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黑色素從黑色素細胞到角質形成細胞的歷程：揭示黑色素轉移和加工的分子機制摘要皮膚色素沉著能夠有效保護皮膚免受紫外線傷害，這一過程依賴于黑色素，黑色素由表皮中的黑素細胞產生并轉移到周圍的角質細胞中。目前，黑素細胞中黑色素合成和轉運的分子機制已經得到了很好的闡明，但關于黑色素在角質細胞中的轉運和處理過程卻知之甚少。在過去的幾十年里，人們提出了不同的模型來解釋黑色素在細胞和分子水平上的轉運過程。然而，這仍然是一個有爭議的話題，因為已經提出了多達四種不同的模型，并且每種模型都有支持其觀點的證據。本文綜述了當前關于黑色素胞吐、內化、處理和極化的調控知識。針對不同的轉運模型，我們討論了它們如何在不同條件下（如組成性皮膚色素沉著和適應性皮膚色素沉著，或生理和病理條件）共存以調節(jié)皮膚色素沉著。此外，我們還討論了最近的證據，這些證據揭示了黑素細胞對黑色素胞吐的調控、角質細胞對黑色素的內化，以及黑色素如何在這些細胞內的一個我們提議命名為“黑素角質溶酶體”的隔室中儲存。最后，我們回顧了關于黑素角質溶酶體在角質細胞核上方定位的分子機制的最新進展，這些黑色素-角蛋白體形成了核上帽，保護核DNA免受紫外線輻射。因此，我們全面概述了當前關于調節(jié)皮膚色素沉著的分子機制的知識，從黑素細胞中的黑色素胞吐到角質細胞中的內化，再到角質細胞內的處理和極化。對這些分子機制的深入了解將闡明該領域長期存在的關鍵問題，這些問題對于理解皮膚色素沉著至關重要，并且可以揭示細胞器生物學的基本知識。最終，這一知識可以推動新型治療策略的發(fā)展，用于治療給患者和全球衛(wèi)生保健系統(tǒng)帶來沉重社會經濟負擔的色素沉著不足或色素沉著過度障礙，以及化妝品應用。關鍵詞:黑色素;黑素細胞;角化細胞;黑素體;黑素核;黑素角質溶酶體;黑色素轉移;黑色素加工;黑色素極化引言皮膚是人體最大的器官，在水平衡、體溫調節(jié)以及防止外來物質和紫外線（UV）輻射方面發(fā)揮著基礎性作用。皮膚的表層——表皮——主要由角質細胞構成，這些細胞占該層細胞的80%以上。角質細胞根據其分化狀態(tài)分為五個不同的層：基底層、棘層、顆粒層、透明層（僅在厚皮膚中可見）和角質層。表皮還含有黑素細胞，這些細胞是胚胎發(fā)育期間由神經嵴分化而來的特殊細胞。黑素細胞分散在整個基底層中，并可以伸出樹突與多達40個角質細胞接觸，形成“表皮-黑素單元”（圖1A）。黑素細胞的功能是合成色素黑色素，然后將其轉移到角質細胞中。黑色素有兩種類型：黑色/棕色的真黑素和黃色/紅色的褐黑素。這些黑色素在黑素細胞內的黑色素體中合成，黑色素體是溶酶體相關細胞器（LROs），因為它們是由內體衍生而來，含有溶酶體標記物，并且在其生物發(fā)生的早期階段是酸性的。黑色素體表現出四種不同的成熟階段：在I期和II期，它們是無色的，最初類似于多泡核內體。雖然褐黑素體保持球形，但真黑素體由于前黑素體蛋白（PMEL）的內部纖維核化而呈橢圓形。真黑素合成所需的黑色素生成酶，包括酪氨酸酶和酪氨酸酶相關蛋白（TYRP1/2），被募集到III期黑色素體中，黑色素開始逐漸沉積在PMEL纖維上，直到黑色素體完全著色（IV期）。成熟的黑色素體在黑素細胞樹突中積累，然后轉移到角質細胞中。被角質細胞內化后，黑色素被處理，即轉運，然后積聚在核上區(qū)，在那里發(fā)揮其保護這些細胞DNA免受紫外線輻射的功能。因此，皮膚色素沉著是由多個過程共同作用的結果，這些過程包括黑素細胞中的黑色素合成、從黑素細胞轉移到角質細胞以及角質細胞內的處理。目前，黑素細胞內黑色素合成和轉運的分子機制已經得到了很好的闡述，但黑色素轉運的機制仍存在爭議且研究不足。此外，只有少數研究探討了角質細胞內黑色素的處理過程，還有許多未解之謎。在本文中，我們討論了當前關于黑色素轉運和處理機制的知識和研究重點。這些知識對于理解皮膚色素沉著的維持至關重要，并可能為色素紊亂性疾病的治療以及化妝品應用提供治療策略。圖1.不同皮膚類型中黑色素在表皮的分布以及在角質細胞內的組織方式。(A)黑色素在表皮中的分散是通過形成表皮-黑色素單元來實現的。無論皮膚類型如何（由編號的圓圈表示，并從I型——較淺/較亮的皮膚類型——到VI型——較深/較暗的皮膚類型進行標記），黑色素在基底層中的積累都更高。然而，在較淺的皮膚類型（淺色皮膚）中，基底層中黑色素的濃度較低，而在較深的皮膚類型（深色皮膚）中，基底層中黑色素的濃度較高，且緊鄰基底層上方的細胞層中也存在黑色素。(B)來自不同皮膚類型的角質細胞內黑色素的組織方式不同。在較淺的皮膚類型中，黑色素主要儲存在單個膜細胞器內的幾個黑色素顆粒簇中，而在較深的皮膚類型中，黑色素則顯著地以單個顆粒的形式儲存在單個膜細胞器內。黑色素轉運模型黑色素必須轉移到角質細胞中，才能在這些細胞中發(fā)揮其光保護功能。自20世紀60年代首次觀察到黑色素從黑素細胞轉移到上皮細胞（角質細胞）以來，關于黑色素轉移的過程一直是一個有爭議的話題。盡管其中一些可能是同一機制的變體，但已經提出了多達四種模型來解釋黑色素如何從黑素細胞轉移到角質細胞：（I）角質細胞通過細胞噬作用吞噬含有黑色素體的黑素細胞樹突尖端；（II）角質細胞和黑素細胞之間的膜融合以及黑色素體的直接轉移；（III）黑素細胞脫落裝載有黑色素體的顆粒，隨后被角質細胞吞噬；（IV）黑素細胞通過胞吐作用釋放黑色素核心，隨后被角質細胞吞噬（圖2）。以下是這些模型的簡要總結：(1)角質細胞對黑素細胞樹突的細胞吞噬作用這種轉移模式是在通過電子顯微鏡（EM）觀察到體外角質細胞內的黑素細胞樹突尖端后首次提出的。該過程可以分為四個步驟：首先，黑素細胞的樹突尖端與角質細胞的質膜接觸，隨后被其吞噬；其次，黑素細胞的樹突尖端被切斷，形成一個充滿黑色素體的細胞質囊泡；第三步，黑色素所在的區(qū)域（理論上由三個不同來源的膜所包圍——最內層是黑色素體的膜，以及黑素細胞和角質細胞的質膜）與溶酶體融合，形成吞噬溶酶體。這導致管腔膜的降解。最后，吞噬溶酶體分裂成更小的囊泡，其中包含分散在細胞質中的黑色素顆粒聚集體或單個黑色素顆粒。這一過程揭示了黑色素從黑素細胞向角質細胞轉移的一種可能機制，其中涉及細胞間的直接接觸、膜融合以及后續(xù)的降解和再分配。(2)黑素細胞和角質形成細胞膜的融合。該模型假設黑素細胞和角質細胞的質膜融合，從而在相鄰細胞的細胞質之間形成一個通道（如絲狀偽足或納米管），黑色素體通過這些通道進行運輸。與細胞噬作用模型一樣，角質細胞接收的是膜結合的黑色素體。然而，我們和Gra?aRaposo的研究小組都發(fā)現，角質細胞內的黑色素并不含有黑色素體標記物。這一差異的一種可能解釋是，黑色素體的膜在角質細胞內被內溶酶體系統(tǒng)降解。需要注意的是，這一模型和細胞噬作用模型可能是同一機制的變體。事實上，DesmondTobin的研究小組已經提出了一種絲狀偽足-細胞吞噬模型，其中黑素細胞伸出絲狀偽足，這些偽足與角質細胞的質膜結合，然后被角質細胞拉入并隨后被吞噬。(3)含有黑素小體的小球體脫落。這一模型提出，黑素細胞膜的泡狀突起導致形成并釋放出充滿黑色素體的小球（大小為1-3微米），隨后這些小球被角質細胞吞噬。最近，其他研究表明，從人原代黑素細胞的樹突中分泌出充滿黑色素體的小球到細胞培養(yǎng)基中。當這些充滿黑色素體的小球從培養(yǎng)基中分離出來并與人原代角質細胞一起孵育時，它們以與細胞噬作用模型所假設的類似方式被內化并處理。實際上，根據這一模型，在內化后，黑色素被三層膜所包圍。經過處理后，含有黑色素的單層膜囊泡分散在角質細胞內部。圖2.黑素細胞向角質細胞的黑色素轉移。為了解釋黑色素從黑素細胞（深色）向角質細胞（淺色）轉移的機制，已經提出了四種不同的模型，包括角質細胞對黑素細胞樹突的細胞噬作用；黑素細胞和角質細胞膜的直接融合；黑素細胞釋放充滿黑色素體的小球；以及黑色素核心的偶聯(lián)胞吐/吞噬作用。盡管使用不同模型發(fā)表的證據表明存在多種可能的轉移機制，但最近使用人類和小鼠細胞系以及更復雜模型（如重建的人類皮膚/表皮和皮膚活檢）的研究支持了黑色素以小球或黑色素核心的形式進行轉移。這些研究進一步證實了黑色素轉移機制的復雜性和多樣性，并強調了在不同生物模型和實驗條件下研究這一現象的重要性。(4)黑素核的胞吞/胞吐作用這一轉移模型預測，黑素體將與黑素細胞質膜融合，導致裸露的黑素核（稱為黑素核）的胞吐至細胞外空間，隨后被角質細胞內化。因此，在角質細胞內化的過程中，黑素核周圍會形成一層來自角質細胞質膜的單層膜。支持這一模型的首個證據來自對人類頭發(fā)和皮膚中細胞外黑素的觀察，據推測這些黑素以聚集體或單個顆粒的形式被角質細胞內化。最近，我們和其他研究人員提供了進一步支持該模型的證據，觀察到黑素核位于黑素細胞和角質細胞之間的間質空間內。我們還表明，角質細胞內的黑素核被一層缺乏黑素體標志物TYRP1的單層膜包圍，這意味著在轉移過程中原始的黑素體膜已經丟失。不同模型得到了在各種實驗系統(tǒng)中獲得的證據的支持，這些系統(tǒng)包括來自不同物種（包括小鼠、豚鼠、雞、蛙和人）的原代細胞、細胞系和組織樣本。在從黑色豚鼠耳朵中分離出的黑素細胞和角質細胞的共培養(yǎng)中，有報道支持細胞噬作用轉移模型。在蛙類皮膚細胞和組織中，黑素轉移被描述為通過釋放含黑素的顆?；蚝谒伢w的胞吐/胞吞作用發(fā)生，因為發(fā)現細胞外黑素被膜包圍。在雞胚皮膚中，提出黑素通過脫落的顆粒進行轉移。在小鼠中，黑素轉移發(fā)生在毛囊內，已描述了胞吐/胞吞作用和顆粒脫落模型的證據。關于所使用的不同系統(tǒng)，大多數研究都是在單獨培養(yǎng)的黑素細胞或與角質細胞共培養(yǎng)的黑素細胞上進行的。然而，在皮膚表皮中，黑素轉移發(fā)生在排列在表皮黑素單元中的黑素細胞和角質細胞之間。因此，應優(yōu)先考慮能夠再現這種排列的模型。此外，在研究色素轉移的分子機制時使用黑色素瘤細胞系時應謹慎，因為它們可能在黑素生成、處理和分泌方面出現改變。重要的是，胞吐/吞噬作用模型是從分析人類皮膚切片和體外重建的人類皮膚/表皮模型中收集到更多支持性證據的一個模型。脫落顆粒是另一個已被深入研究的模型。此外，這四個模型基本上可以分為兩類，一類認為轉移的是裸露的黑素（黑素核），另一類預測的是膜結合黑素體的轉移。應該注意的是，不能排除在同一個生物體內，為了適應不同的生理或病理條件，幾種黑素轉移機制共存的可能性。為了解決這些長期存在的問題，必須更好地從細胞和分子水平了解黑素細胞黑素胞吐的途徑和調節(jié)因子以及角質細胞的內化機制。黑素小體的運輸和胞吐作用黑素小體先轉運到黑素細胞的外圍，再轉移到鄰近的角質形成細胞。已經確定了黑素細胞細胞骨架上黑素體運輸的幾種調節(jié)因子。腦中與Ras相關的蛋白（Rab）1參與內質網（ER）-高爾基體轉運，與SifA和驅動蛋白相互作用蛋白（SKIP）以及順行微管依賴性驅動蛋白1形成復合物，以調節(jié)黑素體的順行轉運（圖3A）。微管上的逆行轉運由高爾基體內和內體轉運調節(jié)因子Rab36和淺色抑制子基因產物黑素調節(jié)素介導，它們與Rab相互作用溶酶體蛋白（RILP）和動力蛋白相互作用體dynactin亞基1（DCTN1）形成復合物（圖3A）。同樣，據報道，分泌蛋白Rab44與dynactin和微管依賴性動力蛋白形成三聚體復合物，以調節(jié)黑素體的逆行轉運（圖3A）。在細胞周邊，黑素體被錨定在皮質肌動蛋白網絡上，并通過由分泌蛋白Rab27a、銜接蛋白黑素親蛋白和肌動蛋白依賴性運動蛋白肌球蛋白Va組成的三聚體復合物單向轉運至質膜（圖3A）。盡管對調節(jié)黑素體內黑素體定位的分子機制的了解日益增加，但尚不完全清楚這些機制的相對重要性以及該位置本身對黑素轉移效率的意義。有趣的是，另一種肌動蛋白依賴性運動蛋白——肌球蛋白X——被證明通過絲狀偽足/納米管組裝來調節(jié)黑素向角質細胞的轉移。此外，N-甲基-D-天冬氨酸受體、細胞間粘附分子E-鈣粘蛋白和循環(huán)內體蛋白Rab17也被證明通過絲狀偽足形成參與黑素轉移。此外，血漿膜蛋白小窩蛋白-1和小窩蛋白-1（cavin-1），它們是形成稱為小窩的血漿膜內陷所必需的，被證明對于黑素細胞-角質細胞接觸、黑素細胞樹突化和黑素轉移是必需的。然而，尚不清楚這一過程可能涉及哪種轉移模型。圖3.黑素細胞的黑素胞吐和角質細胞的內化。(A)在生理條件下，黑素胞吐被認為發(fā)生在黑素細胞樹突的尖端，這需要黑素體向細胞周邊的運輸。順行長距離轉運通過微管發(fā)生，并由Rab1-SKIP-驅動蛋白1復合物介導。另一方面，逆行轉運由Rab36-黑素調節(jié)素-RILP-DCTN1和/或Rab44-dynactin-動力蛋白調節(jié)。黑素體的定位是順行轉運和逆行轉運之間平衡的結果。由于逆行轉運優(yōu)先于順行轉運，黑素體傾向于在核周區(qū)域積累。黑素體在周邊的定位依賴于由Rab27a-黑素親蛋白-肌球蛋白Va組成的三聚體復合物。發(fā)現小GTP酶Rab11b和外泌體復合物亞基Exo70和Sec8調節(jié)基礎黑素胞吐和轉移。此外，Rab3a在分化角質細胞衍生的可溶性因子刺激下增強黑素胞吐和向角質細胞的轉移。尚不清楚是否也使用相同的分子調節(jié)因子從黑素細胞分泌載有黑素體的球體（用“？”標記）。(B)最近的研究發(fā)現，根據向角質細胞呈現黑素的方式，即“裸露”的黑素核心或膜結合的黑素體，角質細胞識別和內化黑素所涉及的分子參與者存在關鍵差異。黑素核心被證明以PAR-2依賴的方式被角質細胞吞噬，需要Rac1和Cdc42進行有效內化。識別黑素核心的吞噬受體的存在和身份仍不清楚（用“？”標記）。相比之下，純化的膜結合黑素體通過巨胞飲作用以不依賴于PAR-2的方式內化，需要RhoA和CtBP1/BARS。載有黑素體的球體是否需要與黑素體相同的調節(jié)因子進行內化，尚待確定（用“”標記）。此外，研究表明，FGFR2b/KGFR和TLR3刺激可增強黑素體和黑素核心的內化，但具體機制尚未明確。不同內化途徑的存在是否影響黑素角質溶酶體加工尚不清楚（用“！”標記）。我們小組的研究表明，回收內體蛋白Rab11b和外泌體錨定復合物（Exo70和Sec8）的兩個亞基在黑素胞吐和轉移中發(fā)揮了關鍵作用，支持了胞吐/吞噬模型（圖3A）。最近，我們發(fā)現與未分化角質細胞衍生的可溶性因子相比，分化棘層/顆粒層角質細胞衍生的可溶性因子能增加黑素細胞的黑素胞吐。我們還發(fā)現，在分化棘層/顆粒層角質細胞的刺激下，分泌型Rab蛋白Rab3a能增強黑素胞吐和向角質細胞的轉移（圖3A）。因此，這些研究支持了存在一種依賴于Rab11b的組成性黑素轉移途徑和一種由角質細胞刺激的依賴于Rab3a的黑素轉移途徑。重要的是，我們觀察到Rab3a刺激的黑素胞吐是由角質細胞衍生的可溶性因子觸發(fā)的，而不是由細胞外囊泡觸發(fā)的。然而，先前的研究報告稱，角質細胞衍生的細胞外囊泡能刺激黑素細胞合成黑素。因此，我們假設當黑素轉移需要上調時，如紫外線照射后，也稱為兼性色素沉著時，需要Rab3a刺激的黑素胞吐途徑。此外，發(fā)現Rab11a在Toll樣受體-2（TLR-2）激活時調節(jié)黑素胞吐。最后，肌動蛋白重塑小GTP酶Ras同源基因家族A（RhoA）被證明是雞胚皮膚中膜出泡和載有黑素體的球體釋放所必需的。黑色素的內化更好地理解黑色素合成、黑素體運輸和胞吐作用之間的反饋調節(jié)有助于闡明為什么不同的途徑可以在不同的環(huán)境中運作以實現黑色素的轉移。此外，了解黑色素胞吐作用的分子調節(jié)因子是否可以共同作用或在不同的途徑中起作用將是至關重要的。最后，未來的研究應該探索不同的刺激是否需要不同的蛋白質來調節(jié)黑色素的胞吐，以及不同的分子調節(jié)是否與人類皮膚中不同的黑色素轉移模式和色素沉著水平有關。高效的皮膚色素沉著和光保護作用依賴于角質細胞內化黑素的能力。然而，關于角質細胞調控黑素內化的機制，我們仍然知之甚少。最近使用小鼠和人類細胞的研究表明，角質細胞內化分泌的黑素（黑素核或載有黑素體的小球）可能是皮膚中黑素轉移的主要方式?？紤]到黑素體（直徑為0.3-0.5微米）的生理大小，只有巨胞飲作用和吞噬作用才能允許如此大的物質被內化。盡管角質細胞不是專業(yè)的吞噬細胞，但它們已被證明可以有效地吞噬乳膠珠和細菌。此外，刺激角質細胞的吞噬能力會導致黑素轉移的增加，這強烈表明吞噬作用參與了角質細胞對黑素的內化過程。巨胞飲作用和吞噬作用都高度依賴于肌動蛋白細胞骨架的重塑，這一過程由Rho小GTP酶調控[58]。因此，我們和其他人的研究表明，黑素內化需要動態(tài)的肌動蛋白重塑，并且依賴于RhoGTP酶。有趣的是，黑素核和黑素體需要不同的RhoGTP酶來實現內化：黑素核以Rac1和Cdc42依賴的方式被內化，而黑素體的內化則遵循RhoA依賴的途徑（圖3B）。這些觀察結果與之前的一項研究一致，該研究表明，TLR3刺激后富含黑素體的球體的內化依賴于RhoA的活性，并且需要Cdc42。此外，我們觀察到，抑制巨胞飲作用會損害黑素體的內化，但不會影響黑素核的內化。綜上所述，這些觀察結果表明，角質細胞識別和內化黑素涉及不同的機制，并且黑素核通過吞噬作用內化，而黑素體則通過巨胞飲作用內化。重要的是，目前沒有證據表明單個黑素體會被轉移，盡管這是一個很好的對照，因為黑素核和黑素體之間唯一的區(qū)別是黑素體周圍有膜存在。角質細胞通過膜受體特異性識別黑素核可能是其吞噬黑素核的必要條件。在角質細胞攝取黑素的過程中，最著名的受體是蛋白酶激活受體-2（PAR-2）。在表皮中，PAR-2在顆粒層（stratumgranulosum）中高度表達，并參與表皮屏障的維持、角質細胞的分化和色素沉著。這種七次跨膜的G蛋白偶聯(lián)受體（GPCR）由絲氨酸蛋白酶（如胰蛋白酶）激活，這些蛋白酶會切割PAR-2細胞外N端結構域的特定區(qū)域。因此，會暴露出一個新的N端序列（在人類中為SLIGKV[Ser-Leu-Ile-Gly-Lys-Val-NH2]），該序列通過與一個保守區(qū)域結合而自動激活受體，導致受體構象變化和細胞內信號傳導。使用胰蛋白酶或合成SLIGKV激活PAR-2可以在體外增強角質細胞的吞噬作用，而抑制PAR-2的大豆胰蛋白酶抑制劑則會降低其吞噬作用。在體內，合成的絲氨酸蛋白酶抑制劑RWJ-50353可抑制PAR-2的激活，防止紫外線誘導的色素沉著，并以濃度依賴的方式增強色素脫去作用。有趣的是，PAR-2的表達水平與皮膚光型相關，即與淺色皮膚相比，深色皮膚在整個表皮中的表達水平和活性更高，而在淺色皮膚中，PAR-2的表達和活性主要集中在較低層。重要的是，在體內和體外，PAR-2的刺激都會增加角質細胞的黑素含量，并且其激活被證明能夠增強角質細胞對黑素、珠子和大腸桿菌K-12的吞噬能力。此外，角質細胞中PAR-2的激活通過RhoGTP酶進行信號傳導，RhoGTP酶是吞噬過程中的關鍵參與者，也是黑素內化的必要條件，如上所述。此外，我們的研究小組發(fā)現，黑素核而非黑素體依賴于PAR-2被角質細胞攝取，這支持了黑素核是轉移到角質細胞的黑素形式以及胞吐/吞噬模型的觀點（圖3B）。最近的研究還表明，陽離子通道瞬時受體電位錨蛋白1（TRPA1）是PAR-2調節(jié)角質細胞吞噬黑素核活性的必要條件。除了PAR-2外，還描述了包括TLR-3和成纖維細胞生長因子受體2/角質細胞生長因子受體（FGFR-2/KGFR）在內的其他受體的刺激也參與了角質細胞對黑素的吞噬作用[50,57,69]（圖3B）。有趣的是，雖然我們的研究小組證明了黑素核能特異性激活PAR-2，但其他研究小組表明，TLR-3可以調節(jié)角質細胞對黑素核和黑素體的內化。因此，這些報告加強了這樣一種觀點，即黑素以何種形式呈現給角質細胞（即黑素核中的裸露的黑素或膜結合的黑素體）會導致不同受體的激活，并可能引發(fā)不同的下游信號通路。值得注意的是，FGFR-2/KGFR的表達與皮膚顏色呈反比關系，即在淺色皮膚角質細胞中的表達更多。如何將這一點與PAR-2的表達模式相協(xié)調（在深色皮膚中更高），將是未來研究中一個有趣的探索方向，以更好地理解不同形式的內化黑素（膜結合的黑素體顆粒或黑素核）對皮膚光型的貢獻。最后，紫外線輻射（UVr）在刺激黑素內化中的作用也值得一提。PAR-2的表達和活性，以及FGFR-2/KGFR的活性，都可以通過紫外線輻射暴露而增強，從而增加黑素的轉移。此外，最近的一項研究表明，α7煙堿型乙酰膽堿受體（nAChR）會對紫外線輻射暴露作出反應，通過增加角質細胞對黑素體的吞噬作用。盡管人們普遍認為吞噬作用是黑素內化的途徑，但直到最近才缺乏明確的證據。由于吞噬作用是一種受體介導的過程，它需要特異性識別待內化的貨物。有證據表明，黑素核和黑素體需要不同的調節(jié)因子來實現其內化，這進一步支持了黑素細胞根據周圍膜的有無以不同方式識別黑素的觀點。未來研究應解決載有黑素體的顆粒是否表現為黑素體的問題。此外，黑素核上存在的用于其特異性識別的分子決定因素尚不清楚，應進行調查，以便確定參與吞噬的受體。重要的是，作為黑素內化對照廣泛使用的珠子很可能缺乏特異性識別黑素所需的分子決定因素。因此，盡管人們努力使用與黑素體大小相似的珠子，但它們可能并不適合作為研究角質細胞黑素內化的模型。盡管有大量證據表明PAR-2和其他受體（如FGFR2/KGFR、TLR-3）在黑素內化中起重要作用，但它們在這一過程中的功能很可能是間接的，即提高角質細胞的整體吞噬效率，而不是直接參與黑素的識別。事實上，像PAR-2這樣的G蛋白偶聯(lián)受體（GPCRs）被證明能夠識別微生物分泌的趨化因子，通過重塑肌動蛋白細胞骨架來增強吞噬能力。因此，PAR-2對趨化作用是必需的，即引導角質細胞向黑素移動并促進其吞噬。同樣，盡管Toll樣受體（TLRs）可以識別不同貨物上的分子模式，但它們并不是吞噬受體，而是協(xié)同作用以啟動吞噬。此外，PAR-2在顆粒層中高度表達，而黑素轉移主要發(fā)生在基底層[80-82]，這表明上層角質細胞通過旁分泌作用調節(jié)黑素的內化。這進一步意味著PAR-2可能不直接參與黑素的識別，而是調節(jié)角質細胞的吞噬活性。因此，黑素核如何被角質細胞識別以觸發(fā)其通過吞噬作用內化尚待解決?？赡艿暮蜻x者包括C型凝集素受體，特別是考慮到最近的一項研究表明，在內皮細胞和髓樣細胞中表達的MelLec受體能夠特異性地識別真菌黑素。有趣的是，角質細胞表達C型凝集素受體Dectin-1，已知該受體參與傷口再上皮化和角質細胞介導的先天免疫反應。盡管真菌黑素和哺乳動物黑素之間存在差異，但值得測試C型凝集素受體（如Dectin-1）是否參與人類黑素的識別。值得注意的是，角質細胞表達Fc-γ受體，這在銀屑病等炎癥性皮膚病的背景下已有描述。據我們所知，Fc-γ受體在角質細胞黑素內化中的作用尚未得到研究，但未來研究可能會很有趣。Fc-γ受體需要調理蛋白（如抗體）與內化顆粒結合。這提出了一個問題，即黑素是否也需要調理蛋白以被角質細胞識別和內化。確定參與黑素內化的吞噬受體可以為調節(jié)這一過程，進而調節(jié)皮膚顏色提供一個有吸引力的靶點。此外，對參與黑素內化的受體及其下游信號通路的特征描述也可以闡明黑素在角質細胞內處理和定位的調控機制，如下文所述。黑色素加工黑素處理指的是黑素內化后在角質細胞內發(fā)生的步驟。值得注意的是，盡管角質細胞是黑素的接受細胞，黑素具有光保護作用，且黑素處理與皮膚光型有關，但涉及的機制仍難以捉摸。事實上，在淺色皮膚中，黑素主要積聚在表皮基底層角質細胞內，而在深色皮膚中，黑素也存在于上層角質細胞內（圖1A）。重要的是，已經明確的是，黑素在角質細胞內的組織方式因光型而異。在淺色皮膚中，黑素以簇狀存在，而在深色皮膚中，黑素主要以單個顆粒的形式存在，這些顆粒通常更大，盡管在淺色和深色皮膚中，含黑素的細胞器大小相似（圖1B）。關于形成簇狀或單個顆粒的機制，除了它們取決于角質細胞的光型，且與轉移的黑素類型（真黑素與褐黑素）無關外，基本上尚不清楚。黑素細胞和角質細胞中的黑素代謝被認為受自噬控制。在角質細胞中，自噬/溶酶體活性與皮膚顏色呈負相關，即淺色皮膚來源的角質細胞高于深色皮膚來源的角質細胞，且這種關系與角質細胞的分化狀態(tài)無關（圖4B）。此外，在（二維或三維培養(yǎng)和皮膚外植體）不同實驗條件下，藥物或基因調控自噬已被證明可改變角質細胞中的黑素含量（見表1）。實際上，自噬的誘導被發(fā)現會導致角質細胞內黑素水平的降低，而自噬抑制劑則會導致這些水平的增加。這分別歸因于黑素的降解與持續(xù)存在。值得注意的是，表皮中自噬活性隨年齡增長而下降，導致黑素積累，特別是在角質細胞內，形成色素沉著過度的病變，如老年性雀斑所見。有趣的是，有研究表明，在老化皮膚中誘導自噬可以恢復色素沉著，這進一步強調了自噬在黑素代謝中的重要性。表1.分別增加或減少角質形成細胞自噬并導致黑色素含量減少或增加的化合物列表盡管有這些觀察結果，但在角質細胞內，黑素并不存在于雙膜細胞器（即自噬體）中，且含黑素的細胞器缺乏經典的自噬體蛋白LC3。實際上，黑素存在于角質細胞內的單膜細胞器中，這支持了胞吐/吞噬作用或黑素細胞和角質細胞膜轉移模型的融合（圖4A）。盡管缺乏明確的證據，但有人提出，在細胞吞噬和脫落小體模型中，角質細胞內的處理過程中，圍繞黑素的膜會被降解。例如，有人提出，在黑素體內化過程中，黑素體膜蛋白TYRP1會被迅速去除，可能是通過降解的方式，但所涉及的機制尚未研究。這導致在角質細胞內形成含有單膜黑素的細胞器。對這些細胞器形成過程中涉及的分子過程的特征描述對于更好地理解角質細胞中色素的命運至關重要，而這個問題直到最近才開始得到解決。Gra?aRaposo的研究小組表明，無論皮膚光型如何，溶酶體相關膜蛋白1（LAMP1）和四次跨膜蛋白細胞表面抗原63（CD63）——晚期內體（LEs）/溶酶體的標志物——均存在于單個和聚集的黑素核的膜上（圖4A）。此外，我們還發(fā)現，在小鼠角質細胞中，含黑素的細胞器對早期內吞標記物早期內體抗原1（EEA1）和Rab5以及LAMP2和CD63均呈陽性（圖4A）。值得注意的是，這些實驗是在固定的時間點進行的，因此沒有評估這些細胞器的成熟和動態(tài)變化。因此，發(fā)現包括晚期內體/溶酶體Rab7b在內的幾種Rab小分子GTP酶定位于小鼠角質細胞內含有黑素的細胞器。圖4.角質細胞內的黑素處理。（A）最近的研究提出，角質細胞內轉移的黑素被早期和晚期內吞標記物所包圍。尚不清楚這種細胞器是否會進一步成熟，但我們最近的觀察表明，黑素被儲存在一種我們命名為黑素角質溶酶體（MKS）的專門細胞器中，該細胞器具有酸性較弱的腔和非降解特性。盡管早期內吞、晚期內吞和自噬囊泡可能參與，但其他細胞器對MKS生物發(fā)生的貢獻尚不完全清楚。此外，受體信號（如PAR-2、KGFR/FGFR2和TLR3或吞噬受體）對MKS轉運和生物發(fā)生的相關性尚不清楚。（B）據報道，自噬可調節(jié)角質細胞內的黑素降解，但機制尚不清楚。此外，與深色皮膚相比，淺色皮膚的自噬和溶酶體活性更高。然而，尚不完全清楚來自不同光型的MKS在允許黑素持久性或降解方面的能力（用箭頭標記——箭頭越多表示降解能力和酸度越低）是否不同，也不清楚自噬/溶酶體活性（用“？”標記）對此的貢獻。EEs—早期內體；LEs—晚期內體；MVBs—多泡體；AVs—自噬囊泡；Lys—溶酶體。此外，我們和Gra?aRaposo的研究小組都表明，黑素在酸性適中的細胞器（表現出低水平的Lysotracker和DAMP[3-(2,4-二硝基苯胺基)-30-氨基-N-甲基二丙胺]積累）中積累，這些細胞器的降解能力較低，盡管角質細胞內富含這些類型的細胞器，但染料猝滅牛血清白蛋白（DQ-BSA）的熒光水平較低（圖4A）。事實上，我們報告說，在培養(yǎng)的小鼠角質細胞中，黑素存活時間較長，并且可以長期存在，這表明含黑素的細胞器是角質細胞內專門用于長期儲存黑素的。我們將這些角質細胞內的含黑素細胞器命名為黑素角質溶酶體（MKS），以區(qū)別于黑素細胞中的黑素體。MKS可能是獨特的黑素儲存細胞器，它們表現出低酸度和低降解能力，但保留了晚期內體/溶酶體的特性，包括膜標記物LAMP1/2和CD63（圖4A）。鑒于CD63經常與特殊細胞類型中的溶酶體相關細胞器（LROs）相關聯(lián)，并且與溶酶體相比，LROs也表現出適中的管腔酸度和降解能力，因此有人提出MKS可能是一種新型的LRO。盡管這是一個有趣的假設，它賦予了MKS作為功能性細胞器的額外重要性，但MKS始于吞噬體，因此它們并非內體衍生，也不確定是否從高爾基體接收貨物。此外，沒有證據表明MKS能進行調節(jié)性胞吐，這是LRO最顯著的區(qū)別特征。另一種可能性是，MKS是溶酶體衍生的細胞器，或者代表了一種已經失去降解能力的功能失調的溶酶體。事實上，這可以解釋黑素在角質細胞內的持久性。然而，不能排除黑素具有抗降解性（見下文）。因此，未來的研究應以動態(tài)的方式描述MKS的形成，即考慮其時空成熟和與其他細胞器的相互作用，以及它們如何使黑素保持持久性。這將有助于理解這些專門用于黑素儲存的細胞器的生物發(fā)生和生命周期。值得注意的是，在使用FontanaMasson染色法時，可以在角膜層中檢測到黑素（“黑素塵埃”），但這在電子顯微鏡（EM）下幾乎找不到，因此將其歸因于這種染色的偽影[27,82,92,115,116]。這再次提出了一個問題，即在角質細胞分化過程中黑素是否可以被降解，以及是否有合適的工具來準確地進行這種分析。最近，基底層中的黑素積累被歸因于角質細胞的不對稱分裂，其中基底層角質細胞保留了色素。重要的是，同一項研究還表明，在應激條件下（如皮膚再生），優(yōu)先進行對稱分裂，導致子細胞和祖細胞角質細胞之間的黑素分布更廣。因此，如果基底層中的黑素濃度是由于缺乏降解、細胞不對稱分裂或兩者兼而有之，則應對此進行評估。還應注意的是，黑素的處理研究使用了不同的模型，包括人類皮膚移植物、人類原代角質細胞和鼠/人類角質細胞系。因此，盡管已經做出了相關觀察，但迫切需要開發(fā)新的策略，以在更具生理相關性的模型中研究黑素處理的動態(tài)過程。此外，只有結合不同的方法，才能對角質細胞內黑素的命運進行可靠的分析。黑色素的極化黑素的處理以其在細胞核上方極化形成核上帽或“遮陽傘”而結束，這些結構保護角質細胞核內的遺傳物質免受紫外線（UV）暴露引起的遺傳毒性影響（圖5）。事實上，先前的研究表明，與沒有核上黑素帽的細胞相比，具有核上黑素帽的細胞中環(huán)丁烷嘧啶二聚體（CPD）和（6-4）光產物（6-4PP）的形成顯著減少。盡管核上黑素帽在保護皮膚免受紫外線傷害方面的重要性已經得到明確證實，但皮膚中黑素極化的機制仍有待揭示。有人提出，核上黑素帽的形成可能是由紫外線刺激引起的。事實上，最近有報道稱，UVA輻射通過G蛋白偶聯(lián)受體視蛋白3誘導黑素極化。然而，我們的研究結果表明，在未暴露于紫外線的情況下，重建的人類表皮中也能形成核上黑素帽。因此，未來的研究應確定是什么驅動了黑素的極化和核上帽的形成。有趣的是，我們有初步的未發(fā)表數據表明，角質細胞的分層，包括增殖、分化和遷移，可以導致黑素在核上帽中的組織，類似于遷移細胞前沿的細胞器極化。關于參與黑素極化的分子機制，先前的研究表明，在培養(yǎng)的人類角質細胞和人類皮膚移植物中，細胞質動力蛋白的中間鏈與黑素共定位。同一項研究還報告說，用針對細胞質動力蛋白重鏈的反義DNA處理會導致人類角質細胞中核周黑素的顯著分散。隨后的研究表明，動力蛋白p150Glued亞基的沉默會損害人類角質細胞中微球體的核周聚集，這表明黑素的極化依賴于細胞質動力蛋白-動力蛋白復合體（圖5）。這些結果得到了最近研究的進一步證實，這些研究報告指出，在破壞肌動蛋白細胞骨架和微管網絡后，黑素的極化會受到顯著影響。同一項研究還報告了黑素、中心體和核衛(wèi)星在分層角質細胞頂區(qū)的共定位，這表明中心體相關蛋白可能在調節(jié)黑素極化中發(fā)揮作用。因此，關于角質細胞內黑素極化所涉及的分子機制，我們仍然知之甚少。特別是，如何調節(jié)逆行動力蛋白/動力蛋白依賴性運輸，以及LEs/溶酶體所使用的相同機制是否也被MKSs所利用，這些問題仍有待確定。鑒于Rab7b與MKSs的關聯(lián)以及Rab7在LEs/溶酶體逆行運輸中的作用，應確認Rab7是否也參與黑素的極化。圖5.角質細胞內黑素的轉運和定位。黑素在角質細胞核上區(qū)域的積累對于其在皮膚中的光保護作用至關重要。盡管這一過程非常重要，但其涉及的分子機制仍知之甚少。已知黑素是通過動力蛋白-動力蛋白復合體介導的過程，沿著微管逆行轉運的。目前尚不清楚這一過程中是否有銜接蛋白（或多種銜接蛋白，以“？”標記）參與，以及轉運過程是如何被調控的。結論與展望與黑素合成、黑素體發(fā)生、成熟和轉運的機制相比，黑素胞吐、轉移和處理的機制了解得要少得多。事實上，該領域爭論最多的主題之一仍然是黑素細胞與角質細胞之間的黑素轉移。迄今為止，這一問題主要在培養(yǎng)的原代細胞和細胞系中進行了研究，包括來自黑素瘤和各種動物模型的細胞。然而，這些細胞在研究色素沉著方面存在明顯的局限性，因為它們無法完全再現人類皮膚結構的復雜性和體內發(fā)生的相互作用。此外，由于它們的轉化，這些細胞所涉及的機制可能會發(fā)生變化。組織外植體也被用于研究，盡管它們能夠再現皮膚色素沉著的生理過程，但在培養(yǎng)過程中也會發(fā)生變化。重建的色素沉著皮膚/表皮以及最近出現的皮膚芯片模型的出現，為操縱黑素細胞和/或角質細胞以及在接近生理環(huán)境的情況下了解皮膚色素沉著的機制提供了可能。因此，應進一步探索這些模型，以確定在構成性和兼性色素沉著以及病理條件下是否會發(fā)生不同的黑素轉移模式。關于黑素細胞中的黑素胞吐，現已發(fā)現多種分子可調控這一過程。然而，我們才剛剛開始揭示基礎途徑和刺激途徑所涉及的分子機制。因此，未來的研究應探討能夠觸發(fā)刺激黑素釋放的受體、信號和分子。此外，這些信號通路和分子調節(jié)器在生理條件（基礎或兼性色素沉著）或病理條件（色素障礙）下是否相同，仍有待確定。毫無疑問，更好地理解由可溶性因子、細胞外囊泡和細胞間接觸介導的黑素細胞-角質細胞相互作用，將是解開這一謎團的關鍵。事實上，在人類皮膚外植體中，黑素小體被發(fā)現非常接近黑素細胞和角質細胞的膜，這表明這兩種細胞類型之間存在緊密的聯(lián)系，盡管沒有膜融合。這種結構類似于眾所周知的免疫突觸和神經突觸，表明存在一種色素突觸，通過該突觸，角質細胞和黑素細胞可以相互通信，以控制表皮中黑素的產生和轉移。需要更多的研究來表征這種假定的色素突觸。現在有證據表明，黑素小體通過吞噬作用被角質細胞內化，但吞噬受體尚不清楚。因此，確定黑素小體中存在的分子決定因素和專門識別它們的受體對于在分子水平上闡明轉移途徑至關重要。另一個有待解決的基本問題是，內化途徑和下游信號通路是否會影響黑素在角質細胞內的處理命運。關于來自不同光型的角質細胞內黑素組織差異的機制也是一個尚未解決的有趣問題。與此同時，了解作為獨特黑素儲存細胞器的黑素小體如何形成以及對其進行進一步表征，對于揭示角質細胞內精細調節(jié)黑素持久性的機制至關重要。此外，這還可以為細胞內細胞器如何適應特定功能提供新的見解。盡管有幾項研究表明調節(jié)這一途徑會改變角質細胞中的黑素含量，但尚未解決的問題還包括自噬如何調節(jié)角質細胞內黑素轉運的機制。重要的是，必須確定黑素是否可以完全降解，以及周轉是否涉及黑素組織的改變，即深色光型中的單個黑素顆?；驕\色光型中更典型的黑素簇。這些研究將對不同光型中黑素在表皮中的分散特性以及諸如炎癥后色素沉著和老年性雀斑等條件下黑素在角質細胞內的積聚產生重大影響。最后，應確定是什么信號使黑素在核上帽中極化，以及這些信號如何在角質細胞的整個生命周期中得以維持。對這些問題的回答將揭示皮膚色素沉著所必需但迄今仍難以捉摸的基本機制，并為治療色素障礙以及出于美容目的而調節(jié)皮膚色素沉著提供新的靶點。