黑色素细胞相关调控因子研究进展

李 园，刘文艳，蔡永强，张利环，李 宏，朱芷葳

(山西农业大学生命科学学院，山西太谷 030801)

黑色素细胞相关调控因子研究进展

李 园，刘文艳，蔡永强，张利环，李 宏，朱芷葳*

(山西农业大学生命科学学院，山西太谷 030801)

黑色素细胞是皮肤组织中的一种特殊细胞，黑色素细胞能够产生黑色素并且传递给周围的角质细胞。黑色素传递并停留在这些角质细胞中，能够防止光线辐射对染色体产生损伤，对细胞产生一定的保护作用。黑色素的合成受到许多复杂的调控因子的调控，小眼畸形转录因子在调控黑色素的合成及黑色素细胞的迁移和生存起着非常重要的作用。在小鼠中，干细胞因子或者是它的感受器c-Kit的突变会导致黑色素细胞异常表型。黑色素细胞通过福斯匹林和α黑色素细胞刺激素与黑素皮质素受体结合刺激黑色素的生成;刺鼠信号蛋白会抑制酪氨酸蛋白酶的活性，进而减少黑色素的产量。 WNT信号对于神经嵴细胞分化为黑色素细胞有影响,影响黑色素细胞的数量进而影响黑色素的产量。促肝细胞生长素是酪氨酸激酶的感受器,能够促进和保持黑色素细胞产生黑色素的活性。控制合成内皮缩血管肽的受体及配体EDN3的基因的突变会导致黑色素细胞的缺失。

黑色素细胞；调控因子；调控

黑色素细胞的主要功能是合成黑色素。黑色素是皮肤受紫外线照射后“自我保护”形成的产物,在黑色素细胞的亚细胞器黑素小体中合成[1]。黑色素小体合成黑色素，并将黑素颗粒传递给邻近的角质细胞，从而产生有颜色的皮肤和毛发。黑素小体是真核生物细胞中用于合成和沉积黑色素唯一的细胞器,其功能紊乱会导致人类或哺乳动物的色素相关疾病[2]。黑色素细胞是由神经嵴祖细胞定向分化而来，其正常分化依靠相关基因在时间和空间上的表达，黑色素细胞分别发育为神经嵴细胞、黑素母细胞、黑素干细胞和黑色素细胞[3]。黑素母细胞有两种不同的分化途径：一部分迁移，进入毛囊底部毛球部，分化为成熟黑色素细胞，负责毛发的色素沉着；另一部分迁移到毛囊上部隆突区并定居下来，分化为黑素干细胞，不产生黑色素[4]。

1 小眼畸形转录因子

研究表明，人类的Mitf基因定位于3号染色体，MITF具有一个基础的螺旋-环-螺旋-亮氨酸拉链(basic-helix-loop-helix-leucine-zipper,bHLH-Zip)结构，该结构横跨90个氨基酸，基础部分由11个氨基酸组成，Mitf受不同的启动子调控编码多个蛋白异聚体，包括MITF-A、B、C、D、E、H、J、Mc、CM、M等，在MITF编码的多种蛋白异构体中，MITF-M特异表达于黑色素细胞系，优先保持与规则的E-box结合[5]。

小眼畸形相关转录因子(Mitf)基因最早是在1942年由Hertwig等在一种放射诱导的突变小鼠中发现，突变体的后代会出现小眼畸形、早发性耳聋、皮毛和虹膜色素减退等症状[6]。还有一系列的研究发现，该基因表达于多种细胞如黑色素细胞、视网膜色素上皮细胞、肥大细胞和破骨细胞等，但主要是影响黑色素细胞的分化及黑色素的生成，还会进一步影响皮肤的色素沉着并且可以预测一些皮肤癌的风险[7]。但是MITF也会受到很多其他因子的调控，基因的正常表达离不开功能相互交错的转录因子网络的调控，缺失任何一种因子都会导致一些人类的遗传病[5]。

2 干细胞因子

SCF是由骨髓微环境中的基质细胞产生的一种酸性糖蛋白。其糖基连在肽键的N和O基团上，相对分子质量31 ku～36 ku，由非共价结合的2个相同亚基组成[8]。SCF在刺激靶细胞时，可以通过c-Kit直接快速激活磷脂酰肌醇-3激酶(phosphatidylinositol 3-kinase,PI3K)，也能通过Shc、Rac、Ras和Rho激酶增加PI3K的活性。PI3K是一种由调控亚基p85和催化亚基p110组成的异源二聚体，属多基因家族[9]。在造血细胞中有3种p110的异构体(α、β、δ)表达，其中δ只在造血细胞中表达。当SCF与c-Kit结合时，c-Kit受体酪氨酸激酶磷酸化，从而实现对黑色素细胞的调控[10]。

在小鼠中，干细胞因子(也可以成为干细胞生长因子)或者是它的感受器c-Kit的突变会导致与Mitf突变体相似的黑色素细胞异常的表型，这表明这3种途径的突变黑色素细胞的分化和生长产生影响的途径是一样的[11]。已经有试验表明，在黑色素细胞中加入SCF和TPA(c-Kit的刺激因子)，会激活MAP激酶的活性，进一步磷酸化MITF的Ser73(42)[12]。

3 MSH和cAMP对黑色素细胞的调控

在哺乳动物和人类研究证实α-MSH-MC1R-cAMP-TRP通路在黑色素的合成中有很重要的作用[13]。大量的试验已经表明，α-MSH是调节黑色素形成的重要因子，MC1R是调节黑色素合成的关键基因，而cAMP信号通路是调节黑色素合成的关键通路[14]。黑色素细胞通过福斯匹林和α-MSH与MC1R结合，与激动素结合的MC1R可以激活蛋白激酶A(protein kinase,PKA)，激活cAMP循环，反应结合蛋白反过来转录活化不同的基因，包括编码MITF，刺激产生黑色素[15]。但是对苯二甲酸(terephthalic acid,TPA)会使蛋白激酶C(protein kinase,PKC)降解，从而抑制黑色素的产生[16]。

4 ASIP对黑色素细胞合成黑色素的调控

刺鼠信号蛋白基因Agouti可以编码MC1R的拮抗物刺鼠信号蛋白(ASIP)，ASIP可以抑制酪氨酸蛋白酶(tyrosinase,TYR)活性，从而减少酪氨酸酶相关蛋白1(tyrosinase-related protein 1,TYRP-1)、拓扑异构酶(topoisomerase,DCT)的含量，导致真黑素的合成减少，褐黑素合成增加，ASIP可以阻止野生型的小鼠中出现混杂黑色素的皮毛[17]。Agouti基因在皮肤中表达的蛋白ASIP，ASIP通过与α-MSH竞争结合MC1R,引起cAMP水平下降，通过级联反应抑制真黑素的形成,ASIP通过此方式抑制真黑素的产生，影响真黑素和褐黑素的比例，进而影响动物皮肤的颜色和毛色[18]。

5 WNT信号途径

最近对斑马鱼的研究发现，WNT信号对于神经嵴细胞分化为黑色素细胞有影响。Wnt3a是Wnt家族的成员之一，即通过经典的Wnt/β-catenin途径实现对黑色素细胞的调控[19]。研究发现，神经嵴细胞在无Wnt1和Wnt3a条件情况下，分化为神经元细胞而不是黑色素细胞；当用Wnt3a适当处理神经嵴细胞后，神经嵴细胞分化为黑色素细胞而不是神经元细胞。Wnt3a也可促进神经嵴来源细胞或胚胎干细胞向黑素母细胞分化，进一步分化为黑色素细胞，β连环蛋白的异常表达会减少黑色素的生成，黑色素细胞的数量不会发生变化，但是WNT异常会减少黑色素细胞的数量[20]。MITF的启动子区域具有Tcf转录因子结合的位点，与β连环蛋白构成复杂的体系，外源提供WNT可以激活MITF-M，Nacre基因可以被Tcf的共表达抑制，这种抑制会被β-连环蛋白的过表达解除，这些表明WNT可以通过Tcf和连环蛋白来激活nacre和MITF-M基因的表达[21]。另外,WNT会抑制GSK3β-磷酸化作用(研究表明这种磷酸化作用可以磷酸化MITF，也会磷酸化连环蛋白)[22]。

6 促肝细胞生长素

在肿瘤细胞中，HGF和c-met结合会导致受体自身磷酸化，从而增强了c-met酪氨酸激酶的活性。导致多种底物蛋白的酪氨酸磷酸化[23]。促肝细胞生长素(HGF)是酪氨酸激酶的感受器，磷酸化MAP激酶，促进和保持黑色素细胞产生黑色素的活性，在转基因小鼠中,HGF的过表达会导致色素的过度沉着，这些研究表明HGF-MET信号途径在黑色素细胞生物学方面扮演着重要的角色[24]。

7 内皮缩血管肽对黑色素细胞的调控

内皮缩血管肽(endothelin) 是一种生物活性多肽,除了具有强烈收缩血管作用外,还具有促进细胞增殖等生长因子样作用。在小鼠和人类中，控制合成内皮缩血管肽的感受器(EDNRB)及配体EDN3的基因的突变会导致黑色素细胞的缺失。研究表明,有3种类型的EDN,即EDN1、EDN2和EDN3，都会刺激由神经嵴细胞向黑色素细胞的分化。大多数通过与EDNRB的反应，实现对黑色素细胞分化的调控[25]。

8 小结

黑色细胞生物学处于在诊所和实验室的交叉点处，是研究的一大热点。大量的色素沉着突变体表型已经被发现，并且色素突变体对于基础基因和发育机制有一定的作用，但是还没有发现一些固定的特征[26]。在黑素细胞生物学中，黑素细胞生成黑色素主要依赖于一些转录因子，包含SOX10、PAX3、Mitf基因等。其中Mitf基因作为主要的转录因子。因此Mitf可以作为黑素瘤的治疗性的靶位点。但是调控Mitf转录因子的还有一些其他的因子，例如干细胞生长因子、MSH、ASP、WNT、HGP、EDN等，这就为由于MITF突变导致的疾病提供可能更多的可以治疗的靶位点[27]。黑色素瘤是常见的皮肤肿瘤,它放化疗的效果差,达卡巴嗪仍是目前晚期黑色素瘤化疗药物治疗中公认的金标准,但有效率仅8%～12%左右(色素瘤的靶向治疗)。随着靶治疗法的进一步发展，希望发现一个新的安全的调控和启动黑素细胞的方式。

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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

国家自然科学基金项目(31402156)；山西省基础研究项目 (2014021028-2)；山西省科技重点研发项目(2015-TN-10)； 山西农业大学青年拔尖创新人才支持计划项目(TYIT201403)；山西省科技攻关项目(20140311021-4)；河北科技师范学院博士科研启动项目

李 园(1993-)，女，山西忻州人，硕士研究生，主要从事生物科学研究。*通讯作者

S852.21

A

1007-5038(2017)02-0079-04