研究人员发现一种光敏蛋白家族成员是如何调节皮肤颜色的

位于美国罗德岛州普罗维登斯[布朗大学]——布朗大学的一个研究小组发现，视蛋白3——一种与视紫红质密切相关的蛋白质，这种蛋白质能使人在低光线下看东西——在调节人类皮肤中产生的色素的数量上有作用，而色素的数量是决定皮肤颜色的因素。

当人类在没有适当的皮肤保护的情况下长时间呆在阳光下，太阳的紫外线(UV)辐射会向皮肤发出信号，让皮肤产生更多的黑色素——黑色素可以保护皮肤免受辐射致癌的影响——并使皮肤变黑。太阳紫外线辐射分为短波长辐射和长波长辐射两部分。皮肤以不同的方式检测每一部分;一段时间以来，人们已经知道UVB是如何使人类皮肤晒黑的。

另一方面，科学家对皮肤如何检测和响应UVA知之甚少，UVA是一种更丰富的太阳紫外线辐射。布朗大学分子药理学、生理学和生物技术系副教授埃琳娜·欧安西亚(Elena Oancea)一直在研究这个问题。2015年，当她的团队首次发现黑色素细胞(产生黑色素的特殊皮肤细胞)富含视蛋白3的线索时，他们认为视蛋白3可能是检测UVA并发出黑色素生成增加信号的受体。

四年后的5月16日星期四，研究小组的发现发表在《美国国家科学院院刊》(Proceedings of the National Academy of Sciences)上。

“我们已经发现了视蛋白3在人类黑素细胞中的作用，并找出了使视蛋白3实现这一功能的分子步骤，”Oancea说。“Opsin 3调节细胞产生多少色素，但令人惊讶的是，它不依赖于光。这一机制为视蛋白研究提供了一种新的范式。一旦我们对opsin 3有了更多的了解，它可能成为治疗色素沉着疾病的一个很好的靶点。”

根据他们最初的假设，opsin 3能够检测到UVA辐射，导致钙离子大量涌入黑色素细胞，并触发黑色素的生成。Rana Ozdeslik是一名博士生，2017年在布朗大学获得博士学位，并继续以助理研究员的身份从事该项目。

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

“我们第一个大惊喜是opsin 3不是UVA探测器，”Oancea说。

Oancea说，当研究小组计划下一步时，Ozdeslik观察到，没有opsin 3的皮肤细胞看起来要暗得多。这是第二个惊喜。事实上，当他们测量黑色素时，黑素细胞在没有视蛋白3的情况下产生了更多的色素。下一步是弄清楚怎么做。

在研究过程中，布朗大学的博士生劳伦·奥林斯基(Lauren Olinski)加入了这个团队。他们共同发现，opsin 3改变了黑色素皮质酮-1受体的活性，这种蛋白被认为能促进环腺苷单磷酸(cAMP)的合成，而cAMP是一种触发黑色素生成的分子信号。Opsin 3通过降低黑素-1受体产生的cAMP水平来调节黑色素。这是该项目的第三个惊喜。

研究小组发现，正如预期的那样，视蛋白3与视网膜结合。视网膜是维生素a的一种形式，对所有视紫红质相关蛋白的感光都至关重要。然而，他们无法检测到opsin 3吸收任何波长的光。这是他们的第四个惊喜，也是Oancea仍然感到相当困惑的一个惊喜。她说，视网膜可能有某种结构上的作用，或者视蛋白3吸收的光的波长范围不容易测量。

最终，研究小组确定，opsin 3通过降低一种重要分子信号的水平来降低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。

现在他们已经确定了视蛋白3在皮肤色素沉着中的作用，研究小组正试图了解身体其他部位产生的视蛋白3，以及它可能具有的功能。奥林斯基正在努力确定视蛋白3在大脑的哪个部位以及如何起作用，它最初是在哪里被发现的。

opsin 3可以调节黑素细胞产生多少色素，这一发现表明，opsin 3可能是治疗色素沉着障碍的一个目标。色素沉着障碍的特征是黑色素过多;色素沉着障碍，如白化病，其特征是黑色素过少，这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敏感性。大多数色素沉着疾病没有有效的治疗方法。Oancea说，在科学家能够瞄准皮肤中的视蛋白3之前，他们需要了解它在身体其他部位的作用，并学习如何开启或关闭它的活动。

除了Oancea, Ozdeslik和Olinski，论文的其他作者还包括来自布兰代斯大学的Melissa Trieu和Daniel Oprian。

这项研究得到了美国国立卫生研究院(资助号R01 AR066318和T32 GM077995)、Suna和Inan Kirac基金会以及布朗大学的内部资助。