獨特色素沉著機制煙酰胺核苷酸轉氫酶介紹
黑色素合成：黑色素合成發生在黑色素細胞中的黑素體中，可分為 2 個階段
第一階段：酪氨酸在酪氨酸酶的催化作用下生成 L-二羥基苯丙氨酸多巴 (L-DOPA)，并在酪氨酸酶作用下進一步生成多巴醌 (DQ)。
第二階段：有半胱氨酸或谷胱甘肽 (Cys/GSH) 存在時，DQ 與其反應生成半胱氨酰多巴或谷胱甘肽多巴，進而被氧化聚合生成褐黑素 (可溶性聚合物，易代謝)；當它們不存在時，在酪氨酸酶或 TYRP1 等氧化酶的作用下，形成 DHI 和 DHICA 黑色素。這 2 種黑色素，不易代謝，俗稱“真黑素”。
圖 1. 黑色素合成途徑與經典“曬黑途徑”
a: 黑色素合成涉及酪氨酸酶基因家族中的 3 種酶，即酪氨酸酶 (TYR)、酪氨酸酶相關蛋白 1 (TRP-1)、酪氨酸酶相關蛋白 2 (TRP-2); b: cAMP-MITF-色素沉著途徑
“曬黑”的經典途徑：紫外線照射導致角質形成細胞中的 DNA 損傷和 p53 活化，p53 激活 POMC，POMC 前蛋白裂解形成的 α-MSH。α-MSH 與黑素細胞膜中的 MC1R 結合，導致 cAMP 增加和 PKA 激活。活性的 PKA 使小眼相關的轉錄因子 (MITF) 增加，MITF 轉錄進而調節色素沉著酶，如 TYRP1、TRP2 和酪氨酸酶等。
■ Cell 高分闡述皮膚色素沉著的新機制
在今年 7 月 6 日，Cell 在線發表了 “NNT mediates redox-dependent pigmentation via a UVB-and MITF-independent mechanism”。這篇文章闡述了一種皮膚色素沉著的新機制，參與調節這一過程的主要為煙酰胺核苷酸轉氫酶 (NNT)，NNT 消耗調節細胞內氧化還原水平變化，影響酪氨酸酶降解，還參與調節真黑色素水平和色素沉著。
圖 2. 研究思路
■ NNT 敲低導致黑色素含量增加
在黑色素瘤細胞系 UACC257 中，siRNA 敲低 NNT 表達會導致黑色素含量的增加 (圖3a)。與此同時，siNNT 后色素沉著的增加被酪氨酸酶的敲低阻斷 (圖3b)，這表明 siNNT 介導的色素沉著對酪氨酸酶的依賴性。
由于 NNT 可以通過控制 NADPH 轉化來調節線粒體氧化還原水平，假設 NNT 沉默后色素沉著的增加是由氧化應激依賴性機制驅動的。實驗結果表明，NNT 的敲低導致 UACC257 細胞中 NADP/NADPH 比率的顯著增加，且誘導細胞溶質 ROS 增加 (圖3c)。而如圖 3d-e 所示，抗氧化劑 NAC 和 MitoTEMPO 會抑制 siNNT 介導的色素沉著增加。這些結果表明，NNT 通過依賴氧化還原的機制影響色素沉著。
a: siNNT 增加 UACC257 細胞的色素沉著; b: 酪氨酸酶敲低對 siNNT 色素沉著的影響; c: siNNT 處理后 UACC257 細胞中的 ROS 的變化; d-e: NAC 或 MitoTEMPO 處理 siNNT 誘導的人 UACC257 黑色素瘤細胞
■ NNT 消耗增強色素沉著，獨立于經典的 cAMP-MITF-色素沉著途徑
緊接著，作者開始探究 NNT 敲低后色素沉著的機制。首先研究了 NNT 敲低對 UACC257 細胞中關鍵黑色素生物合成因子的影響：siNNT 使得黑色素生物合成酶酪氨酸酶、TYRP1 和 TRP2/DCT 的水平顯著增加 (圖4a)，但對 MITF 蛋白和 mRNA 水平均沒有太大影響 (圖4b)。
經典 cAMP-MITF-色素沉著途徑中，cAMP 是紫外線誘導皮膚色素沉著的關鍵信使，然而，如圖 4c，Forskolin (cAMP 激活劑) 并不影響原代黑素細胞以及人皮膚組織在 UVB 照射條件下的 NNT 表達水平。這些結果表明，NNT 依賴性的色素沉著機制獨立于 cAMP-MITF 依賴性色素沉著途徑。
圖 4. NNT 介導的色素沉著機制
a: siNNT 處理 72 小時后 UACC257 黑色素瘤細胞的酪氨酸酶、DCT/TRP2 和 TYRP1 的表達; b: siRNA 轉染后 NNT、mMITF 和 TYRP1 的 qRT-PCR 分析; c: Forskolin 處理黑色素瘤細胞和皮膚組織
■ NNT 促進泛素蛋白酶體依賴性酪氨酸酶降解并調節黑素體成熟
改變 NNT 會影響酪氨酸酶和關鍵黑色素生成酶的蛋白質水平，假設 NNT 會影響某些黑素體蛋白質的穩定性。
如圖 5a 顯示，siNNT 顯著增加酪氨酸酶蛋白的穩定性，抗氧化劑 (NAC 或 MitoTEMPO) 會下調這種穩定性 (綠色框)。MG-132 是一種蛋白酶體抑制劑，可阻抑 NNT 過表達誘導的 UACC257 細胞酪氨酸酶蛋白穩定性降低 (圖5b)。
研究者們還觀察了原代人類黑素細胞中，NNT 表達對黑素體超微結構的影響。如圖 5c 所示，siNNT 導致晚期/色素沉著黑素體 (階段 III 和 IV) 的顯著增加，而 NNT 的過表達會導致向早期/無色素黑素體 (階段 I 和 II) 的轉變 (圖5d)，這些結果表明 NNT 通過蛋白酶體介導的酪氨酸酶蛋白降解誘導黑色素水平的變化，并調節黑素體中的成熟。
圖 5. NNT 敲低條件黑素體的成熟
a: siNNT 介導的增加的蛋白質穩定性被抗氧化劑阻斷; b: MG132 處理過表達 NNT 的 UACC257 細胞; c-d: 黑素體成熟的檢測
■ NNT 調節小鼠、斑馬魚和人類色素沉著障礙的色素沉著
2,3BD 是一種 NNT 的抑制劑，如圖 6a 所示，在人體皮膚模型上，2,3BD 可顯著誘導黑色素沉積。2,3BD 處理還可防止形成 UVB 誘導的 CPD (紫外輻射后的一種光產物)，并且 2,3BD 還顯著下調了 γ-H2AX (一種 DNA 雙鏈斷裂的標志物) 表達 (6b-c，綠色框)。2,3BD 誘導的色素沉著可以保護人體皮膚免受 UVB 誘導的 DNA 損傷。
研究者們選擇了 Nnt 突變純合子的 C57BL/6J 小鼠模型，與 C57BL/6NJ 野生型相比，如圖 6c 所示, NntC57BL/6J 小鼠顯示出皮毛色素沉著增加。
此外，如圖 6d, 還構建了斑馬魚 NNT 過表達模型，過表達 NNT 的斑馬魚 (NNT OE) 與空質粒斑馬魚胚胎相比，所觀察到黑色素細胞內色素沉著減少，使用 2,3BD 處理 NNT OE 魚阻止了 NNT 過表達誘導的黑素細胞色素沉著減少。
圖 6. NNT 敲低條件黑素體的成熟
a: 2,3BD 誘導皮膚色素沉積; b: 2,3BD 處理在 UVB 誘導條件下的 CPD 和 γ-H2AX 的表達變化; c: 純合子 nnt 敲除鼠色素沉積; d: 過表達 NNT (NNT OE) 的斑馬魚模型
小結：
這篇文章闡明了一種新的依賴于 NNT 的獨特色素沉著機制，與經典的 UVB-cAMP-MITF 曬黑途徑不同。
研究者們還用不同膚色的人皮膚組織進行了紫外線輻射，發現具有較深色素的皮膚確實受到了保護，免受紫外線造成的DNA損傷。
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參考文獻
1. David E. Fisher, Elisabeth Roider, et al. NNT mediates redox-dependent pigmentation via a UVB- and MITF-independent mechanism. Cell. 2021 Jun 29;S0092-8674(21)00757-1.
