黑素皮质激素受体－１结构和功能

袁　磊　张余光

黑素皮质激素受体属于G蛋白偶联受体（GPCR）超家族中的A类，现共发现有五种黑素皮质激素受体（MC1R～MC5R）。黑素皮质激素受体-1（MC1R）在人类正常黑色素细胞和黑色素瘤细胞中均有表达，在肤色和发色形成中起主要作用。此外，MC1R在培养的正常角质形成细胞、毛细血管内皮细胞中也有表达[1-2]。

1MC1R的结构

人类MC1R基因分别由Chhajlani和Mountjoy两个研究组在1992年克隆出来。MC1R由317氨基酸组成，含有7个跨膜区，N端位于胞外，C端在胞内。

1.1 胞外N端结构特征：多数膜蛋白N末端都含有协同新生蛋白质定位到内质网的信号肽，但是移除MC1R的N末端头部27氨基酸对其定位或在COS细胞中的表达没有影响[1] 。N端氨基酸残基Ser6、Glu269和Thr272的突变会导致与激动剂结合力明显降低，这表明膜外环形结构含有与重要配体结合的位点。MC1R的N端有15NSTP18和29NQTG32两个糖基化氨基酸残基序列[2-3]，N端糖基化有何作用目前还不太明确。靠近N末端和第一个跨膜区含有存在于所有MCR中的Pro残基，该残基突变成Gly或Ala均会使MC1R活性降低[4-5]。

1.2 膜外环区域：膜外环区域的结构和MCR受体的功能完整性有很大关系。MC1R的膜外环都很小，同时所有MCR都有第二个膜外环较短的特点[6-7]。第三个膜外环结构相对较为保守，富含Pro和Cys。Chhajlani [8]等与1996年发现第三个跨膜环上氨基酸残基Glu269和Thr272突变成Ala会导致受体和激动剂结合力下降。氨基酸残基Cys273突变成Gly会使受体功能丧失[6]。

1.3 胞内C端结构特点：C端长度为19个氨基酸，其中6个在现有5种MCR中是相同的。MCR1同其他G蛋白偶联受体类似，胞内部分含有G蛋白结合域和信号传递相关功能区域。这些功能域所包含的Ser和Thr残基的磷酸化会使受体失敏感，具有调节细胞摄取的功能。Sánchez-Más等[9]报道C端最后五个氨基酸缺失将会导致受体功能障碍。这些研究提示MC1R功能与C端的完整性有关。

2MC1R和配体的作用

2.1 阿片-促黑素细胞皮质素原（POMC）是促黑素细胞激素家族前体，这个家族包括α、β、γ-促黑色素细胞激素（MSH）及促肾上腺皮质激素（ACTH）等。人体正常黑色素细胞和角质形成细胞也能够生成POMC中的α-MSH和ACTH[10-11]。MC1R激动剂包括α-MSH和ACTH等，它们与受体结合后通过活化腺苷酸环化酶，提高cAMP水平，从而增加细胞内真黑素的含量[12-13]。此种作用能够被人小眼畸形蛋白调控[14]。人类MC1R和α-MSH亲和力最高，和ACTH也有也相近的亲和力，β-MSH相对较小，γ-MSH亲和力最小[15]。这些研究提示γ-MSH对色素产生没有明显促进作用。α-MSH同时还具有能促进培养的黑色素细胞增殖的能力[16]。因α-MSH或ACTH与MC1R结合后能使MC1R的mRNA表达量增加，从而不出现G蛋白偶联受体长期与激动剂作用而引起的脱敏现象，同时还能够持续进行有丝分裂并形成黑色素 [17]。肤色是由表皮中黑素的产生和分布决定的。表皮黑素单位是一种产生和转运黑素的功能单位，它是由一个黑素细胞和邻近的大约36个角质形成细胞组成的特殊结构，黑素体转运至邻近的角质形成细胞中，分布于角质形成细胞核周，可使表皮和真皮免受紫外线损害。关于黑素生成的过程目前研究较多。在黑素细胞内，含有黑素的黑素体从最初的核周细胞质转移至突起是由微管蛋白以及肌动蛋白组成的运动蛋白介导的，黑素体被角质形成细胞摄取，并分散到细胞浆中，从而决定皮肤肤色。研究发现，细胞骨架成分在促进黑素小体的转移中发挥了重要作用。α-MSH和MC1R结合后能够增加黑素小体生成和黑色素细胞树突生长，并能够诱导细胞支架肌动蛋白丝重构，促进黑素小体传递[18]。

2.2 Agouti信号蛋白（ASP）是MC1R另外一种类型配基。Agouti基因编码Agouti信号蛋白，人、狐狸、猪、绵羊等的Agouti基因相继被发现[19-20]。不同物种的Agouti基因及Agouti信号蛋白有较高的同源性。人的Agouti基因位于染色体20ql1.2区，编码ASP。ASP由132个氨基酸构成。人与鼠的Agouti基因同源性可高达85％,Agouti信号蛋白同源性更高达89％[19]。ASP能够竞争抑制α-MSH与受体的结合，从而起到MC1R抑制剂作用。Suzuki等[21]在1997年发现ASP具有完全抑制α-MSH促进黑色素细胞有丝分裂和黑色素生成的作用，并且明显抑制了酪氨酸酶相关蛋白-1(TRP-1)的表达。体外黑素细胞培养实验证实，加入ASP可拮抗α-MSH，抑制黑素细胞内的cAMP水平升高、抑制TRP-1和TRP-2的表达，使黑素细胞从合成真黑素转向合成褐黑素[22]。在体外培养人和鼠的黑素细胞时，发现ASP通过与MCR1结合，拮抗α-MSH的信号传导，使cAMP生成下降，几乎完全抑制TRP-1和TRP-2的表达，但仅轻微抑制TYR的活性。这些研究表示ASP可以抑制真黑素和诱导褐黑素的生成，MC1R可能在真黑素和褐黑素生成过程中起关键作用。

3MC1R和UVA相互作用

3.1 黑色素存在于人的表皮细胞中，影响着人的肤色。不同人种由于遗传基因不同，表皮中的黑色素含量不尽相同而呈现不同肤色特征。黑色素在对抗UVR所导致的光老化和致癌效应中起极其重要的保护作用。

3.2 Pawelek等在1992年发现了黑色素细胞上的MSH受体是UVR的感受器。小鼠黑色素瘤Cloudman细胞经过UVR照射后，α-MSH和其受体的结合协同能力增强，同时MSH受体表达也增加[23]。从而说明MSH受体和阿片-促黑素细胞皮质原来源的肽类在UVR引起的生物效应中起关键的调控作用。为证实MC1R在此过程中的作用，国外学者用UVR分别在有α-MSH和无α-MSH存在条件下对黑色素细胞进行照射。结果发现在无α-MSH的培养条件下，UVR可抑制酪氨酸酶活性 [24]。只有在α-MSH或者其他cAMP诱导物存在时才能出现UVR所导致的酪氨酸酶活性升高的现象。实验中还发现无α-MSH或其他cAMP诱导物时酪氨酸酶的含量明显下降，有α-MSH存在时则相反。值得注意的是UVR会导致黑色素细胞停滞在细胞胞分裂周期的G1期，抑制细胞增殖。若加入α-MSH则能够使部分黑色素细胞克服UVR生长抑制作用，进入S期。但是这种作用是否是由于修复了UVR所导致的DNA损伤而引起尚待进一步探索。

3.3 UVR能够使构成人表皮黑色素单位的角质形成细胞分泌IL-1增加，而IL-1能促进角质形成细胞合成内皮素-1、α-MSH、ACTH并可促进黑色素细胞合成ATCH[25]。这四种因子又都可以提高MC1R的mRNA的表达水平。这些研究提示UVR作用在表皮后诱导相关细胞因子生成，这些细胞因子通过旁分泌和自分泌途径调控MC1R的表达。表皮黑色素细胞膜上的MC1R活化后促进黑色素合成，从而抵抗光线的损伤作用。

4MC1R和皮肤癌

皮肤癌是最常见的癌症之一，可发生于身体的任何部位。大约80％发生于面部、头部和颈部，引起受累部位的畸形及其他病损。皮肤癌的病因包括过度紫外线照射，基因变异和遗传因素等。皮肤类型属于Ⅰ型或Ⅱ型的个体表皮总黑色素含量较低，Ⅴ或Ⅵ表皮黑色素含量高并且真黑素/褐黑素比例高。前两者不容易晒黑但皮肤癌的患病率较高，这种现象可能与表皮中真黑素的光保护作用有关。MC1R和皮肤颜色、类型有关，同时MC1R基因存在多型性，它也有可能与皮肤癌存在一定的关系。Valverde等[26]研究提出黑色素瘤病人的MC1R存在某些变异，同时发现Asp84Glu的变异与人黑色素瘤有关。1998年Smith等[27]发现皮肤非黑色素癌与MC1R的等位基因有关。MC1R基因的变异与表皮黑色素瘤产生有很大的相关性，不过此种关联很大程度上取决于肤色和发色，但并不是所有的变异都会导致金发或红色头发的形成[28]，Asp84Glu、Arg142His、Arg151Cys、Arg160Trp、His260Pro和Asp294His的变异与金发和红发的形成有很大的相关性，而Val60Leu、Val92Met和Arg163Gln的变异与发色变化相关性很小。目前随相关领域深入研究，不断有许多新的研究发现。2002年Davies等 [29]发现约66%恶性黑色素瘤中BRAF存在错义突变。进一步研究表明同时存在MC1R和BRAF两种基因突变与黑色素瘤形成的相关性更高。在一项针对意大利人和美国人总体做的研究表明MC1R变异会使BRAF基因变异的黑色素瘤发生恶变的可能性增加[30]。MC1R相关作用机制还不是完全清楚，需要进行更多研究去弄清内在关联。

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[收稿日期]2008-10-14[修回日期]2008-12-23

编辑/张惠娟