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黑色素从黑色素细胞到角质形成细胞的历程：揭示黑色素转移和加工的分子机制摘要皮肤色素沉着能够有效保护皮肤免受紫外线伤害，这一过程依赖于黑色素，黑色素由表皮中的黑素细胞产生并转移到周围的角质细胞中。目前，黑素细胞中黑色素合成和转运的分子机制已经得到了很好的阐明，但关于黑色素在角质细胞中的转运和处理过程却知之甚少。在过去的几十年里，人们提出了不同的模型来解释黑色素在细胞和分子水平上的转运过程。然而，这仍然是一个有争议的话题，因为已经提出了多达四种不同的模型，并且每种模型都有支持其观点的证据。本文综述了当前关于黑色素胞吐、内化、处理和极化的调控知识。针对不同的转运模型，我们讨论了它们如何在不同条件下（如组成性皮肤色素沉着和适应性皮肤色素沉着，或生理和病理条件）共存以调节皮肤色素沉着。此外，我们还讨论了最近的证据，这些证据揭示了黑素细胞对黑色素胞吐的调控、角质细胞对黑色素的内化，以及黑色素如何在这些细胞内的一个我们提议命名为“黑素角质溶酶体”的隔室中储存。最后，我们回顾了关于黑素角质溶酶体在角质细胞核上方定位的分子机制的最新进展，这些黑色素-角蛋白体形成了核上帽，保护核DNA免受紫外线辐射。因此，我们全面概述了当前关于调节皮肤色素沉着的分子机制的知识，从黑素细胞中的黑色素胞吐到角质细胞中的内化，再到角质细胞内的处理和极化。对这些分子机制的深入了解将阐明该领域长期存在的关键问题，这些问题对于理解皮肤色素沉着至关重要，并且可以揭示细胞器生物学的基本知识。最终，这一知识可以推动新型治疗策略的发展，用于治疗给患者和全球卫生保健系统带来沉重社会经济负担的色素沉着不足或色素沉着过度障碍，以及化妆品应用。关键词:黑色素;黑素细胞;角化细胞;黑素体;黑素核;黑素角质溶酶体;黑色素转移;黑色素加工;黑色素极化引言皮肤是人体最大的器官，在水平衡、体温调节以及防止外来物质和紫外线（UV）辐射方面发挥着基础性作用。皮肤的表层——表皮——主要由角质细胞构成，这些细胞占该层细胞的80%以上。角质细胞根据其分化状态分为五个不同的层：基底层、棘层、颗粒层、透明层（仅在厚皮肤中可见）和角质层。表皮还含有黑素细胞，这些细胞是胚胎发育期间由神经嵴分化而来的特殊细胞。黑素细胞分散在整个基底层中，并可以伸出树突与多达40个角质细胞接触，形成“表皮-黑素单元”（图1A）。黑素细胞的功能是合成色素黑色素，然后将其转移到角质细胞中。黑色素有两种类型：黑色/棕色的真黑素和黄色/红色的褐黑素。这些黑色素在黑素细胞内的黑色素体中合成，黑色素体是溶酶体相关细胞器（LROs），因为它们是由内体衍生而来，含有溶酶体标记物，并且在其生物发生的早期阶段是酸性的。黑色素体表现出四种不同的成熟阶段：在I期和II期，它们是无色的，最初类似于多泡核内体。虽然褐黑素体保持球形，但真黑素体由于前黑素体蛋白（PMEL）的内部纤维核化而呈椭圆形。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关蛋白（TYRP1/2），被募集到III期黑色素体中，黑色素开始逐渐沉积在PMEL纤维上，直到黑色素体完全着色（IV期）。成熟的黑色素体在黑素细胞树突中积累，然后转移到角质细胞中。被角质细胞内化后，黑色素被处理，即转运，然后积聚在核上区，在那里发挥其保护这些细胞DNA免受紫外线辐射的功能。因此，皮肤色素沉着是由多个过程共同作用的结果，这些过程包括黑素细胞中的黑色素合成、从黑素细胞转移到角质细胞以及角质细胞内的处理。目前，黑素细胞内黑色素合成和转运的分子机制已经得到了很好的阐述，但黑色素转运的机制仍存在争议且研究不足。此外，只有少数研究探讨了角质细胞内黑色素的处理过程，还有许多未解之谜。在本文中，我们讨论了当前关于黑色素转运和处理机制的知识和研究重点。这些知识对于理解皮肤色素沉着的维持至关重要，并可能为色素紊乱性疾病的治疗以及化妆品应用提供治疗策略。图1.不同皮肤类型中黑色素在表皮的分布以及在角质细胞内的组织方式。(A)黑色素在表皮中的分散是通过形成表皮-黑色素单元来实现的。无论皮肤类型如何（由编号的圆圈表示，并从I型——较浅/较亮的皮肤类型——到VI型——较深/较暗的皮肤类型进行标记），黑色素在基底层中的积累都更高。然而，在较浅的皮肤类型（浅色皮肤）中，基底层中黑色素的浓度较低，而在较深的皮肤类型（深色皮肤）中，基底层中黑色素的浓度较高，且紧邻基底层上方的细胞层中也存在黑色素。(B)来自不同皮肤类型的角质细胞内黑色素的组织方式不同。在较浅的皮肤类型中，黑色素主要储存在单个膜细胞器内的几个黑色素颗粒簇中，而在较深的皮肤类型中，黑色素则显著地以单个颗粒的形式储存在单个膜细胞器内。黑色素转运模型黑色素必须转移到角质细胞中，才能在这些细胞中发挥其光保护功能。自20世纪60年代首次观察到黑色素从黑素细胞转移到上皮细胞（角质细胞）以来，关于黑色素转移的过程一直是一个有争议的话题。尽管其中一些可能是同一机制的变体，但已经提出了多达四种模型来解释黑色素如何从黑素细胞转移到角质细胞：（I）角质细胞通过细胞噬作用吞噬含有黑色素体的黑素细胞树突尖端；（II）角质细胞和黑素细胞之间的膜融合以及黑色素体的直接转移；（III）黑素细胞脱落装载有黑色素体的颗粒，随后被角质细胞吞噬；（IV）黑素细胞通过胞吐作用释放黑色素核心，随后被角质细胞吞噬（图2）。以下是这些模型的简要总结：(1)角质细胞对黑素细胞树突的细胞吞噬作用这种转移模式是在通过电子显微镜（EM）观察到体外角质细胞内的黑素细胞树突尖端后首次提出的。该过程可以分为四个步骤：首先，黑素细胞的树突尖端与角质细胞的质膜接触，随后被其吞噬；其次，黑素细胞的树突尖端被切断，形成一个充满黑色素体的细胞质囊泡；第三步，黑色素所在的区域（理论上由三个不同来源的膜所包围——最内层是黑色素体的膜，以及黑素细胞和角质细胞的质膜）与溶酶体融合，形成吞噬溶酶体。这导致管腔膜的降解。最后，吞噬溶酶体分裂成更小的囊泡，其中包含分散在细胞质中的黑色素颗粒聚集体或单个黑色素颗粒。这一过程揭示了黑色素从黑素细胞向角质细胞转移的一种可能机制，其中涉及细胞间的直接接触、膜融合以及后续的降解和再分配。(2)黑素细胞和角质形成细胞膜的融合。该模型假设黑素细胞和角质细胞的质膜融合，从而在相邻细胞的细胞质之间形成一个通道（如丝状伪足或纳米管），黑色素体通过这些通道进行运输。与细胞噬作用模型一样，角质细胞接收的是膜结合的黑色素体。然而，我们和Gra?aRaposo的研究小组都发现，角质细胞内的黑色素并不含有黑色素体标记物。这一差异的一种可能解释是，黑色素体的膜在角质细胞内被内溶酶体系统降解。需要注意的是，这一模型和细胞噬作用模型可能是同一机制的变体。事实上，DesmondTobin的研究小组已经提出了一种丝状伪足-细胞吞噬模型，其中黑素细胞伸出丝状伪足，这些伪足与角质细胞的质膜结合，然后被角质细胞拉入并随后被吞噬。(3)含有黑素小体的小球体脱落。这一模型提出，黑素细胞膜的泡状突起导致形成并释放出充满黑色素体的小球（大小为1-3微米），随后这些小球被角质细胞吞噬。最近，其他研究表明，从人原代黑素细胞的树突中分泌出充满黑色素体的小球到细胞培养基中。当这些充满黑色素体的小球从培养基中分离出来并与人原代角质细胞一起孵育时，它们以与细胞噬作用模型所假设的类似方式被内化并处理。实际上，根据这一模型，在内化后，黑色素被三层膜所包围。经过处理后，含有黑色素的单层膜囊泡分散在角质细胞内部。图2.黑素细胞向角质细胞的黑色素转移。为了解释黑色素从黑素细胞（深色）向角质细胞（浅色）转移的机制，已经提出了四种不同的模型，包括角质细胞对黑素细胞树突的细胞噬作用；黑素细胞和角质细胞膜的直接融合；黑素细胞释放充满黑色素体的小球；以及黑色素核心的偶联胞吐/吞噬作用。尽管使用不同模型发表的证据表明存在多种可能的转移机制，但最近使用人类和小鼠细胞系以及更复杂模型（如重建的人类皮肤/表皮和皮肤活检）的研究支持了黑色素以小球或黑色素核心的形式进行转移。这些研究进一步证实了黑色素转移机制的复杂性和多样性，并强调了在不同生物模型和实验条件下研究这一现象的重要性。(4)黑素核的胞吞/胞吐作用这一转移模型预测，黑素体将与黑素细胞质膜融合，导致裸露的黑素核（称为黑素核）的胞吐至细胞外空间，随后被角质细胞内化。因此，在角质细胞内化的过程中，黑素核周围会形成一层来自角质细胞质膜的单层膜。支持这一模型的首个证据来自对人类头发和皮肤中细胞外黑素的观察，据推测这些黑素以聚集体或单个颗粒的形式被角质细胞内化。最近，我们和其他研究人员提供了进一步支持该模型的证据，观察到黑素核位于黑素细胞和角质细胞之间的间质空间内。我们还表明，角质细胞内的黑素核被一层缺乏黑素体标志物TYRP1的单层膜包围，这意味着在转移过程中原始的黑素体膜已经丢失。不同模型得到了在各种实验系统中获得的证据的支持，这些系统包括来自不同物种（包括小鼠、豚鼠、鸡、蛙和人）的原代细胞、细胞系和组织样本。在从黑色豚鼠耳朵中分离出的黑素细胞和角质细胞的共培养中，有报道支持细胞噬作用转移模型。在蛙类皮肤细胞和组织中，黑素转移被描述为通过释放含黑素的颗粒或黑素体的胞吐/胞吞作用发生，因为发现细胞外黑素被膜包围。在鸡胚皮肤中，提出黑素通过脱落的颗粒进行转移。在小鼠中，黑素转移发生在毛囊内，已描述了胞吐/胞吞作用和颗粒脱落模型的证据。关于所使用的不同系统，大多数研究都是在单独培养的黑素细胞或与角质细胞共培养的黑素细胞上进行的。然而，在皮肤表皮中，黑素转移发生在排列在表皮黑素单元中的黑素细胞和角质细胞之间。因此，应优先考虑能够再现这种排列的模型。此外，在研究色素转移的分子机制时使用黑色素瘤细胞系时应谨慎，因为它们可能在黑素生成、处理和分泌方面出现改变。重要的是，胞吐/吞噬作用模型是从分析人类皮肤切片和体外重建的人类皮肤/表皮模型中收集到更多支持性证据的一个模型。脱落颗粒是另一个已被深入研究的模型。此外，这四个模型基本上可以分为两类，一类认为转移的是裸露的黑素（黑素核），另一类预测的是膜结合黑素体的转移。应该注意的是，不能排除在同一个生物体内，为了适应不同的生理或病理条件，几种黑素转移机制共存的可能性。为了解决这些长期存在的问题，必须更好地从细胞和分子水平了解黑素细胞黑素胞吐的途径和调节因子以及角质细胞的内化机制。黑素小体的运输和胞吐作用黑素小体先转运到黑素细胞的外围，再转移到邻近的角质形成细胞。已经确定了黑素细胞细胞骨架上黑素体运输的几种调节因子。脑中与Ras相关的蛋白（Rab）1参与内质网（ER）-高尔基体转运，与SifA和驱动蛋白相互作用蛋白（SKIP）以及顺行微管依赖性驱动蛋白1形成复合物，以调节黑素体的顺行转运（图3A）。微管上的逆行转运由高尔基体内和内体转运调节因子Rab36和浅色抑制子基因产物黑素调节素介导，它们与Rab相互作用溶酶体蛋白（RILP）和动力蛋白相互作用体dynactin亚基1（DCTN1）形成复合物（图3A）。同样，据报道，分泌蛋白Rab44与dynactin和微管依赖性动力蛋白形成三聚体复合物，以调节黑素体的逆行转运（图3A）。在细胞周边，黑素体被锚定在皮质肌动蛋白网络上，并通过由分泌蛋白Rab27a、衔接蛋白黑素亲蛋白和肌动蛋白依赖性运动蛋白肌球蛋白Va组成的三聚体复合物单向转运至质膜（图3A）。尽管对调节黑素体内黑素体定位的分子机制的了解日益增加，但尚不完全清楚这些机制的相对重要性以及该位置本身对黑素转移效率的意义。有趣的是，另一种肌动蛋白依赖性运动蛋白——肌球蛋白X——被证明通过丝状伪足/纳米管组装来调节黑素向角质细胞的转移。此外，N-甲基-D-天冬氨酸受体、细胞间粘附分子E-钙粘蛋白和循环内体蛋白Rab17也被证明通过丝状伪足形成参与黑素转移。此外，血浆膜蛋白小窝蛋白-1和小窝蛋白-1（cavin-1），它们是形成称为小窝的血浆膜内陷所必需的，被证明对于黑素细胞-角质细胞接触、黑素细胞树突化和黑素转移是必需的。然而，尚不清楚这一过程可能涉及哪种转移模型。图3.黑素细胞的黑素胞吐和角质细胞的内化。(A)在生理条件下，黑素胞吐被认为发生在黑素细胞树突的尖端，这需要黑素体向细胞周边的运输。顺行长距离转运通过微管发生，并由Rab1-SKIP-驱动蛋白1复合物介导。另一方面，逆行转运由Rab36-黑素调节素-RILP-DCTN1和/或Rab44-dynactin-动力蛋白调节。黑素体的定位是顺行转运和逆行转运之间平衡的结果。由于逆行转运优先于顺行转运，黑素体倾向于在核周区域积累。黑素体在周边的定位依赖于由Rab27a-黑素亲蛋白-肌球蛋白Va组成的三聚体复合物。发现小GTP酶Rab11b和外泌体复合物亚基Exo70和Sec8调节基础黑素胞吐和转移。此外，Rab3a在分化角质细胞衍生的可溶性因子刺激下增强黑素胞吐和向角质细胞的转移。尚不清楚是否也使用相同的分子调节因子从黑素细胞分泌载有黑素体的球体（用“？”标记）。(B)最近的研究发现，根据向角质细胞呈现黑素的方式，即“裸露”的黑素核心或膜结合的黑素体，角质细胞识别和内化黑素所涉及的分子参与者存在关键差异。黑素核心被证明以PAR-2依赖的方式被角质细胞吞噬，需要Rac1和Cdc42进行有效内化。识别黑素核心的吞噬受体的存在和身份仍不清楚（用“？”标记）。相比之下，纯化的膜结合黑素体通过巨胞饮作用以不依赖于PAR-2的方式内化，需要RhoA和CtBP1/BARS。载有黑素体的球体是否需要与黑素体相同的调节因子进行内化，尚待确定（用“”标记）。此外，研究表明，FGFR2b/KGFR和TLR3刺激可增强黑素体和黑素核心的内化，但具体机制尚未明确。不同内化途径的存在是否影响黑素角质溶酶体加工尚不清楚（用“！”标记）。我们小组的研究表明，回收内体蛋白Rab11b和外泌体锚定复合物（Exo70和Sec8）的两个亚基在黑素胞吐和转移中发挥了关键作用，支持了胞吐/吞噬模型（图3A）。最近，我们发现与未分化角质细胞衍生的可溶性因子相比，分化棘层/颗粒层角质细胞衍生的可溶性因子能增加黑素细胞的黑素胞吐。我们还发现，在分化棘层/颗粒层角质细胞的刺激下，分泌型Rab蛋白Rab3a能增强黑素胞吐和向角质细胞的转移（图3A）。因此，这些研究支持了存在一种依赖于Rab11b的组成性黑素转移途径和一种由角质细胞刺激的依赖于Rab3a的黑素转移途径。重要的是，我们观察到Rab3a刺激的黑素胞吐是由角质细胞衍生的可溶性因子触发的，而不是由细胞外囊泡触发的。然而，先前的研究报告称，角质细胞衍生的细胞外囊泡能刺激黑素细胞合成黑素。因此，我们假设当黑素转移需要上调时，如紫外线照射后，也称为兼性色素沉着时，需要Rab3a刺激的黑素胞吐途径。此外，发现Rab11a在Toll样受体-2（TLR-2）激活时调节黑素胞吐。最后，肌动蛋白重塑小GTP酶Ras同源基因家族A（RhoA）被证明是鸡胚皮肤中膜出泡和载有黑素体的球体释放所必需的。黑色素的内化更好地理解黑色素合成、黑素体运输和胞吐作用之间的反馈调节有助于阐明为什么不同的途径可以在不同的环境中运作以实现黑色素的转移。此外，了解黑色素胞吐作用的分子调节因子是否可以共同作用或在不同的途径中起作用将是至关重要的。最后，未来的研究应该探索不同的刺激是否需要不同的蛋白质来调节黑色素的胞吐，以及不同的分子调节是否与人类皮肤中不同的黑色素转移模式和色素沉着水平有关。高效的皮肤色素沉着和光保护作用依赖于角质细胞内化黑素的能力。然而，关于角质细胞调控黑素内化的机制，我们仍然知之甚少。最近使用小鼠和人类细胞的研究表明，角质细胞内化分泌的黑素（黑素核或载有黑素体的小球）可能是皮肤中黑素转移的主要方式。考虑到黑素体（直径为0.3-0.5微米）的生理大小，只有巨胞饮作用和吞噬作用才能允许如此大的物质被内化。尽管角质细胞不是专业的吞噬细胞，但它们已被证明可以有效地吞噬乳胶珠和细菌。此外，刺激角质细胞的吞噬能力会导致黑素转移的增加，这强烈表明吞噬作用参与了角质细胞对黑素的内化过程。巨胞饮作用和吞噬作用都高度依赖于肌动蛋白细胞骨架的重塑，这一过程由Rho小GTP酶调控[58]。因此，我们和其他人的研究表明，黑素内化需要动态的肌动蛋白重塑，并且依赖于RhoGTP酶。有趣的是，黑素核和黑素体需要不同的RhoGTP酶来实现内化：黑素核以Rac1和Cdc42依赖的方式被内化，而黑素体的内化则遵循RhoA依赖的途径（图3B）。这些观察结果与之前的一项研究一致，该研究表明，TLR3刺激后富含黑素体的球体的内化依赖于RhoA的活性，并且需要Cdc42。此外，我们观察到，抑制巨胞饮作用会损害黑素体的内化，但不会影响黑素核的内化。综上所述，这些观察结果表明，角质细胞识别和内化黑素涉及不同的机制，并且黑素核通过吞噬作用内化，而黑素体则通过巨胞饮作用内化。重要的是，目前没有证据表明单个黑素体会被转移，尽管这是一个很好的对照，因为黑素核和黑素体之间唯一的区别是黑素体周围有膜存在。角质细胞通过膜受体特异性识别黑素核可能是其吞噬黑素核的必要条件。在角质细胞摄取黑素的过程中，最著名的受体是蛋白酶激活受体-2（PAR-2）。在表皮中，PAR-2在颗粒层（stratumgranulosum）中高度表达，并参与表皮屏障的维持、角质细胞的分化和色素沉着。这种七次跨膜的G蛋白偶联受体（GPCR）由丝氨酸蛋白酶（如胰蛋白酶）激活，这些蛋白酶会切割PAR-2细胞外N端结构域的特定区域。因此，会暴露出一个新的N端序列（在人类中为SLIGKV[Ser-Leu-Ile-Gly-Lys-Val-NH2]），该序列通过与一个保守区域结合而自动激活受体，导致受体构象变化和细胞内信号传导。使用胰蛋白酶或合成SLIGKV激活PAR-2可以在体外增强角质细胞的吞噬作用，而抑制PAR-2的大豆胰蛋白酶抑制剂则会降低其吞噬作用。在体内，合成的丝氨酸蛋白酶抑制剂RWJ-50353可抑制PAR-2的激活，防止紫外线诱导的色素沉着，并以浓度依赖的方式增强色素脱去作用。有趣的是，PAR-2的表达水平与皮肤光型相关，即与浅色皮肤相比，深色皮肤在整个表皮中的表达水平和活性更高，而在浅色皮肤中，PAR-2的表达和活性主要集中在较低层。重要的是，在体内和体外，PAR-2的刺激都会增加角质细胞的黑素含量，并且其激活被证明能够增强角质细胞对黑素、珠子和大肠杆菌K-12的吞噬能力。此外，角质细胞中PAR-2的激活通过RhoGTP酶进行信号传导，RhoGTP酶是吞噬过程中的关键参与者，也是黑素内化的必要条件，如上所述。此外，我们的研究小组发现，黑素核而非黑素体依赖于PAR-2被角质细胞摄取，这支持了黑素核是转移到角质细胞的黑素形式以及胞吐/吞噬模型的观点（图3B）。最近的研究还表明，阳离子通道瞬时受体电位锚蛋白1（TRPA1）是PAR-2调节角质细胞吞噬黑素核活性的必要条件。除了PAR-2外，还描述了包括TLR-3和成纤维细胞生长因子受体2/角质细胞生长因子受体（FGFR-2/KGFR）在内的其他受体的刺激也参与了角质细胞对黑素的吞噬作用[50,57,69]（图3B）。有趣的是，虽然我们的研究小组证明了黑素核能特异性激活PAR-2，但其他研究小组表明，TLR-3可以调节角质细胞对黑素核和黑素体的内化。因此，这些报告加强了这样一种观点，即黑素以何种形式呈现给角质细胞（即黑素核中的裸露的黑素或膜结合的黑素体）会导致不同受体的激活，并可能引发不同的下游信号通路。值得注意的是，FGFR-2/KGFR的表达与皮肤颜色呈反比关系，即在浅色皮肤角质细胞中的表达更多。如何将这一点与PAR-2的表达模式相协调（在深色皮肤中更高），将是未来研究中一个有趣的探索方向，以更好地理解不同形式的内化黑素（膜结合的黑素体颗粒或黑素核）对皮肤光型的贡献。最后，紫外线辐射（UVr）在刺激黑素内化中的作用也值得一提。PAR-2的表达和活性，以及FGFR-2/KGFR的活性，都可以通过紫外线辐射暴露而增强，从而增加黑素的转移。此外，最近的一项研究表明，α7烟碱型乙酰胆碱受体（nAChR）会对紫外线辐射暴露作出反应，通过增加角质细胞对黑素体的吞噬作用。尽管人们普遍认为吞噬作用是黑素内化的途径，但直到最近才缺乏明确的证据。由于吞噬作用是一种受体介导的过程，它需要特异性识别待内化的货物。有证据表明，黑素核和黑素体需要不同的调节因子来实现其内化，这进一步支持了黑素细胞根据周围膜的有无以不同方式识别黑素的观点。未来研究应解决载有黑素体的颗粒是否表现为黑素体的问题。此外，黑素核上存在的用于其特异性识别的分子决定因素尚不清楚，应进行调查，以便确定参与吞噬的受体。重要的是，作为黑素内化对照广泛使用的珠子很可能缺乏特异性识别黑素所需的分子决定因素。因此，尽管人们努力使用与黑素体大小相似的珠子，但它们可能并不适合作为研究角质细胞黑素内化的模型。尽管有大量证据表明PAR-2和其他受体（如FGFR2/KGFR、TLR-3）在黑素内化中起重要作用，但它们在这一过程中的功能很可能是间接的，即提高角质细胞的整体吞噬效率，而不是直接参与黑素的识别。事实上，像PAR-2这样的G蛋白偶联受体（GPCRs）被证明能够识别微生物分泌的趋化因子，通过重塑肌动蛋白细胞骨架来增强吞噬能力。因此，PAR-2对趋化作用是必需的，即引导角质细胞向黑素移动并促进其吞噬。同样，尽管Toll样受体（TLRs）可以识别不同货物上的分子模式，但它们并不是吞噬受体，而是协同作用以启动吞噬。此外，PAR-2在颗粒层中高度表达，而黑素转移主要发生在基底层[80-82]，这表明上层角质细胞通过旁分泌作用调节黑素的内化。这进一步意味着PAR-2可能不直接参与黑素的识别，而是调节角质细胞的吞噬活性。因此，黑素核如何被角质细胞识别以触发其通过吞噬作用内化尚待解决。可能的候选者包括C型凝集素受体，特别是考虑到最近的一项研究表明，在内皮细胞和髓样细胞中表达的MelLec受体能够特异性地识别真菌黑素。有趣的是，角质细胞表达C型凝集素受体Dectin-1，已知该受体参与伤口再上皮化和角质细胞介导的先天免疫反应。尽管真菌黑素和哺乳动物黑素之间存在差异，但值得测试C型凝集素受体（如Dectin-1）是否参与人类黑素的识别。值得注意的是，角质细胞表达Fc-γ受体，这在银屑病等炎症性皮肤病的背景下已有描述。据我们所知，Fc-γ受体在角质细胞黑素内化中的作用尚未得到研究，但未来研究可能会很有趣。Fc-γ受体需要调理蛋白（如抗体）与内化颗粒结合。这提出了一个问题，即黑素是否也需要调理蛋白以被角质细胞识别和内化。确定参与黑素内化的吞噬受体可以为调节这一过程，进而调节皮肤颜色提供一个有吸引力的靶点。此外，对参与黑素内化的受体及其下游信号通路的特征描述也可以阐明黑素在角质细胞内处理和定位的调控机制，如下文所述。黑色素加工黑素处理指的是黑素内化后在角质细胞内发生的步骤。值得注意的是，尽管角质细胞是黑素的接受细胞，黑素具有光保护作用，且黑素处理与皮肤光型有关，但涉及的机制仍难以捉摸。事实上，在浅色皮肤中，黑素主要积聚在表皮基底层角质细胞内，而在深色皮肤中，黑素也存在于上层角质细胞内（图1A）。重要的是，已经明确的是，黑素在角质细胞内的组织方式因光型而异。在浅色皮肤中，黑素以簇状存在，而在深色皮肤中，黑素主要以单个颗粒的形式存在，这些颗粒通常更大，尽管在浅色和深色皮肤中，含黑素的细胞器大小相似（图1B）。关于形成簇状或单个颗粒的机制，除了它们取决于角质细胞的光型，且与转移的黑素类型（真黑素与褐黑素）无关外，基本上尚不清楚。黑素细胞和角质细胞中的黑素代谢被认为受自噬控制。在角质细胞中，自噬/溶酶体活性与皮肤颜色呈负相关，即浅色皮肤来源的角质细胞高于深色皮肤来源的角质细胞，且这种关系与角质细胞的分化状态无关（图4B）。此外，在（二维或三维培养和皮肤外植体）不同实验条件下，药物或基因调控自噬已被证明可改变角质细胞中的黑素含量（见表1）。实际上，自噬的诱导被发现会导致角质细胞内黑素水平的降低，而自噬抑制剂则会导致这些水平的增加。这分别归因于黑素的降解与持续存在。值得注意的是，表皮中自噬活性随年龄增长而下降，导致黑素积累，特别是在角质细胞内，形成色素沉着过度的病变，如老年性雀斑所见。有趣的是，有研究表明，在老化皮肤中诱导自噬可以恢复色素沉着，这进一步强调了自噬在黑素代谢中的重要性。表1.分别增加或减少角质形成细胞自噬并导致黑色素含量减少或增加的化合物列表尽管有这些观察结果，但在角质细胞内，黑素并不存在于双膜细胞器（即自噬体）中，且含黑素的细胞器缺乏经典的自噬体蛋白LC3。实际上，黑素存在于角质细胞内的单膜细胞器中，这支持了胞吐/吞噬作用或黑素细胞和角质细胞膜转移模型的融合（图4A）。尽管缺乏明确的证据，但有人提出，在细胞吞噬和脱落小体模型中，角质细胞内的处理过程中，围绕黑素的膜会被降解。例如，有人提出，在黑素体内化过程中，黑素体膜蛋白TYRP1会被迅速去除，可能是通过降解的方式，但所涉及的机制尚未研究。这导致在角质细胞内形成含有单膜黑素的细胞器。对这些细胞器形成过程中涉及的分子过程的特征描述对于更好地理解角质细胞中色素的命运至关重要，而这个问题直到最近才开始得到解决。Gra?aRaposo的研究小组表明，无论皮肤光型如何，溶酶体相关膜蛋白1（LAMP1）和四次跨膜蛋白细胞表面抗原63（CD63）——晚期内体（LEs）/溶酶体的标志物——均存在于单个和聚集的黑素核的膜上（图4A）。此外，我们还发现，在小鼠角质细胞中，含黑素的细胞器对早期内吞标记物早期内体抗原1（EEA1）和Rab5以及LAMP2和CD63均呈阳性（图4A）。值得注意的是，这些实验是在固定的时间点进行的，因此没有评估这些细胞器的成熟和动态变化。因此，发现包括晚期内体/溶酶体Rab7b在内的几种Rab小分子GTP酶定位于小鼠角质细胞内含有黑素的细胞器。图4.角质细胞内的黑素处理。（A）最近的研究提出，角质细胞内转移的黑素被早期和晚期内吞标记物所包围。尚不清楚这种细胞器是否会进一步成熟，但我们最近的观察表明，黑素被储存在一种我们命名为黑素角质溶酶体（MKS）的专门细胞器中，该细胞器具有酸性较弱的腔和非降解特性。尽管早期内吞、晚期内吞和自噬囊泡可能参与，但其他细胞器对MKS生物发生的贡献尚不完全清楚。此外，受体信号（如PAR-2、KGFR/FGFR2和TLR3或吞噬受体）对MKS转运和生物发生的相关性尚不清楚。（B）据报道，自噬可调节角质细胞内的黑素降解，但机制尚不清楚。此外，与深色皮肤相比，浅色皮肤的自噬和溶酶体活性更高。然而，尚不完全清楚来自不同光型的MKS在允许黑素持久性或降解方面的能力（用箭头标记——箭头越多表示降解能力和酸度越低）是否不同，也不清楚自噬/溶酶体活性（用“？”标记）对此的贡献。EEs—早期内体；LEs—晚期内体；MVBs—多泡体；AVs—自噬囊泡；Lys—溶酶体。此外，我们和Gra?aRaposo的研究小组都表明，黑素在酸性适中的细胞器（表现出低水平的Lysotracker和DAMP[3-(2,4-二硝基苯胺基)-30-氨基-N-甲基二丙胺]积累）中积累，这些细胞器的降解能力较低，尽管角质细胞内富含这些类型的细胞器，但染料猝灭牛血清白蛋白（DQ-BSA）的荧光水平较低（图4A）。事实上，我们报告说，在培养的小鼠角质细胞中，黑素存活时间较长，并且可以长期存在，这表明含黑素的细胞器是角质细胞内专门用于长期储存黑素的。我们将这些角质细胞内的含黑素细胞器命名为黑素角质溶酶体（MKS），以区别于黑素细胞中的黑素体。MKS可能是独特的黑素储存细胞器，它们表现出低酸度和低降解能力，但保留了晚期内体/溶酶体的特性，包括膜标记物LAMP1/2和CD63（图4A）。鉴于CD63经常与特殊细胞类型中的溶酶体相关细胞器（LROs）相关联，并且与溶酶体相比，LROs也表现出适中的管腔酸度和降解能力，因此有人提出MKS可能是一种新型的LRO。尽管这是一个有趣的假设，它赋予了MKS作为功能性细胞器的额外重要性，但MKS始于吞噬体，因此它们并非内体衍生，也不确定是否从高尔基体接收货物。此外，没有证据表明MKS能进行调节性胞吐，这是LRO最显著的区别特征。另一种可能性是，MKS是溶酶体衍生的细胞器，或者代表了一种已经失去降解能力的功能失调的溶酶体。事实上，这可以解释黑素在角质细胞内的持久性。然而，不能排除黑素具有抗降解性（见下文）。因此，未来的研究应以动态的方式描述MKS的形成，即考虑其时空成熟和与其他细胞器的相互作用，以及它们如何使黑素保持持久性。这将有助于理解这些专门用于黑素储存的细胞器的生物发生和生命周期。值得注意的是，在使用FontanaMasson染色法时，可以在角膜层中检测到黑素（“黑素尘埃”），但这在电子显微镜（EM）下几乎找不到，因此将其归因于这种染色的伪影[27,82,92,115,116]。这再次提出了一个问题，即在角质细胞分化过程中黑素是否可以被降解，以及是否有合适的工具来准确地进行这种分析。最近，基底层中的黑素积累被归因于角质细胞的不对称分裂，其中基底层角质细胞保留了色素。重要的是，同一项研究还表明，在应激条件下（如皮肤再生），优先进行对称分裂，导致子细胞和祖细胞角质细胞之间的黑素分布更广。因此，如果基底层中的黑素浓度是由于缺乏降解、细胞不对称分裂或两者兼而有之，则应对此进行评估。还应注意的是，黑素的处理研究使用了不同的模型，包括人类皮肤移植物、人类原代角质细胞和鼠/人类角质细胞系。因此，尽管已经做出了相关观察，但迫切需要开发新的策略，以在更具生理相关性的模型中研究黑素处理的动态过程。此外，只有结合不同的方法，才能对角质细胞内黑素的命运进行可靠的分析。黑色素的极化黑素的处理以其在细胞核上方极化形成核上帽或“遮阳伞”而结束，这些结构保护角质细胞核内的遗传物质免受紫外线（UV）暴露引起的遗传毒性影响（图5）。事实上，先前的研究表明，与没有核上黑素帽的细胞相比，具有核上黑素帽的细胞中环丁烷嘧啶二聚体（CPD）和（6-4）光产物（6-4PP）的形成显著减少。尽管核上黑素帽在保护皮肤免受紫外线伤害方面的重要性已经得到明确证实，但皮肤中黑素极化的机制仍有待揭示。有人提出，核上黑素帽的形成可能是由紫外线刺激引起的。事实上，最近有报道称，UVA辐射通过G蛋白偶联受体视蛋白3诱导黑素极化。然而，我们的研究结果表明，在未暴露于紫外线的情况下，重建的人类表皮中也能形成核上黑素帽。因此，未来的研究应确定是什么驱动了黑素的极化和核上帽的形成。有趣的是，我们有初步的未发表数据表明，角质细胞的分层，包括增殖、分化和迁移，可以导致黑素在核上帽中的组织，类似于迁移细胞前沿的细胞器极化。关于参与黑素极化的分子机制，先前的研究表明，在培养的人类角质细胞和人类皮肤移植物中，细胞质动力蛋白的中间链与黑素共定位。同一项研究还报告说，用针对细胞质动力蛋白重链的反义DNA处理会导致人类角质细胞中核周黑素的显著分散。随后的研究表明，动力蛋白p150Glued亚基的沉默会损害人类角质细胞中微球体的核周聚集，这表明黑素的极化依赖于细胞质动力蛋白-动力蛋白复合体（图5）。这些结果得到了最近研究的进一步证实，这些研究报告指出，在破坏肌动蛋白细胞骨架和微管网络后，黑素的极化会受到显著影响。同一项研究还报告了黑素、中心体和核卫星在分层角质细胞顶区的共定位，这表明中心体相关蛋白可能在调节黑素极化中发挥作用。因此，关于角质细胞内黑素极化所涉及的分子机制，我们仍然知之甚少。特别是，如何调节逆行动力蛋白/动力蛋白依赖性运输，以及LEs/溶酶体所使用的相同机制是否也被MKSs所利用，这些问题仍有待确定。鉴于Rab7b与MKSs的关联以及Rab7在LEs/溶酶体逆行运输中的作用，应确认Rab7是否也参与黑素的极化。图5.角质细胞内黑素的转运和定位。黑素在角质细胞核上区域的积累对于其在皮肤中的光保护作用至关重要。尽管这一过程非常重要，但其涉及的分子机制仍知之甚少。已知黑素是通过动力蛋白-动力蛋白复合体介导的过程，沿着微管逆行转运的。目前尚不清楚这一过程中是否有衔接蛋白（或多种衔接蛋白，以“？”标记）参与，以及转运过程是如何被调控的。结论与展望与黑素合成、黑素体发生、成熟和转运的机制相比，黑素胞吐、转移和处理的机制了解得要少得多。事实上，该领域争论最多的主题之一仍然是黑素细胞与角质细胞之间的黑素转移。迄今为止，这一问题主要在培养的原代细胞和细胞系中进行了研究，包括来自黑素瘤和各种动物模型的细胞。然而，这些细胞在研究色素沉着方面存在明显的局限性，因为它们无法完全再现人类皮肤结构的复杂性和体内发生的相互作用。此外，由于它们的转化，这些细胞所涉及的机制可能会发生变化。组织外植体也被用于研究，尽管它们能够再现皮肤色素沉着的生理过程，但在培养过程中也会发生变化。重建的色素沉着皮肤/表皮以及最近出现的皮肤芯片模型的出现，为操纵黑素细胞和/或角质细胞以及在接近生理环境的情况下了解皮肤色素沉着的机制提供了可能。因此，应进一步探索这些模型，以确定在构成性和兼性色素沉着以及病理条件下是否会发生不同的黑素转移模式。关于黑素细胞中的黑素胞吐，现已发现多种分子可调控这一过程。然而，我们才刚刚开始揭示基础途径和刺激途径所涉及的分子机制。因此，未来的研究应探讨能够触发刺激黑素释放的受体、信号和分子。此外，这些信号通路和分子调节器在生理条件（基础或兼性色素沉着）或病理条件（色素障碍）下是否相同，仍有待确定。毫无疑问，更好地理解由可溶性因子、细胞外囊泡和细胞间接触介导的黑素细胞-角质细胞相互作用，将是解开这一谜团的关键。事实上，在人类皮肤外植体中，黑素小体被发现非常接近黑素细胞和角质细胞的膜，这表明这两种细胞类型之间存在紧密的联系，尽管没有膜融合。这种结构类似于众所周知的免疫突触和神经突触，表明存在一种色素突触，通过该突触，角质细胞和黑素细胞可以相互通信，以控制表皮中黑素的产生和转移。需要更多的研究来表征这种假定的色素突触。现在有证据表明，黑素小体通过吞噬作用被角质细胞内化，但吞噬受体尚不清楚。因此，确定黑素小体中存在的分子决定因素和专门识别它们的受体对于在分子水平上阐明转移途径至关重要。另一个有待解决的基本问题是，内化途径和下游信号通路是否会影响黑素在角质细胞内的处理命运。关于来自不同光型的角质细胞内黑素组织差异的机制也是一个尚未解决的有趣问题。与此同时，了解作为独特黑素储存细胞器的黑素小体如何形成以及对其进行进一步表征，对于揭示角质细胞内精细调节黑素持久性的机制至关重要。此外，这还可以为细胞内细胞器如何适应特定功能提供新的见解。尽管有几项研究表明调节这一途径会改变角质细胞中的黑素含量，但尚未解决的问题还包括自噬如何调节角质细胞内黑素转运的机制。重要的是，必须确定黑素是否可以完全降解，以及周转是否涉及黑素组织的改变，即深色光型中的单个黑素颗粒或浅色光型中更典型的黑素簇。这些研究将对不同光型中黑素在表皮中的分散特性以及诸如炎症后色素沉着和老年性雀斑等条件下黑素在角质细胞内的积聚产生重大影响。最后，应确定是什么信号使黑素在核上帽中极化，以及这些信号如何在角质细胞的整个生命周期中得以维持。对这些问题的回答将揭示皮肤色素沉着所必需但迄今仍难以捉摸的基本机制，并为治疗色素障碍以及出于美容目的而调节皮肤色素沉着提供新的靶点。盛景祖医生的科普号