四年研究酝酿4个惊喜——光敏蛋白家族成员如何调节人类肤色

在一系列令人惊讶的发现之后，一组科学家确定了视蛋白3（opsin 3）在调节人体皮肤颜色以响应紫外线中的作用……

　　

布朗大学的一个研究小组发现，视蛋白3（opsin 3）——一种与视紫红质密切相关的蛋白质，允许人产生低光视觉——在调节人体皮肤色素量（决定皮肤颜色）中也起作用。

当人类裸露皮肤在没有适当保护的情况下，太阳紫外线（UV）辐射会向皮肤发出信号，使皮肤产生更多的黑色素，黑色素可以防止辐射引起的癌症，但会使人变黑。太阳紫外线辐射被分为两个主要部分：短波辐射（UVB）和长波辐射（UVA）。皮肤以不同方式检测不同波长；紫外线如何使人类变成棕褐色，这一点已经为人所知了一段时间。

另一方面，科学家对皮肤如何检测和响应UVA（在太阳光紫外线辐射中占比较多）知之甚少。布朗大学分子药理学、生理学和生物技术系的副教授Elena Oancea一直在研究这个问题。

2015年，她的团队发现了第一条线索，表明产生黑色素的生黑素细胞（melanocytes）含有丰富的视蛋白3，他们认为视蛋白3可能是检测UVA和通知增加黑色素生产的受体。

四年后，4个重大惊喜紧随而来。5月16日，研究小组在《PNAS》杂志上发表了他们的新发现。

“我们已经发现视蛋白3在人类生黑素细胞中的作用，并找到了使视蛋白3实现这一功能的分子步骤，”Oancea说。“视蛋白3调节细胞产生多少色素，但令人惊讶的是，它竟然是独立于光的。这种机制是视蛋白的一种新范式。一旦我们了解了更多关于视蛋白3的知识，它可能是治疗色素沉着障碍的一个好靶点。”

他们最初假设，视蛋白3检测到紫外线辐射，导致钙离子淹没生黑素细胞并引发黑色素生产。

研究小组开始实验。Rana Ozdeslik当时还是一名博士生，她于2017年从Brown获得了博士学位，并作为研究助理继续从事该项目工作，她利用基因工程工具大大减少了实验室培养人类生黑素细胞中的视蛋白3的数量。

当Ozdeslik将几乎不含视蛋白3的皮肤细胞暴露在紫外线下时，它们仍然会产生大量的钙离子。意味着他们最初的假设是错误的。

“我们的第一个大惊喜是视蛋白3并非紫外线检测器，”Oancea说。

在研究小组计划下一步的时候， Ozdeslik观察到没有视蛋白3的皮肤细胞颜色要深得多。这是第二个惊喜。事实上，当他们测量黑色素时，生黑素细胞在没有视蛋白3的情况下产生更多的色素。

随后，布朗的博士生Lauren Olinski加入了团队。他们发现视蛋白3改变了黑皮质素-1受体（melanocortin-1 receptor）的活性，这是一种已知能增加环磷酸腺苷（cAMP）合成的蛋白质，而环磷酸腺苷（cAMP）是一种引发黑色素产生的分子信号。视蛋白3通过降低黑皮质素-1受体介导的cAMP水平来调节黑色素。这是该项目的第三个惊喜。

研究小组确定，正如预期的那样，视蛋白3结合视黄醛（维生素A的一种形式），视黄醛对所有与视紫红质相关的蛋白质中的光感应都是必不可少的。然而，他们检测到视蛋白3未吸收任何波长的光。这是他们的第四个惊喜，而Oancea仍然觉得很困惑。她说视黄醛有可能起到某种结构作用，或者视蛋白3所吸收的波长范围不容易测量。

最终，研究小组确定，视蛋白3通过降低一个重要分子信号的水平来减少皮肤细胞中黑色素的产生，但这种调节似乎不是由光触发的。

既然他们已经确定了视蛋白3在皮肤色素沉着中的作用，研究小组正在努力搞清楚视蛋白3在身体的其他部位产生了什么，它可能具有什么样的功能。Olinski正在研究视蛋白3在大脑中的作用位置和方式，这里是它首次被发现的地方。

视蛋白3可以调节黑色素细胞的生成量，这一发现表明，视蛋白3可能是治疗色素沉着障碍的靶点。一些色素沉着障碍以黑色素过多为特征，而白化病以黑色素过少为特征，后者大大增加了患者对太阳紫外线辐射的敏感性和对皮肤癌的易感性。大多数色素沉着障碍没有有效的治疗方法。“在科学家有能力靶向皮肤中的视蛋白3之前，”Oancea说。“需要了解它在身体其他部位的作用，并学习如何打开或关闭它的活动。”

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原文检索:Human nonvisual opsin 3 regulates pigmentation of epidermal melanocytes through functional interaction with melanocortin 1 receptor

（生物通：伍松）