP2A2基因突变所致。细胞内异常的钙离子信号干扰了角质形成细胞的黏附，导致棘层松解和角化不良。在深色皮肤人群中，除了典型的油腻性角化性丘疹、掌跖角化以及指甲改变外，还可以见到异常的点状白斑（雪花状的色素减退斑）。白斑处组织病理显示表皮黑素减少伴棘层松解。电镜显示黑素细胞形态正常，其内含成熟的黑素小体。但与周围正常皮肤相比白斑处基底层及上基底部角质形成细胞内黑素颗粒明显减少，而其周围的黑素细胞树突内充满黑素小体。这些发现提示可能是角质形成细胞－黑素细胞间黏附的丧失导致黑素小体转运至角质形成细胞出现了异常。E-钙粘蛋白是黑素细胞－角质形成细胞黏附的主要介质，而在Darier病表皮松解处E-钙粘蛋白发生裂解，其异常改变可能与该病密切相关[18，19]。

2.2.3 色素性基底细胞上皮瘤 在色素性基底细胞上皮瘤中可能存在黑素小体从黑素细胞至基底瘤细胞的转运异常。Sakuraba1等[20]在电镜下观察发现，色素性基底细胞上皮瘤的基底瘤细胞中黑素小体的含量（16.4%）显著低于病损周围正常表皮内角质形成细胞中黑素小体的含量（91.0%），提示黑素小体从黑素细胞至基底瘤细胞的转运出现了异常。RTPCR分析证明色素性基底细胞上皮瘤的基底瘤细胞中PAR-2 mRNA转录物的表达比病损周围正常表皮角质形成细胞低，免疫组化分析也发现色素性基底细胞上皮瘤的基底瘤细胞中PAR-2的免疫染色相对较弱，从而提示其转运异常可能与PAR-2的异常表达有关。PAR-2是角质形成细胞表达的一种7个跨膜G蛋白偶联受体，可通过胰蛋白酶和肥大细胞产生的类胰蛋白酶等水解激活。在黑素小体转运至角质形成细胞的过程中,PAR-2通过自身激活增加角质形成细胞对黑素小体的吞噬作用,从而在皮肤色素着色中发挥关键作用。在色素性基底细胞上皮瘤中，表达于基底瘤细胞的PAR-2显著下降，导致黑素小体未能有效地转运至基底瘤细胞。

3 黑素小体的降解

与黑素小体生成不同，我们对黑素小体的生成在分子水平上已经有了比较深的认识，但是我们对黑素小体以及其内黑色素的降解机制目前还不甚明确。黑素小体都是在各种不同类型细胞的吞噬体中降解的，吞噬体包括异体吞噬体和自体吞噬体。黑素小体的降解产物一直停留在膜局限的溶酶体室内，最后随着角质形成细胞的脱落而排出体外。免疫组化显示酸性水解酶参与黑素体的降解。日本学者Ohtaki等[21]在用溶酶体水解酶处理放射标记的黑素小体时发现，黑素小体中脂质成分迅速降解，蛋白缓慢降解，但黑素很难降解，即使用酸性水解如6mol/L HCl，120℃处理72h仍不能破坏其破坏大小、形状和超微结构，从而提示酸性水解不参与黑素的降解。黑素小体对强酸具有惊人的抵抗力，对强碱也能一定程度耐受。黑素小体黑色素与多环芳香烃的结构相似性提示黑色素对氧化还原反应敏感。体外实验证实黑素能被氧化剂如高锰酸钾，过氧化氢漂白并生成荧光物质，这种物质的吸光度下降[22]。

4 小结

以上我们主要总结了一些与黑素小体生成或转运异常有关的皮肤病的发病机理以及其与黑素小体的联系，临床上我们还发现另外一些可能与黑素小体合成或转运异常有关的皮肤病，如无色素痣、进行性斑状色素减少症、结节性硬化、Cole病[23]等，其具体机制还有待于我们进一步研究。

［1］ Park HY,Kosmadaki M,Yaar M,et al.Cellular mechanisms regulatinghumanmelanogenesis[J].Cell Mol LifeSci,2009,66:1493-1506.

［2］ Helip-Wooley A,Westbroek W,Dorward HM,et al.Improper trafficking of melanocyte-specific proteins in Hermansky-Pudlak syndrome type-5[J].J Invest Dermatol,2007,127:1471-1478.

［3］ Huizing M,Pederson B,Hess RA,et al.Clinical and cellular characterisationofHermansky-Pudlaksyndrometype6[J].JMedGenet,2009,46:803-810.

［4］ Huizing M,Saranjarajan R,Strovel E,et al.AP-3 dependent vesicles carry tyrosinase,but not TRP-1 in cultured human melanocytes[J].Mol Biol Cell,2001,12:2075-2085.

［5］Burgess A,Mornon JP,de Saint-Basile G,et al.A concanavalin A-like lec tin domain in the CHS1/LYST protein,shared by members of the BEACH family[J].Bioinformatics,2009,25:1219-1222.

［6］ Ward DM,Shiflett SL,Kaplan J.Chediak-Higashi syndrome:a clinical and molecular view of rare lysosomal storage disorder[J].Curr Mol Med,2002,2:469-477.

［7］Collier LL,King EJ,Prieur DJ.Aberrant melanosome development in the retinal pigmented epithelium of cats with Chediak-Higashi syndrome[J].Exp Eye Res,1985,41:305-311.

［8］Yamaguchi Y,Hearing VJ.Physiological factors that regulate skin pigmentation[J].Biofactors,2009,35:193-199.

［9］Greatens A,Hakozaki T,Koshoffer A,et al.Effective inhibition of melanosome transfer to keratinocytes by lectins and niacinamide is reversible[J].Exp Dermatol,2005,14:498-508.

［10］Van Den Bossche K,Naeyaert JM,Lambert J.The quest for the mechanism of melanin transfer[J].Traffic,2006,7:769-778.

［11］Westbroek W,Tuchman M,Tinloy B,et al.A novel missense mutation(G43S)in the switch I region of Rab27A causing Griscelli syndrome[J].Mol Genet Metab,2008,94:248-254.

［12］Kuroda TS,Fukuda M.Rab27A-binding protein Slp2-a is required for peripheral melanosome distribution and elongated cell shape in melanocytes[J].Nat Cell Biol,2004,6:1195-1203.

［13］Dessinioti C,Stratigos AJ,Rigopoulos D,et al.A review of genetic disorders of hypopigmentation:lessons learned from the biology of melanocytes[J].Exp Dermatol,2009,18:741-749.

［14］Hume AN,Collinson LM,Rapak A,et al.Rab27a regulates the peripheral distribution of melanosomes in melanocytes[J].J Cell Biol,2001,152:795-808.

［15］Meeths M,Bryceson YT,Rudd E,et al.Clinical presentation of Griscelli syndrome type 2 and spectrum of RAB27A mutations[J].Pediatr Blood Cancer,2010,54:563-572.

［16］Rossi A,Borroni RG,Carrozzo AM,et al.Griscelli syndrome type 2:long-termfollow-upafterunrelateddonorbonemarrowtransplantation[J].Dermatology,2009,218:376-379.

［17］Van Gele M,Dynoodt P,Lambert J.Griscelli syndrome:a model system to study vesicular trafficking[J].Pigment Cell Melanoma Res,2009,22:268-282.

［18］Bossche KVD,Naeyaert JM,Lambert J.The quest for the mechanism of melanin transfer[J].Traffic,2006,7:769-778.

［19］Goh BK,Kumarasinghe SP,Ng SK.Two Singaporean cases of guttate leucoderma in Darier's disease[J].Clin Exp Dermatol,2004,29:313-314.

［20］Sakuraba K,Hayashi N,Kawashima M,et al.Down-regulated PAR-2 is associated in part with interrupted melanosome transfer in pigmented basal cell epithelioma[J].Pigment Cell Res,2004,17:371-378.

［21]Ohtaki N,Seiji M.Degradation of melanosomes by lysosomes[J].J Invest Dermatol,1971,57:1-5.

［22］Borovansk伥J,Elleder M.Melanosome degradation:fact or fiction[J].Pigment Cell Res,2003,16:280-286.

［23］Vignale R,Yusín A,Panuncio A,etal.Cole disease:hypopigmentation with punctate keratosis of the palms and soles[J].Pediatr Dermatol,2002,19:302-306.

R758.4

A

1672－0709（2010）04-0261－03

许爱娥，Email:xuaiehz@msn.com

2009-12-22）