劉洋 陳向東
內(nèi)皮素(Endothelin,ET)是人體內(nèi)一種含有21個氨基酸的血管收縮劑,廣泛表達(dá)于人體的大部分組織。它也是迄今所知作用最強(qiáng)、持續(xù)最久的收縮血管的活性多肽,因1988年Yanagisawa等[1]在血管內(nèi)皮細(xì)胞中首次發(fā)現(xiàn)而得名。近年發(fā)現(xiàn),內(nèi)皮素在皮膚組織中也有表達(dá),在許多皮膚病中發(fā)揮了一定作用。本文就內(nèi)皮素與皮膚病之間的關(guān)系綜述如下。
1內(nèi)皮素系統(tǒng)概述
目前已發(fā)現(xiàn)[2],內(nèi)皮素系統(tǒng)包括ET-1、ET-2 和ET-3三種同分異構(gòu)體,共有三類內(nèi)皮素受體ETRA、ETRB、ETRC(EndothelinReceptor)和2種內(nèi)皮素轉(zhuǎn)化酶ECE-1、ECE-2(EndothelinConvertingEnzyme)。
1.1 內(nèi)皮素的同分異構(gòu)體:內(nèi)皮素有ET-1、ET-2和ET-3三種異構(gòu)肽,分別位于人的6、1和20號染色體[3]。三種內(nèi)皮素的氨基酸序列具有很高的同源性,它們都是由21個氨基酸殘基組成的多肽,具有6個相同氨基酸殘基組成的疏水性C末端,含有兩個鏈內(nèi)二硫鍵,分別位于1和15位及3和11位之間。人或動物在應(yīng)激狀態(tài)或誘導(dǎo)因素的激發(fā)下,ET基因表達(dá)出含212個氨基酸的前內(nèi)皮素(prepro endothelin),后者被特定的內(nèi)肽酶剪切成為具有38個氨基酸殘基的巨內(nèi)皮素(big endothelin),再由ECE從21位的色氨酸與22 位的纈氨酸之間切斷,形成成熟的內(nèi)皮素[4]。三種內(nèi)皮素在不同的組織和細(xì)胞中表達(dá)不相同[5]。其中,ET-1主要表達(dá)在血管內(nèi)皮細(xì)胞和平滑肌細(xì)胞、氣管上皮細(xì)胞、巨噬細(xì)胞、成纖維細(xì)胞、心肌細(xì)胞、腦神經(jīng)元和胰島中。ET-2主要表達(dá)在卵巢和小腸上皮細(xì)胞。ET-3主要表達(dá)在內(nèi)皮細(xì)胞和小腸上皮細(xì)胞。同時,ET-3還介導(dǎo)著血管舒張劑NO和環(huán)前列腺素的釋放。人皮膚組織中表達(dá)的內(nèi)皮素主要是ET-1[6]。在生理狀態(tài)下,ET的合成、釋放量很低,正常人體內(nèi)ET-1的濃度在0.2~5pg/ml之間。
1.2 內(nèi)皮素的受體:內(nèi)皮素受體有三種:ETRA、ETRB和ETRC。它們都是G蛋白偶聯(lián)受體家族的成員。ETRA和ETRB是1990年由Arai和Sakurai首次克隆成功的。哺乳動物中只存在ETRA和ETRB,而ETRC于1996年從爪蟾黑素細(xì)胞中克隆得到。三種受體對各型內(nèi)皮素的親和力是有差別的。ETRA對三種異構(gòu)肽的親和力分別是ET-1≥ET-2>ET-3,而ETRB對ET-1、ET-2、ET-3親和力相同[2]。三種內(nèi)皮素受體廣泛分布在人體內(nèi)各種組織和細(xì)胞中,但表達(dá)水平亦不同[7]。ETRA主要存在于心臟、主動脈和腦血管的平滑肌細(xì)胞(VSMC)中,發(fā)揮縮血管、促進(jìn)細(xì)胞增殖和組織纖維化等作用。ETRB存在于內(nèi)皮和血管平滑肌細(xì)胞中。ETRC則主要分布于內(nèi)皮細(xì)胞。存在于內(nèi)皮細(xì)胞的ETRB,通過刺激一氧化氮(NO)和前列環(huán)素(PGI2)的釋放間接引起血管舒張;存在于VSMC ETRB,有抑制細(xì)胞生長和血管收縮的作用,主要介導(dǎo)ET-1的清除。在人的皮膚組織中,ET-1和ET-3的結(jié)合部位(相應(yīng)受體分別為ETRA和ETRB)已被定位于微血管和大血管、汗腺、上皮及毛囊中。Brenner等[8]通過RT-PCR檢測比較角質(zhì)形成細(xì)胞、黑素細(xì)胞、成纖維細(xì)胞和血管內(nèi)皮細(xì)胞這四種人表皮細(xì)胞中ETRB基因的表達(dá)水平。他們得出結(jié)論:人黑素細(xì)胞和血管內(nèi)皮細(xì)胞中有ETRB受體mRNA的表達(dá),而另兩種細(xì)胞中沒有表達(dá)。
1.3 內(nèi)皮素轉(zhuǎn)化酶:已知的內(nèi)皮素轉(zhuǎn)化酶(ECE)包括兩種:ECE-1和ECE-2,ECE-1起主要作用。ECE能特異性地破壞內(nèi)皮素中氨基酸之間的肽鍵,使其斷裂,完成巨內(nèi)皮素向內(nèi)皮素的轉(zhuǎn)換。人的ECE在人體內(nèi)分布廣泛,它表達(dá)的主要部位是血管內(nèi)皮細(xì)胞,在腎系膜細(xì)胞、神經(jīng)細(xì)胞、肺泡、支氣管上皮細(xì)胞、子宮平滑肌等處也有存在。ECE的分布與ECE mRNA、ET水平、ET受體的分布呈平行關(guān)系。Rafal等[9]通過動物實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),敲除ECE-1基因的小鼠會表現(xiàn)出沒有ET-1/ETA 和 ET-3/ETB 傳導(dǎo)通路。
2內(nèi)皮素的主要作用及機(jī)制
根據(jù)細(xì)胞的類型,內(nèi)皮素可與不同細(xì)胞膜上的內(nèi)皮素受體結(jié)合后,可以通過酪氨酸酶、酪氨酸酶相關(guān)蛋白-1、促分裂素原活化蛋白激酶(MAPK)、蛋白激酶C(PKC)、蛋白激酶A(PKA)和酪氨酸激酶這6條信號通路從而產(chǎn)生各種生物學(xué)效應(yīng)。內(nèi)皮素不僅具有收縮血管的作用,而且還有細(xì)胞因子樣和激素樣作用等多重功能。它能調(diào)節(jié)細(xì)胞間的相互作用,包括促有絲分裂、促血管生成、骨骼重構(gòu)、對機(jī)體傷害感受器的激活作用、上皮細(xì)胞向間質(zhì)細(xì)胞的轉(zhuǎn)化、促浸潤和癌細(xì)胞轉(zhuǎn)移[10]。已有文獻(xiàn)指出[2,11],ET-1通過結(jié)合ETRB后激活黑素細(xì)胞膜上的G蛋白并啟動細(xì)胞內(nèi)G蛋白偶聯(lián)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路,啟動下游二脂酰甘油(DAG)/PKC途徑或環(huán)磷酸腺苷(cAMP)/PKA途徑。抑制黑素細(xì)胞中PKC的活性可減輕ET-1所導(dǎo)致的色素沉著。但哪條信號通路起主要作用,以及如何調(diào)控ET的合成和轉(zhuǎn)動過程均尚未有文獻(xiàn)明確指出。ET-1的表達(dá)與位于ET-1原基因5'端啟動子區(qū)域的轉(zhuǎn)錄水平有關(guān)。GATA介導(dǎo)了ET-1原基因的轉(zhuǎn)錄。更進(jìn)一步的轉(zhuǎn)錄后調(diào)節(jié)通過非翻譯3'區(qū)域的“自殺基序”執(zhí)行的ET-1原的選擇性去穩(wěn)定作用實(shí)現(xiàn)。這就是ET-1 mRNA的半衰期只有15min的原因,同時還可抑制ET-1的過度表達(dá)[3]。Rafal等[9]的動物實(shí)驗(yàn)指出,沒有ET-3,ETB,或ECE-1基因的小鼠因不能生成表皮黑素細(xì)胞會表現(xiàn)為白色毛發(fā)(表皮黑素形成失常)但是黑色眼睛(視網(wǎng)膜黑素形成正常)的狀態(tài)。誘導(dǎo)ET-1產(chǎn)生的因素包括凝血酶、胰島素、環(huán)孢素、腎上腺素、血管緊張素2、皮質(zhì)醇、炎癥介質(zhì)、缺氧和血管切應(yīng)力。抑制ET-1產(chǎn)生的因素則有NO、一氧化氮供體藥物、增加細(xì)胞間cGMP含量的擴(kuò)張肌前列腺素和增加cAMP含量的鈉尿肽[12]。
在皮膚組織中,內(nèi)皮素系統(tǒng)主要作為角質(zhì)形成細(xì)胞和黑素細(xì)胞之間相互作用的橋梁,參與黑素細(xì)胞的發(fā)育和黑素合成等過程。目前認(rèn)為,黑素細(xì)胞的生長過程大致經(jīng)歷神經(jīng)嵴細(xì)胞、黑素母細(xì)胞和黑素細(xì)胞3個階段。而內(nèi)皮素是神經(jīng)嵴細(xì)胞向成熟黑素細(xì)胞分化的有效促進(jìn)因子[13-14]。國內(nèi)外都有學(xué)者[15-16]研究證實(shí),在紫外線照射下,人表皮中角質(zhì)形成細(xì)胞能合成和分泌出不同濃度的ET-1,并與黑素細(xì)胞膜上具有高親和性的ET-1受體結(jié)合從而促進(jìn)黑素細(xì)胞增殖并提高酪氨酸酶活性,從而使黑素的合成增加。ET-1可促進(jìn)培養(yǎng)的黑素細(xì)胞樹突數(shù)量增加,延長樹突長度,呈劑量依賴性。用窄波UVB照射體外培養(yǎng)的角質(zhì)形成細(xì)胞時發(fā)現(xiàn),檢測到角質(zhì)形成細(xì)胞上清液中ET-1與成纖維細(xì)胞生長因子(BFGF)的含量增加。加入抗ET-1抗體后,能夠阻斷其培養(yǎng)液對黑素細(xì)胞促樹突生長的作用,這表明ET-1是窄波UVB照射后角質(zhì)形成細(xì)胞產(chǎn)生的主要促黑素細(xì)胞樹突生長因子[17-18]。
3內(nèi)皮素與皮膚病的關(guān)系
3.1 色素障礙性疾病:ET參與黑素的合成和轉(zhuǎn)運(yùn)過程,因此可以發(fā)現(xiàn)臨床上有許多色素性疾病與ET的表達(dá)密切相關(guān)。通過RT-PCR檢測發(fā)現(xiàn)中老年性雀斑樣痣皮損中ET-1、ETRB和ECE-1的含量明顯高于正常皮膚區(qū)域,提示ET-1與ETRB之間有一定關(guān)聯(lián)。但是,免疫組化結(jié)果顯示皮損區(qū)的TNFα明顯增高,而IL-1α表達(dá)卻降低[19]。另外,ET-1還參與了白癜風(fēng)和馬拉色菌引起的花斑癬等色素減退性疾病中色素的改變[20-21]。Abdel等[22]研究發(fā)現(xiàn),與非白斑區(qū)比較,白斑區(qū)的黑素細(xì)胞上ETRB表達(dá)下調(diào),然而ET-1含量卻高于非白斑區(qū),可能與患者自身免疫反應(yīng)穩(wěn)定,角質(zhì)形成細(xì)胞出現(xiàn)反饋性分泌的ET-1增加有關(guān)。
3.2 系統(tǒng)性硬化癥和瘢痕疙瘩:已有文獻(xiàn)[23-24]顯示,ET-1在系統(tǒng)性硬化癥早、晚階段均有表達(dá),在系統(tǒng)性硬化癥所影響的皮膚組織中ET-1的表達(dá)上調(diào)。ET-1可促進(jìn)離體培養(yǎng)的硬皮病成纖維細(xì)胞的細(xì)胞外基質(zhì)成分合成增加,因此,ET-1在系統(tǒng)性硬皮病患者皮損區(qū)的成纖維細(xì)胞中表達(dá)增高。Lopes等[25]研究證實(shí)瘢痕疙瘩真皮內(nèi)ET-1 mRNA的表達(dá)明顯強(qiáng)于萎縮性瘢痕和對照組。ET在組織創(chuàng)作修復(fù)、瘢痕形成中也發(fā)揮著重要作用。ET-1是血管平滑肌細(xì)胞和成纖維細(xì)胞的有絲分裂原,能通過刺激c-fos,c-myc原癌基因的表達(dá)而達(dá)到合成膠原的目的。ET-1不僅在血管內(nèi)皮細(xì)胞中表達(dá)增加,而且在成纖維細(xì)胞中也能較強(qiáng)地表達(dá)。
3.3 皮膚腫瘤:Okazaki等[26]認(rèn)為,脂溢性角化與ET通路的活性增高有關(guān)。與周圍正常皮膚相比,脂溢性角化病灶處皮膚的ET-1、ETRB和酪氨酸酶的基因表達(dá)均增高。其次,病灶處的IL-1α含量也升高,而IL-1α能刺激角質(zhì)形成細(xì)胞分泌ET-1,從而導(dǎo)致色素沉著。另外,ET-1在面部的色素性基底細(xì)胞癌中表現(xiàn)為高表達(dá),而在非色素性基底細(xì)胞癌中較低。于是可得出基底細(xì)胞癌中色素的增加是通過高表達(dá)的ET-1對黑素細(xì)胞的刺激而產(chǎn)生的[27]。在絕大多數(shù)的惡性黑素瘤細(xì)胞中都會出現(xiàn)EDRB的表達(dá)上調(diào)并且由它所激活介導(dǎo)的一系列生物學(xué)效應(yīng)在惡性黑素瘤的發(fā)生、發(fā)展及轉(zhuǎn)移等過程中起關(guān)鍵作用。體外惡性黑素瘤細(xì)胞培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)證明,特異性EDRB拮抗劑BQ788能夠顯著抑制惡性黑素瘤細(xì)胞的增殖并誘導(dǎo)其分化[28]。Eltze等[29]采用免疫組化技術(shù)研究68例外陰癌患者的組織芯片時發(fā)現(xiàn),腫瘤組織中ETRB的表達(dá)與腫瘤的發(fā)展進(jìn)程顯著相關(guān)。ETRB的著色程度越低,患者的生存時間越長。因此,Eltze提出檢測ET的受體,尤其是ETRB的表達(dá),可作為預(yù)知外陰癌的一種診斷手段。
4展望
從內(nèi)皮素的合成過程看,要抑制內(nèi)皮素的作用以達(dá)到為臨床治療的目的,理論上可以從以下幾個方面考慮:①抑制前內(nèi)皮素的mRNA表達(dá);②抑制內(nèi)肽酶的活性,使前內(nèi)皮素?zé)o法轉(zhuǎn)為大內(nèi)皮素;③抑制內(nèi)皮素轉(zhuǎn)化酶活性,即合成內(nèi)皮素轉(zhuǎn)化酶抑制劑;④合成內(nèi)皮素受體拮抗劑,直接抑制內(nèi)皮素的作用終端。2001年,bosentan的誕生證明合成內(nèi)皮素受體拮抗劑是研發(fā)臨床上抑制內(nèi)皮素的生物學(xué)效應(yīng)最簡便的方法。Kim等[30]認(rèn)為與周圍正常皮膚相比,黃褐斑皮損區(qū)血管內(nèi)皮生長因子(VEGF)的表達(dá)明顯增高,并且認(rèn)為血管的數(shù)量和黃褐斑皮損區(qū)色素沉著有顯著關(guān)系。因此,我們不免聯(lián)想這是否與長時間紫外線照射后所致內(nèi)皮素含量增加相關(guān)。在紫外線的照射下,當(dāng)人體內(nèi)的內(nèi)皮素增高超過一定量后,是否會引起負(fù)反饋機(jī)制從而導(dǎo)致內(nèi)皮素的表達(dá)降低。另外,能否構(gòu)建出ET或ETRB在外周血中的檢測方法為臨床診斷和治療提供方便,這些都需要我們進(jìn)一步的研究。
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[收稿日期]2011-09-11 [修回日期]2011-11-08
編輯/李陽利