异位表达受体蛋白在皮肤病中的研究进展

邱勰，雷铁池

(武汉大学人民医院皮肤科，武汉 430060)

皮肤作为人体最大的器官，与外界各种刺激直接接触，不仅能够保护身体免受外界刺激(如温度、机械刺激和化学刺激)的损伤，也能避免过量水分损失，且表皮细胞在各种管腔黏膜表面互相移行，有助于维持人体内环境稳态[1]。此外，皮肤还具备感知外界环境信息的能力，表皮角质形成细胞和黑素细胞等皮肤组成细胞能够表达多种不同受体，如瞬时电位受体、ATP受体、趋化因子等，这些受体因子激活相关信号通路，有助于皮肤表面对刺激产生生理效应[2]。

人体中广泛存在许多异位表达的受体和蛋白，角质细胞、黑素细胞以及毛囊等皮肤组织和细胞中存在各种异位表达的受体和蛋白，如嗅觉受体(olfactory receptors，ORs)和视蛋白(opsin，OPN)等，其不同亚型对各种化学刺激产生相应的生理效应。皮肤科常见疾病(如银屑病、白癜风、斑秃和黑素细胞瘤)与异位受体和蛋白紧密联系[3]。且活化的异位受体蛋白与人体其他器官(如肠道、肝、胆[4]、心脏[5])、神经[6]和肿瘤亦存在密切联系。研究异位表达受体和蛋白的研究对皮肤病诊治以及其他皮肤表达的异位受体蛋白的发现有一定的参考价值。因此，现就有关异位ORs和OPN在皮肤中表达、功能及其与皮肤相关疾病关联的研究进展予以综述。

1 异位受体蛋白在皮肤中的表达

人体多数器官中存在异位受体蛋白的表达，通常特定组织中的异位受体蛋白具有信号转导等功能，但有研究发现，部分受体蛋白能够在体内其他组织中表达，并参与皮肤、胃肠道、心脏等器官的生理或病理功能[4]，且不同受体蛋白的结构和功能不同。ORs和OPN表达的种类和分布成为近年研究热点。哺乳动物的嗅觉系统可以识别和区分不同的气味分子。在分子的生化角度，气味配体与嗅觉感觉神经元上特定受体的结合使得不同气味分子能够被感觉器官识别，如已知的ORs中，OR2AT4的配体是人工合成的檀香木[7]、OR51E2的特异性配体为紫罗酮[8]、OR2A4/7受水杨酸环乙酯的特异性激活[9]、OR51B5能够与异壬醇分子特异性结合[9]，OR10G7则可被苯乙酮和丁香酚两种配体激活[10]。在分子水平上，Buck和Axel[11]首次克隆并鉴定了一个庞大的多基因家族，该基因家族编码7个跨膜结构域蛋白，被命名为ORs基因超家族，仅在嗅觉上皮表达ORs，在气味识别过程中起重要作用。研究证明，ORs基因[12]在进化过程中出现了不同程度的假基因化，即出现与正常基因相似，但丧失正常功能的DNA序列[13]。ORs基因在人类基因组中具有多 样性，揭示了不同的人嗅觉灵敏度的差异[4]。在迁移的神经细胞、平滑肌和血管内皮、心内膜细胞、神经上皮以及眼组织内均存在ORs的异位表达。皮肤作为身体最外层的屏障，暴露于多种环境因素，皮肤细胞(如角质形成细胞、黑素细胞及树突状细胞中)也存在不同功能的ORs，并受到相应的激动剂调节，参与一系列生物反应[7]。

OPN是七肽G蛋白偶联受体超家族的光敏感成员，也是一个细胞表面受体的大家族，可被多种刺激激活并介导跨生物膜的信号[14]。根据OPN是否直接参与视觉成像可分为视觉系统OPN和非视觉系统OPN，非视觉系统OPN包括与昼夜节律相关的OPN[15]。视色素包括视紫红质(OPN2)和视锥OPN(OPN1)，这两类OPN在视网膜的视杆细胞和视锥细胞中表达，分别介导昏暗的光线和色觉[16]。除经典的视觉OPN外，还有许多其他功能性OPN，包括脑OPN(OPN3)、黑素OPN(OPN4)和神经蛋白酶(OPN5)[17]。随着对OPN认识的逐渐深入，发现除眼内的视网膜神经节细胞、色素上皮细胞、虹膜组织等外，OPN还分布于脑内、皮肤组织等眼外组织[18]，其中部分OPN参与影响生物昼夜节律，部分OPN与光照引发的皮肤损伤相关，但OPN对人体其他器官的影响及其机制仍需进一步研究[19]。

1.1异位受体蛋白在角质形成细胞中的异位表达 角质形成细胞是表皮层的主要细胞类型，能够表达各种不同的感觉受体，以应对各种环境刺激并及时处理皮肤中的信息。Busse等[7]克隆并在功能上表达了皮肤ORs——OR2AT4，并确定将檀香木(一种合成的檀香加味剂)作为该受体的激动剂。在体外伤口划痕试验中，用人工合成的檀香香料长期刺激角质形成细胞能够对细胞增殖和迁移以及单层角质形成细胞的再生有积极影响，表明OR2AT4参与了人类伤口愈合过程中角质形成细胞重新上皮化的过程[7]。

在培养的人角质形成细胞中，OR2A4/7和OR51B5的作用可能与OR2AT4类似，其生理作用分别受水杨酸环乙酯和异壬醇的激动调节，并常被作为化妆品的增香剂[9]。OR2A4/7和OR51B5均可表达于皮肤基底上的角质形成细胞中，但在皮肤基底层中仅可检测到OR2A4/7的表达，其中OR2A4/7可能在角质细胞增殖中起重要作用，OR51B5能够显著提高单层原代角质形成细胞的再生速率，促进p38促分裂原活化的蛋白激酶、热激蛋白27和AMP活化蛋白激酶α1磷酸化，并降低蛋白激酶B磷酸化，引起白细胞介素-6分泌，证明角质形成细胞可通过被不同ORs激活而进行不同方式的调节，这可能提示了促进伤口修复的新方法。

从人表皮细胞的角质形成细胞中能够分离出5个不同水平的视蛋白，分别为OPN1-SW、OPN2、OPN3、OPN4和OPN5，这些OPN可能通过帮助吸收可见光中较短波长的光来诱导生理反应[20]。与其他OPN相比，OPN3的含量更高，表明它在皮肤色素沉着中的作用可能较大[21]。特异性OPN2可在表达角蛋白14的基底层角质形成细胞中表达[22]。

1.2异位受体蛋白在毛囊中的表达 毛囊外根鞘细胞是皮肤中毛囊的重要组成成分，具有良好的增殖分化能力，其中存在OR2AT4的异位表达，且经人工檀香活化后，OR2AT4可以抑制毛囊角质形成细胞的凋亡[23]，由此推测，ORs(如OR2AT4)可能因化学刺激特异性激动而诱发生理效应，从而维持毛发生长，表明OR2AT4可能是脱发治疗的靶向目标。

毛囊细胞中OPN的表达也引起了人们的关注。关于小鼠昼夜节律的实验研究发现，小鼠表皮毛囊细胞中的黑素细胞前体细胞有表达光色素神经素(OPN5)的功能[24]。在临床上，光生物调节疗法对毛发生长有积极的影响[25]，而在光生物调节疗法领域，对毛囊细胞中OPN的研究可能对光子能量信号被细胞接收的证据研究有帮助。蓝光(中心波长453 nm、剂量3.2 J/cm2)照射可显著延长离体毛囊的生长期[22]，这可能与光处理后毛囊细胞的持续增殖相关。OPN3在生长期毛囊中表达，沉默毛囊外根鞘细胞中的OPN3基因后，参与控制毛囊增殖和凋亡的基因表达受到影响[22]，且蓝光照射对离体毛囊生长期延长的效果受到抑制。

1.3异位受体蛋白在黑素细胞中的表达 黑素细胞是一类存在于皮肤内的特殊细胞，能够产生黑色素，并传递给周围的角质形成细胞，从而为人类提供应对紫外线的光保护机制。在人类表皮黑素细胞中，OR51E2的配体为紫罗酮[8]。OR51E2的活化提高了胞质Ca2+和环腺苷酸水平，从而介导了黑色素合成增加，并抑制了黑素细胞增殖，这为治疗色素性疾病提供了新思路。

OPN3通过降低黑皮质素1受体介导的环腺苷酸水平调节黑色素[26]，但OPN3未吸收任何波长的光，表明OPN3不直接介导黑素细胞中的光传导，其可能通过结合视黄醛(维生素A的一种形式)起作用，亦可能由于OPN3所吸收的波长范围不容易测量，故仍需进一步研究。目前，光刺激OPN3调节的钙依赖性小眼症相关转录因子(microphtalmia-associated transcription factor，MITF)激活是最可能的途径，从而增加黑色素的表达，并引起黑色素生成酶的聚集[27]，这些过程可能导致适应性的皮肤色素过度沉着。

太阳光照射皮肤后，皮肤会产生一系列的应激反应，但紫外线辐射仅占太阳光谱的2%～5%，可见光几乎占太阳光谱的50%。深色皮肤的健康志愿者对可见光尤其是415 nm波长的辐射(蓝紫色光，在此称为蓝光)有反应，但对红光(630 nm)没反应[21]。此外，黑色素细胞受到蓝光照射刺激后，OPN3的转录水平没有变化，但若抑制OPN3表达，则MITF激活降低，进而MITF诱导的黑色素生成基因的表达降低，表明OPN3对蓝光照射的反应并不促进黑色素产生，而是维持皮肤中黑色素的正常表达水平。

2 异位受体蛋白在临床皮肤病中的作用

多数临床皮肤疾病的发生与多方面因素相关，其中物理和化学刺激是常见的诱发因素，异位受体蛋白作为能够被各种外界刺激特异性激活的因子，能够参与各项病理进程。异位受体蛋白(如ORs)可能参与皮肤病(银屑病、过敏性皮肤病、光损伤等)的急慢性炎症反应，还能抑制或促进肿瘤[4]；OPN则在创伤愈合[28]、光损伤修复[29]以及恶性黑素瘤治疗[30]等方面有重要作用。

2.1异位受体蛋白与炎症性皮肤病 银屑病是一种慢性炎症性皮肤病，病程较长，临床表现以红斑、鳞屑为主，全身均可发病，常发生于皮损处，并伴随皮损部位的微血管增生等病理改变。与正常皮肤相比，寻常型银屑病患者皮损处多种ORs的表达下调，OR1J1表达上调，提示OR1J1可能是银屑病治疗的新的靶点；此外，OR10J5能够参与调控小血管的生成，可能与银屑病的微血管增生异常有一定关系[31]。

特应性皮炎是一种慢性、复发性、炎症性皮肤病，以皮肤干燥、剧烈瘙痒和湿疹样皮炎为主要临床表现。与健康对照者相比，特应性皮炎患者的未分化角质形成细胞中的OR10G7表达水平明显升高[32]，角质形成细胞介导化学感知的痛觉通路可能影响皮肤内神经细胞和中枢神经系统之间的冲动传导[10]，故推测OR10G7可能受苯乙酮和丁香酚配体激动后参与了皮肤的应激反应[10]，而苯乙酮和丁香酚是化妆品和家用产品的常见成分，该成分与皮肤接触，可能是接触致敏和Ⅰ型超敏反应的变应原，提示异位ORs可能参与了过敏性炎症的发生，并介导了疼痛及瘙痒发生的神经通路。

创伤愈合指皮肤受外力作用，皮肤组织断裂缺损后的修复过程，该过程涉及一系列炎症反应。在离体人皮肤创伤愈合模型中发现，OPN在人皮肤的表皮、真皮及创伤后新生表皮中均有表达[28]。在毛囊细胞中，OPN3存在一定表达，且其表达受蓝光调节[22]，同时创伤上皮中OPN3表达的增加可能由蓝光刺激伤口愈合的机制引发，而OPN受体的表达受蓝光照射的影响而导致其引发的氧化应激反应的破坏。同时，低水平的蓝光不会影响上皮细胞的迁移或增殖，但会刺激角质细胞分化，OPN3的敲除导致蓝光照射后角质形成细胞早期分化减少，提示OPN3可能是屏障修复功能所必需的因素。

光损伤是紫外线引起的皮肤炎症表现，在人表皮黑素细胞中，长期暴露于紫外线(主要是UVA)环境会引起人体皮肤成纤维细胞中基质金属蛋白酶(matrix metalloproteinase，MMP)表达增加，尤其是MMP-1、MMP-2、MMP-3和MMP-9。MMPs可降解纤维结缔组织，导致皮肤光老化甚至光损伤。在UVA剂量上调的环境下，OPN3通过钙依赖性G蛋白偶联信号转导通路上调人成纤维细胞中MMP-1、MMP-2、MMP-3和MMP-9的表达[33]，为临床靶向改善皮肤光老化提供了新思路。

2.2异位受体蛋白与皮肤肿瘤 一些ORs基因在不同肿瘤类型的不同细胞系中高表达，如OR4A47、OR1D5、OR4C46和OR6B2，也有部分ORs主要在单一肿瘤类型中表达，如仅在B细胞恶性肿瘤和黑色素瘤中表达的OR13A1和OR2C3[34]。探究OR2C3仅在黑素瘤中表达的机制可能有助于制订新的黑色素瘤治疗方案。应用人工合成檀香气味剂可降低小鼠局部皮肤肿瘤的发生率，减少紫外线诱导的肿瘤异型性[35]。

恶性黑色素瘤对常规治疗(包括放疗和化疗)的耐药性严重影响恶性黑色素瘤的疗效，因此寻找一种高效、靶向的治疗新药物极为重要。蓝光照射通过OPN3光感受器途径诱导自噬来抑制结肠癌细胞的生长[30]。此外，免疫组织化学显示，OPN3蛋白在肿瘤组织中高表达，蓝光照射还能够通过线粒体介导的信号通路诱导凋亡，该信号通路抑制了早期黑色素瘤的生长，参考OPN3光感受器途径在结肠癌中的作用，推测其在黑素瘤中起重要作用[30]。

3 小 结

异位受体蛋白(ORs和OPN等)广泛存在于皮肤组织的各类细胞中，能够调节皮肤的各种生理过程，包括伤口愈合、黑色素生成、光老化和毛发生长[26,28]，在临床常见皮肤科疾病中起到一定作用，但目前的研究结果仍需要进一步研究的验证。由于非药物疗法具有低成本和副作用小的优点，其临床应用逐渐广泛。异位受体蛋白在调节皮肤生理病理过程中的潜在机制对于寻找新的皮肤科非药物治疗方法至关重要，同时也是研发皮肤病新的靶向药物的理论基础。