Rab蛋白在黑素小体合成及转运中的作用

王敏，宋秀祖

（1.安徽医科大学附属杭州临床学院，杭州310009；2.浙江省杭州市第三人民医院，杭州310009）

·综述·

Rab蛋白在黑素小体合成及转运中的作用

王敏1，宋秀祖2

（1.安徽医科大学附属杭州临床学院，杭州310009；2.浙江省杭州市第三人民医院，杭州310009）

Rab蛋白家族是小G蛋白超家族中最大的亚家族，广泛存在于动物、植物和微生物等真核生物中，是囊泡运输重要的调节因子，具有调节囊泡的靶向运输、囊泡的拴系、与靶膜泊位与融合、囊泡的芽生等作用。皮肤的颜色与黑素小体的合成和转运密切相关。哺乳动物的Rab蛋白大约有60种，其中的Rab32/38和Rab9a在黑素小体的合成过程中发挥了重要作用；Rab27a、Rab21、Rab17及Rab36在黑素小体的转运过程中具有重要意义；Rab7及Rab11即参与了黑素小体的合成，又参与了黑素小体转入角质形成细胞的过程。因此，这些Rab蛋白基因的突变将会引发相应的遗传性色素性疾病。

黑素小体；Rab蛋白；囊泡运输；效应蛋白；皮肤病

真核细胞生物学功能的维持依赖于蛋白的精确定位与表达，蛋白在细胞内的运输有赖于囊泡运输来完成。Rab蛋白是囊泡运输的重要调节因子，在真核细胞的膜运输中发挥重要作用[1]。皮肤色素沉着的过程依赖于黑素小体在黑素细胞内的合成，并进一步转运到角质形成细胞中。目前研究证实:Rab蛋白在黑素小体的合成及转运过程中发挥了重要作用。以下对参与黑素小体合成及转运过程的Rab蛋白进行综述。

1 Rab蛋白家族

Rab蛋白是小G蛋白家族中最大的蛋白家族，广泛存在于动物、植物和微生物等真核生物中。Rab蛋白通过与GDP或GTP结合的转换，在非活性与活性形式之间进行循环。在鸟苷酸交换因子（Guanine nucleotide exchange factor，GEF）的作用下，Rab 可由GDP结合转换为GTP结合的活性形式；在GTPase激活蛋白（GTPase activating protein，GAP）的作用下，Rab又可由GTP结合转换为无活性的GDP结合形式，从而调控细胞内吞或分泌过程中囊泡的识别、转运、锚定及与质膜融合等过程，发挥分子开关的作用。不同种属Rab蛋白的种类是不一样的，目前已有研究证实哺乳动物的Rab蛋白大约有60种，依次划分为 Rab1、Rab2等41个亚家族。其中Rab32/38、Rab9a、Rab27a、Rab21、Rab17、Rab36、Rab7及Rab11等Rab蛋白分别在黑素小体的合成及转运过程中发挥了重要作用[2]。

2 参与黑素小体合成的Rab蛋白

黑素小体是黑素细胞独特的分泌颗粒，它所包含的黑色素由酪氨酸酶基因家族的糖蛋白所合成，如酪氨酸酶（Tyrosinase protein,TYR）、酪氨酸酶相关蛋白1与2（Tyrosinase-related protein 1/2,TYRP-1/2）。黑素小体的合成起源于膜内囊泡（Ⅰ期），随后分化为没有黑素形成的黑素小体前体（Ⅱ期）；在黑素合成相关酶TYR、TYRP-1以及囊泡其他蛋白的作用下，黑素小体进入Ⅲ、Ⅳ期，最终分化为成熟的黑素小体[3-4]。在黑素小体合成过程中发挥作用的Rab蛋白包括如下。

2.1 Rab32/38 Esposito 等[5]，Bultema 等[6]研究认为Rab32及Rab38与效应蛋白结合，介导了TYR及TYRP-1从高尔基体内膜至成熟黑素小体的运输，参与了黑素小体的合成。其效应蛋白包括：适配器蛋白 3（Adaptor protein-3，AP-3）、AP-1、溶酶体相关细胞器复合物2（Biogenesis of lysosome-related organelles complex-2，BLOC-2）等。Tamura 等[2]研究证实锚蛋白重复序列蛋白（VPS9-ankyrin-repeat protein,VARP）包含了3个重要片段：Ankyrinrepeat 1（ANKR1）、ANKR2 及 Vacuolar protein sorting 9（VPS9），Rab32/38与 ANKR1的结合对于 TYRP1的运输具有重要意义。既往研究发现Rab32表达在黑腹果蝇的眼溶酶体及脂肪组织脂滴中，Rab32突变可导致黑腹果蝇眼球的色素脱失，从而进一步证实了Rab32在黑素小体合成中的作用[7]。

2.2 Rab9a 既往研究发现Rab9调控了晚期囊泡到高尔基体的逆向运输，并且可与BLOC3复合物的成分之一（Hermansky-Pudlak syndrome 4，HPS4）相互作用，但是Rab9在黑素合成中的具体作用机制尚未明确[8]。近期，Mahanty等[9]研究认为Rab9a和它的辅助调控因子如：Rab32、Rab38、Bloc-3、VARP等对于黑素小体的合成都很重要，并且推测Rab9a在黑素小体的合成过程中，与Rab32/38以相同方式发挥作用。

3参与黑素小体转运的Rab蛋白

在皮肤色素沉着过程中，成熟的黑素小体逐渐运输至黑素细胞的树突，从黑素细胞分泌并转运至角质形成细胞中。既往研究表明驱动蛋白及动力蛋白中的肌球蛋白Va参与了黑素小体沿着微管及微丝从黑素小体核周到树突末梢的双向运输，Rab蛋白也参与了黑素小体的顺向和逆向转运。

3.1 Rab27a Kukimoto等[10]研究发现Rab27a可与其特异的效应分子Slac2-a结合，在特定的位点定位到成熟的黑素小体表面。Rab27A-Slac2-a复合物能够诱导肌球蛋白Va的结合。Slac2-a是Rab27a与肌球蛋白Va的关键中间物质，其分子N端的Myosin Va-binding domain（MBD）、中间片段及 C 端的 Actin-binding domain（ABD），分别与 Rab27A、肌球蛋白Va及肌动蛋白结合从而介导了黑素小体的运输[11]。进一步研究证实：Slac2-a与Rab27a结合能够促进黑素小体在黑素细胞质膜的锚定，促进黑素小体转运[12]。近期，Booth等[13]研究证实：Na-K-ATP酶α1可以调控Rab27a在黑素小体的定位，间接参与了Rab27a转运黑素小体的过程。

3.2 Rab21 Norihiko等[14]研究证实VARP对于促进黑素细胞树突延长具有重要意义。VARP存在不同的Rab蛋白信号片段：即VPS9片段及ANKR1、ANKR2片段，其中VPS9片段能够诱导Rab21从GDP结合的失活形式转换为GTP结合的活性形式，促进Rab21的活化，从而促进黑素细胞树突的延长，进一步促进黑素小体转运至角质形成细胞中。

3.3 Rab17 Beaumont等[15]研究认为黑素细胞树突伪足的形成，在黑素小体转运至角质形成细胞的过程中十分重要。Rab17的缺乏将会抑制黑素细胞树突伪足的形成，同时会导致黑素小体聚集在树突周围。因此推测Rab17可能促进了黑素细胞树突形成伪足，但具体机制尚未明确。

3.4 Rab36 Rab蛋白不仅能协助黑素小体在黑素细胞内的顺向转运，也可以调节逆向转运。Rab36与溶酶体相关的Rab蛋白（Rab interacting lysosomal protein,RILP）一起作用于黑素小体在黑素细胞中的逆向运输；Matsui等[16]利用能够表达Rab36和与RILP的小鼠黑素细胞株，证实了RILP是Rab36的效应分子。Rab36和RILP共同作用促进黑素小体在黑素细胞中沿微管逆向转运，从而导致了黑素小体在黑素细胞核周的聚集。

4 既参与黑素小体合成又参与转运的Rab蛋白

4.1 Rab7 Rab7与其受体结合后参与调控囊泡运输、磷脂信号传递、吞噬及自噬等作用[17-18]。Gomez等[19]通过黑素细胞蛋白的二维凝胶电泳在GTP结合试验中发现了小GTP结合蛋白的存在，同时通过免疫印迹证实Rab3、Rab7及Rab8存在于黑素小体的碎片中。共聚焦免疫荧光显微镜显示Rab7和TYRP-1共存于核周区域，部分共存于胞体，进一步利用Rab7的反义寡核苷酸可以抑制TYRP-1的运输，因此推测Rab7可能参与了TYRP-1的细胞内转运，从而促进了黑素小体的合成和成熟。Hida等[20]进一步研究证实Rab7在早期黑素小体合成的过程中，对于酪氨酸酶、TYRP-1及前黑素小体蛋白17（Premelanosome protein 17,Pmel17）的分类投递起到了重要作用，并且在早期囊泡进化为成熟黑素小体的过程中，对于TYRP-1的运输发挥重要作用。Jordens等[21]研究认为Rab7在人类表皮黑素细胞中不仅参与了黑素小体的合成，也参与了调节黑素小体的逆向转运。RILP作为Rab7的效应蛋白，它可以诱导功能性的动力蛋白向富含Rab7的黑素小体的晚期囊泡内聚集，从而促使其在胞内逆向转运[22]。4.2 Rab11 Rab11是囊泡回收的调节器，Cheli等[23]研究证实包含BLOC1的囊泡或细胞器的运输需要Rab11的协助。由于BLOC1参与黑素小体合成过程中早期囊泡的运输，因此推测Rab11可能也参与了黑素小体的合成。Tarafder等[24]研究证实Rab11b参与角质形成细胞诱导黑素细胞的胞吐作用，在促进黑素小体转运至角质形成细胞的过程中发挥重要作用。因此认为Rab11不仅参与了黑素小体合成，也参与了黑素小体转运。

5 Rab家族与皮肤病

Hermansky-Pudlak综合征（Hermansky-Pudlak syndrome,HPS）是以遗传性色素减退和出血为特征的综合征，是由溶酶体相关细胞器合成的缺陷导致，如：黑素小体与血小板致密体的合成缺陷。研究表明人类的HPS综合征由9种基因突变引起，这些基因编码的蛋白分别为溶酶体转运蛋白复合物AP-3、BLOC-1、BLOC-2 及 BLOC-3 等，而 Rab38或 Rab9的基因突变均可引起 HPS综合征[25]。Griscelli综合征是一种常染色体隐性遗传病，以皮肤和毛发色素减退为特征，Rab27a的基因突变与Griscelli综合征的发病相关[26]。

6 结语

越来越多的研究表明，Rab蛋白与黑素小体的合成及转运之间有着密切的联系。在黑素小体合成的过程中 Rab32/38、Rab9a、Rab7及 Rab11分别以不 同 的 方 式 发 挥 作 用 ；Rab27a、Rab21、Rab17、Rab36、Rab7及Rab11b则在黑素小体转运过程中发挥重要作用。不同Rab蛋白基因突变会引起相应的遗传性色素减退性疾病。继续深入研究Rab蛋白在黑素小体合成及转运中的作用，有助于更好地阐明皮肤色素沉着的发生机制。

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