黑素细胞自噬研究进展

聂慧琼，王平

[安徽医科大学杭州临床学院（杭州市第三人民医院），杭州310009]

黑素细胞是人类皮肤重要组成细胞，司职黑素形成与代谢。皮肤黑素代谢是非常复杂而精细的过程，其参与的调节分子和信号传导通路较多，相互影响。最近研究发现，自噬在黑素代谢过程中起着重要作用，参与调控黑素小体形成、成熟及破坏过程。笔者对自噬在黑素代谢中的作用，及自噬与色素性疾病和黑素瘤的关系进行综述。

1 黑素细胞自噬及其调控机制

自噬是指膜包裹部分胞质和细胞内需降解的细胞器、蛋白质等形成自噬体（Autophagosome），并与内涵体（Endosome） 形成所谓的自噬内涵体（Amphisomes），最后与溶酶体融合形成自噬溶酶体（Autophagolysosome），降解其所包裹的内容物[1]。比利时科学家Christian de Duve 在上世纪50 年代通过电镜观察到自噬结构，并于1963 年首次提出了“自噬”这一概念。根据细胞物质运送到溶酶体内的途径不同，自噬可分为微自噬、巨自噬和分子伴侣介导自噬，通常我们所说的自噬是指巨自噬。目前普遍认为自噬是一种防御和应激调控机制，正常量的自噬水平降解受损和老化的细胞器从而对细胞稳态起到重要作用，但过多或过少的自噬都对细胞有害。

黑素小体作为一种溶酶体相关细胞器，在黑素细胞中发挥黑素合成、储存及转运的重要作用[2]。越来越多的研究表明，自噬在黑素小体生成过程中起着关键作用。全基因组RNAi 研究发现3 个自噬调控因子MAP1LC3C、WIPI1 和GPSM1 是黑素合成的新调控因子。敲除自噬相关基因MAP1LC3C、BECN1 后可导致黑素生成减少，而免疫荧光检测还发现，自噬小体和黑素小体标记物有重叠部分[3]。慢性抑制WIPI1，黑素小体数量增加，提示自噬可调控黑素小体合成[4]。

1.1 黑素细胞自噬与黑素生成

1.1.1 黑素细胞自噬基因 自噬相关基因（autophagy-Aelatedgene,ATG）的克隆始于酵母，参与自噬调控过程。研究显示，敲除黑素细胞关键的自噬基因，特别是WIPI，BECN1 和mTOR，将导致黑素增加。

WIPI1 是调控自噬小体代谢更新的自噬相关基因，在酵母中同源Atg18。Genesan 等[3]通过对WIPI1基因进行过表达和RNA 干扰技术，在黑素瘤细胞株MNT-1 和正常黑素细胞中发现，WIPI1 可调控黑素细胞核心转录因子——小眼畸形相关转录因子（MITF）和黑素合成关键酶——酪氨酸酶的转录。而另有研究发现[4]，敲除mTOR 或药物性抑制TORC1活性可导致MITF 转录活性增加；而敲除WIPI1 后，TORC1、GSK3b 激活，TORC2 抑制，从而加速β 连环蛋白（MITF 的关键调节因子）的降解，增强MITF 转录。这些研究表明，WIPI1 通过调控mTOR 的活性而调节MITF 和酪氨酸酶的转录。

WIPI1 和mTOR 不仅在黑素小体的基因转录过程中起作用，对黑素小体本身的形成也有重要作用。在WIPI1 基因功能抑制的黑素细胞中，可见一些类Ⅰ期黑素小体的单层膜囊泡，且自噬相关基因P62、LC3-Ⅱ也随之增加，其中P62、LC3-Ⅱ参与Ⅰ期黑素小体形成。同样，mTOR 抑制后，成熟（Ⅲ、Ⅳ期）黑素体生成增多[5-6]，同时P62 减少而LC3-Ⅱ增加，提示成熟黑素小体不含P62[4]。此外，自噬相关基因Becn1 功能抑制，黑素及黑素小体的形成减少，但不影响MITF 和酪氨酸酶的转录，提示Becn1只影响黑素形成而不影响黑素形成关键分子的转录[4]。

1.1.2 黑素细胞自噬相关蛋白复合物 关于黑素细胞自噬相关蛋白复合物的研究不多，其具体作用机制也尚不明了。Bodemann 等[7]研究发现，饥饿条件下，Exo84 复合物（激发自噬）和Sec5 复合物（抑制自噬）将重新分配。诱导慢性抑制mTOR 可显著加速Exo84 复合物形成，而快速抑制mTOR 却不引起Sec5 的分解，说明短暂和缓慢抑制mTOR 对自噬的激发有不同的作用机制。

在黑素细胞中，短暂抑制mTOR 活性可加速黑素小体成熟，而饥饿刺激不能有类似作用，表明Exo84 复合物不参与黑素生成过程，黑素小体的生成可能由Sec5 调控。

1.1.3 黑素细胞自噬小体 自噬小体或类自噬小体中间产物在黑素小体形成过程中发挥作用。敲除黑素细胞自噬相关基因ESCRT-Ⅰ将导致来源于内涵小体膜的类自噬小体结构中酪氨酸酶相关蛋白TPR-1 和MART-1 增多[8]，提示类自噬小体结构可能调节这些蛋白转运；药物性抑制自噬小体代谢更新，将抑制色素生成[9]。有研究发现，在自噬复合物循环障碍的小鼠[10]，以及基因突变导致自噬小体形成障碍的人类疾病如结节性硬化症中[11]，黑素小体的数量减少，这些研究均支持自噬小体参与黑素小体形成的假说。

1．2 黑素细胞自噬与黑素降解

自噬除了在黑素生成中有重要作用，其在黑素降解中也同样发挥重要作用。

Herman-Pudlak 综合征1 型（HPS1）是一种常染色体隐形遗传性疾病，由HPS1 基因突变引起，是一种黑素小体生成障碍性疾病。Smith 等[12]在HPS1 的黑素细胞中发现许多自噬小体，提示自噬可能选择性清除缺陷性自噬小体。Monobenzone 诱导T 细胞攻击黑素细胞后，导致自噬小体吞噬黑素小体[13]。在人类及啮齿动物的黑素瘤细胞中，发现自噬小体中包含预成型的黑素小体[14]。这些研究提示，自噬作用可能有助于清除缺陷性黑素小体。

2 黑素细胞自噬与色素性皮肤病

很早之前就有学者观察到黑素细胞疾病中存在吞噬细胞的结构，近年来的研究发现，自噬与色素性疾病存在紧密关系。

在色素脱失性疾病中，Jeong 等[15]对225 名非节段性白癜风患者（Non-segmental vitiligo，NSV）和439名健康对照组进行单核苷酸多态性（SNP）研究，从中选出UVRAG 的5 个SNPs 进行分析，其中两个SNPs（rs1458836, rs7933235）在试验组和对照组存在基因型差异，这两个SNPs 位于连锁不平衡（LD）区。此外，UVRAG 多态性的单体型和NSV 密切相关。他们推测，UVRAG 可能和NSV 易感性相关。伊藤色素减少症（Hypomelanosis of Ito）是以涡轮状色素脱失皮损为特征的遗传性疾病。Devillers 等[16]对色素脱失区和其周围正常肤色区的细胞进行活检，通过电镜观察发现，黑素细胞中可发现许多功能和结构异常的不成熟黑素小体，这些异常的黑素小体在基底层的角质形成细胞中被自噬小体吞噬。Hermansky-Pudlak 综合征1 型（HPS1）是一种常染色体隐性遗传疾病，患者具有皮肤、眼睛和毛发的色素脱失，研究者通过免疫组化及电镜观察，发现其黑素细胞膜上有自噬现象[11]。而在药物性色素脱失疾病中，Monobenzone 诱导T 细胞攻击黑素细胞，导致自噬体吞噬黑素小体[10]。

色素增多性皮肤病中，也可观察到自噬现象。在20 世纪80 年代初，有学者发现在痣细胞瘤、单纯性黑子的囊泡中吞噬了大量变暗的黑素复合物——自噬体，同时细胞呈现出衰老的状态[17]。Hirone等[18]人发现，在单纯型雀斑中，电镜下可在黑素细胞和角质层细胞中发现色素大颗粒，这种物质由黑素细胞自噬介导生成。

这些研究表明自噬在色素性皮肤病中发挥重要作用，自噬对于黑素累积或减少的具体作用机制有待进一步阐明。

3 自噬与黑素细胞肿瘤

自噬与肿瘤之间的关系是复杂的，自噬究竟是抑制还是促进肿瘤的发生、发展仍尚无定论[19]。自噬在肿瘤中的意义是当今国际上研究的热点，而黑素瘤更是研究的重点之一。很早之前就有学者通过电镜观察到黑素瘤细胞中存在自噬样结构。但关于自噬对黑素瘤的具体作用机制尚不清楚。

Lazova 等[20]对正常皮肤和12 例表皮播散型皮肤黑素瘤组织进行了免疫组化研究，发现LC3B 抗体在正常的黑素细胞无染色，在黑素瘤细胞中，可发现LC3B 抗体染色阳性。推测黑素瘤细胞通过自噬获得营养供应而取得生存优势，抑制黑素瘤细胞自噬，切断肿瘤细胞能量来源，可能作为治疗黑素瘤的一种有效方法。有学者用电镜对12 例接受黑素瘤药物替莫唑胺（Temozolomide） 和索拉非尼（Sorafenib）治疗的Ⅱ期临床试验的Ⅳ期黑素瘤患者的组织进行观察，发现自噬指数越高的患者，其生存期和对药物治疗的敏感性越低，提示自噬作用有助于肿瘤的存活；他们还发现，在培养的黑素瘤细胞的小鼠移植瘤实验中，如果肿瘤细胞的自噬水平高，则其致瘤性和侵袭性明显增加。

然而也有学者发现，自噬的发生与黑素瘤的抑癌作用有关。Miracco 等[21]对149 例黑素细胞病变（包括痣细胞痣、发育不良痣、水平生长阶段的黑素瘤、垂直生长阶段的黑素瘤及转移性黑素瘤）组织进行了免疫组化研究，结果显示，良性痣细胞痣、86．6%的发育不良痣、54.6%的放射生长阶段的黑素瘤、54.3%的垂直生长阶段的黑素瘤及26．7%转移性黑素瘤中，beclin1 抗体在细胞质中呈阳性表达，且在黑素瘤标本中，表达具异质性。Beclin1 随着肿瘤进展程度而表达降低。在53.3%的转移性黑素瘤中，LC3-II 抗体在细胞质中呈低强度表达，且其表达强度和病变厚度、溃疡及细胞分裂速度呈负相关关系。另外，此研究还在部分有代表性的病例中使用免疫蛋白印迹和mRNA 核酸表达检测方法，结果佐证了免疫组化检测结果显示出的趋势。

4 展望

黑素代谢机制尚不清楚，且涉及因素繁多。自噬作为其可能的代谢机制之一，研究黑素细胞自噬及其调节的机制，具有重要的理论价值和现实意义。但黑素细胞自噬的信号转导及其对黑素细胞生存影响的了解还处于起步阶段。在今后的研究中,随着基因技术、自噬检测技术、自噬分子调节机制等的不断深入和完善，对黑素细胞性疾病的发病机制研究能有突破性进展，为临床治疗提供新的思路和方法。

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