酶体在正常细胞代谢过程中会产生活性氧簇(ROS)。机体处于病理状态(如炎症和癌症)以及受外源性刺激后(UV或化学物质)可使机体ROS的产量增加，其中UV是诱导机体生成ROS的主要来源之一。表皮中的黑素细胞具有合成黑素的特殊功能(UV诱导晒黑过程或炎症后的色素沉着)，氧化应激能够破坏黑素细胞的内稳态，同时还能危害其生存或导致其恶性变。

一、黑素和黑素细胞的氧化还原状态

黑素合成的过程包括氧化反应以及超氧阴离子(O2⁃)和过氧化氢(H2O2)的产生，因此，黑素细胞特别容易发生氧化应激。然而，黑素合成的意义在于产生黑素小体保护其他细胞成分免受氧化应激的损伤。酪氨酸酶是黑素合成的限速酶，可以将酪氨酸氧化成多巴、然后多巴生成多巴醌，后者是一种特定的邻醌，能够与亲核化合物(如硫醇或氨基)反应。酪氨酸酶的催化活性导致的O2⁃产生。多巴醌通过氧化还原交换转化为多巴色素。在自发脱羧反应之后，多巴色素或者被氧化为吲哚醌而生成双羟基吲哚(5，6⁃DHI)，或者通过酪氨酸酶相关蛋白2(TRP⁃2)互变异构之后产生双羟基吲哚羧酸(5，6⁃DHICA)，接着5，6⁃DHICA转化为相应的醌类。此外，TRP⁃2通过增加谷胱甘肽的水平以及减少自由基诱导的醌类的毒性和DNA损害来抵御氧化应激。从吲哚至醌类的氧化还原循环会产生ROS。上述活性醌类的聚合最终导致褐色/黑色的真黑素形成。红-黄色褐黑素与真黑素的区别在于前者的硫醌比值较高，其合成涉及半胱氨酸-多巴(而不是多巴)的生成，后者被转化为苯并噻嗪衍生物。这些差异导致褐黑素光诱导的促氧化性比真黑素更强。

在皮肤中，黑素的促氧化性和抗氧化性之间的平衡主要取决于真黑素与褐黑素的相对含量、黑素中间产物的水平、黑素小体微环境内活性金属的浓度。有关于黑素或黑素中间产物作为促或抗氧化剂作用相互矛盾的报道。有报道显示，构成性色素沉着与体外培养的人黑素细胞的催化活性和人皮肤中硫氧还蛋白还原酶的水平直接相关。UV照射后诱导产生的H2O2与构成性色素沉着呈负相关，提示黑素具有抗氧化作用。作为DNA氧化损伤主要形式，8羟基脱氧鸟苷(8⁃OHdG)的诱导和多种碱基切除修复(BER)基因的表达在黑素细胞中高于角质形成细胞。而矛盾的是，有报道显示，在体外培养条件下，相比低黑素含量，高黑素含量的人黑素细胞更易遭受UVA损伤，但受过氧化氢诱导的DNA氧化损伤较少。据报道，人黑素细胞或小鼠黑素瘤细胞中黑素生成这一刺激可以增加UVA诱导的DNA损伤。相反，体外培养条件下人黑素细胞中α黑皮质素(α⁃MSH)对黑素生成的刺激可以增加过氧化氢酶活性和含量，并显著减少UV诱导的H2O2生成。在人黑素瘤细胞中，增加的黑素可以抵御UV或过氧化氢诱导的线粒体DNA损伤。有研究将纯的外源性黑素或黑素中间产物添加至培养的细胞或裸DNA中，该报道推动了关于黑素及其中间产物是具有促氧化作用还是抗氧化作用的争论。尽管这些数据支持黑素具有氧化特性，但由于黑素通常是被包裹在黑素小体内，所以实际的实验条件不太可能模拟人体生理环境。

二、旁分泌因子可激活黑素细胞抗氧化防御系统

人表皮黑素细胞内稳态的维持主要是通过一个复杂的旁分泌网络(由表皮角质形成细胞和真皮成纤维细胞合成的生长因子和细胞因子)来维持的，并受UV调节。角质形成细胞源性内皮素1是一种有效的丝裂原和黑素生成因子，可以减少H2O2的产生和UV照射后人黑素细胞的凋亡。α⁃MSH和促肾上腺皮质激素(ACTH)均由角质形成细胞和黑素细胞合成，通过结合并激活黑皮质素1受体(MC1R)刺激真黑素的合成和黑素细胞的存活及增殖。MC1R是一种表达在黑素细胞表面的Gs蛋白偶联受体。用α⁃MSH处理能够使UV诱导体外培养的人黑素细胞生成H2O2量迅速减少。此外，α⁃MSH可以增加过氧化氢酶的蛋白水平和活性，并中和UV对该酶的抑制作用。用α⁃MSH处理可以减少UV照射后黑素细胞中8⁃oxodG的诱导，并增强其修复，同时还可以降低H2O2诱导的DNA氧化损伤。需要结合并激活MC1R的α⁃MSH抗氧化作用不存在于MC1R功能表达缺失的黑素细胞，并且可被生理性MC1R拮抗剂刺鼠信号蛋白抑制。这些结果证实了活化的MC1R对保护黑素细胞免受氧化应激的重要性。

p53的激活是一种重要机制，活化的MC1R可以经此减少黑素细胞中的氧化应激。值得注意的是，p53可以通过增加人黑素细胞中酪氨酸酶的表达和鼠角质形成细胞中类吗啡样神经肽(黑皮质素的前体)的表达来调控色素沉着。α⁃MSH结合对MC1R的激活通过增加p53Ser15位点的磷酸化水平，增加了UV诱导的人黑素细胞中p53的蓄积。用α⁃MSH处理还可以通过一种p53依赖性机制增加BER酶OGG1和APE⁃1的水平。

此外，α⁃MSH对MC1R的激活可以通过上调抗氧化基因包括血红素氧合酶1(HO⁃1)、铁蛋白和过氧化物氧化还原酶1的表达调控细胞内氧化还原状态。α⁃MSH可以激活大量已知的可以调控黑素细胞氧化还原状态的转录因子。在正常人黑素细胞和黑素瘤细胞中，氧化还原传感器APE⁃1是Mitf的靶点，后者是黑素细胞生存和功能的主要调控子。用α⁃MSH处理人黑素细胞可以上调Mitf以及APE⁃1。黑素细胞还表达Nrf⁃2(一种上调第二阶段解毒酶基因表达的重要转录因子)及其主要靶标是HO⁃1。α⁃MSH可以增加体外培养的人黑素细胞中Nrf⁃2基因及其靶基因HO⁃1、γ谷氨酰半胱氨酸合成酶和谷胱甘肽⁃S⁃转移酶Pi的表达，并解除UV对Nrf⁃2及其靶标的抑制作用。另一种由α⁃MSH激活的转录因子是NFκB，已知由TNF⁃α和ROS激活。用α⁃MSH处理的黑素细胞可以通过增加Bcl2(已知的NFκB和Mitf的靶标)的蛋白水平抑制UV诱导的凋亡。

三、黑素瘤中氧化应激的重要性

日光是导致皮肤中ROS形成的主要诱因，也是引起皮肤癌的主要因素。UVA和(或)UVB可损伤皮肤自身的抗氧化防御系统，导致其ROS水平增加。急性的UV照射是黑素瘤产生主要的致病因素。用UV(75%UVB和25%UVA)照射体外培养的人黑素细胞可以导致快速的剂量依赖性H2O2生成，随后降低过氧化氢酶的活性和蛋白水平，并减少HO⁃1的表达。UVB照射人OGG1蛋白(一种重要的BER酶)可以导致其失活。

氧化应激可导致或加剧几种黑素瘤相关基因的突变。激活V600EBRAF突变(通常在痣和黑素瘤中表达的一种体细胞突变)可能受氧化应激的诱导。在黑素细胞中，p16是一种重要的氧化应激调控子，其在培养的人黑素细胞中的消耗可以显著增加ROS水平。相比角质形成细胞和成纤维细胞，黑素细胞对p16的消耗更敏感，表明p16基因的突变与黑素瘤有关。PTEN的缺失与黑素瘤的发展相关，可能是因为Akt的持续活化使超氧阴离子增加所致。与黑素瘤风险增加相关的MC1R等位基因的功能缺失不能对α⁃MSH产生应答，因此可以引起人黑素细胞中持续的氧化应激。此外，氧化应激能够通过脂质过氧化物(灭活DNA修复酶)影响核苷酸切除修复(针对UV诱导性DNA光产物的主要修复路径)。属于抗氧化基因谷胱甘肽⁃S⁃转移酶家族的GSTM1和GSTT1的零多态性与高黑素瘤风险相关，尤其是在有日晒伤病史的患儿中。在谷胱甘肽⁃S⁃转移酶基因GSTP1中的一个SNP(可以降低酶的活性)与黑素瘤的易感性以及在与MC1R突变型等位基因共表达时黑素瘤风险的进一步增加相关。这些结果有力证实了氧化应激促进了黑素瘤的发生。

越来越多的证据显示，黑素瘤中存在异常的氧化还原状态。来源于黑素瘤患者的黑素细胞由于内源性抗氧化失衡，其对氧化剂的敏感性增强。与正常黑素细胞相比，黑素瘤细胞内的O2⁃水平较高，可以异常激活转录因子NF⁃κB和AP⁃1。而且与正常黑素细胞相比，黑素瘤细胞表达较高水平的一氧化氮合酶，因此能产生较高水平的一氧化氮，这种增加与黑素瘤的疾病阶段有关。氧化应激在黑素瘤中的重要性得到进一步证实，即抗氧化剂N⁃乙酰半胱氨酸可以在HGF⁃生存素黑素瘤小鼠模型中抑制肿瘤的形成，以及一氧化氮合酶的选择性抑制剂可以抑制黑素瘤细胞的生长和转移潜能。因此，抗氧化剂被认为可以预防及治疗黑素瘤。

已有多个研究团队对氧化应激下异常黑素合成和黑素瘤的关系进行了研究。有研究发现，黑素瘤的前体，即发育不良痣的ROS增加，褐黑素、硫、铁和钙的水平均很高，与此同时DNA的损伤更多。有报道显示，在HGF小鼠中，UVA诱导的黑素瘤的频率随着黑素光反应性氧化过程的皮肤着色而增加。相反，HGF小鼠中肿瘤的形成受到抗氧化剂N⁃乙酰半胱氨酸的抑制。人皮肤对UVA诱导的色素沉着缺乏自身的光防护特性，表明UVA照射(如日光浴床)不是一种安全的举措。近期有研究者发现，伴有mc1r功能缺失和共表达激活BRAFV600E突变的隐性黄色小鼠与白化对照组相比，更多发展为侵袭性黑素瘤，并且这种褐黑素可以引起DNA氧化损伤。他们推测，黑素瘤的起因是褐黑素合成所致的DNA氧化损伤，而与UV照射无关。人黑素细胞同时合成真黑素和褐黑素，而不像隐性黄色小鼠的黑素细胞只合成褐黑素，这些结果如何适用于人类色素沉着和黑素瘤的研究值得进一步探讨。这些色素的比值可以决定对黑素细胞氧化还原状态尤其是UV照射的整体效应。同时，人黑素细胞与小鼠黑素细胞合成的真黑素和褐黑素及其中间产物可能在化学结构上有所不同，可能影响其促氧化或抗氧化的特性。考虑到真黑素是一种ROS清除剂，因此可以推测真黑素的减少(如皮肤白皙的个体)或缺乏(如隐性黄色小鼠)使得黑素细胞更易受氧化应激的损伤，从而增加罹患黑素瘤的风险。

四、白癜风中的氧化应激和黑素细胞缺失

有证据显示，氧化应激是白癜风发生发展的关键因素。通过比较黑素细胞受UVB诱导的死亡发现，相比正常黑素细胞，白癜风患者的黑素细胞敏感性更高，归因于其缺乏应对增强的氧化应激能力。有进一步证据显示，白癜风患者非皮损区皮肤内黑素细胞对物理或化学性氧化应激的敏感性被夸大了。已知白癜风患者表皮内H2O2(1mmol/L)和过氧亚硝基的水平均非常高，同时伴有过氧化氢酶水平和活性的降低，这可以影响免疫应答。高水平的H2O2可以使蛋氨酸亚砜还原酶(MSR)A、B和硫氧还蛋白/硫氧还蛋白还原酶失活且浓度降低，从而促进白癜风病变中的氧化应激和黑素细胞死亡。同时发现表皮内高水平的H2O2可以使阿黑皮素原衍生的生物活性肽ACTH氧化，这种效应能够通过假过氧化氢酶处理而减轻。这些结果证实，白癜风皮肤的促氧化状态是黑素细胞死亡的原因所在。

转录因子Nrf⁃2与白癜风的发病机制有关。Nrf⁃2基因的等位基因突变型A⁃650被认为是白癜风的一个风险因素。有报道显示，与非皮损区相比，白癜风皮损区表皮内的Nrf⁃2及其靶标NQO⁃1、γ⁃谷氨酰半胱氨酸合成酶催化和调节亚基(分别为GCLC和GCLM)的转录水平增加。然而，亲电子化合物姜黄素和檀香醇对Nrf⁃2及其靶基因HO⁃1、NQO⁃1、GCLC和GCLM的诱导在白癜风非皮损区是明显的，但皮损区除外，进一步证实了白癜风病变中氧化还原自稳态的破坏。用PUVA治疗白癜风患者可以增加皮肤中Nrf⁃2靶标HO⁃1的表达。培养的白癜风非皮损区黑素细胞与其正常对照相比较，前者响应UVA照射或酚类化合物4⁃叔丁基酚对HO⁃1的诱导大于后者，证实白癜风患者的黑素细胞对氧化应激更加敏感。

对于白癜风患者的皮肤，正常水平和(或)活性的其他抗氧化剂及BER酶可以加剧氧化应激诱导的黑素细胞死亡。过氧化氢酶的等位基因突变型与白癜风相关，已发现在白癜风中几种抗氧化酶如，过氧化氢酶、谷胱甘肽过氧化物酶和谷胱甘肽还原酶的水平发生改变，解释了表皮内过氧化氢持续高水平的原因所在。有研究显示，在白癜风皮损区和非皮损区，BER酶OGG1、APE1和DNA聚合酶β的水平均增加。除了高水平的过氧化氢之外，还可以在皮损区和非皮损区内检测到高水平的诱生型一氧化氮合酶(iNos)，以及在白癜风患者的皮肤和血浆中检测到8⁃oxoG增加，进一步证实白癜风中氧化应激是普遍存在的。

五、针对氧化应激通路治疗黑素瘤和白癜风

了解健康及病变黑素细胞中存在的氧化还原相关机制的主要益处是能够利用这些通路进行有效的靶向性治疗和实施预防措施。白癜风患者皮肤的色素脱失以表皮内高水平的过氧化氢和过氧亚硝基为特征，可以通过降低过氧化氢的水平来恢复其色素沉着，如采用窄波段UVB激活假过氧化氢酶。治疗黑素瘤(以异常氧化还原状态为特征)有两种不同的策略。第一种策略，使用增强ROS清除能力的试剂，通过抑制过氧化氢信号(其介导了生长因子的增殖效应，并抑制蛋白酪氨酸磷酸酶的活性，如PTEN)抑制黑素瘤的生长。超氧化物歧化酶、谷胱甘肽过氧化物酶或过氧化氢酶的过度表达可以减慢肿瘤细胞的生长。越来越多的证据显示，抗氧化剂有作为化学预防性药物抑制黑素瘤发生和发展的功效。使用抗氧化剂NAC或硒可以延缓UV诱导性黑素瘤的发生。Honikiol是一种有效的超氧化物和氢过氧自由基清除剂，可以抑制黑素瘤细胞的体外生长。一氧化氮的选择性抑制剂可以减缓黑素瘤细胞的生长和转移。硒可以增加谷胱甘肽过氧化物酶的活性和谷胱甘肽的水平，还可以缩小在体人黑素瘤异种移植的大小，以及抑制体外人黑素瘤细胞的生长。用cAMP诱导剂如α⁃MSH处理人黑素瘤细胞系，可以抑制其增殖，部分是由于抑制了氧化应激所致。第二种策略，使用引起细胞凋亡的药物(不进行ROS清除)来治疗黑素瘤。这类药物包括丁硫氨酸亚砜胺(耗尽谷胱甘肽)和戒酒硫(抑制铜、锌超氧化物歧化酶)，二者都可以抑制体外黑素瘤细胞的增殖。此外，槲皮素、莫特沙芬钆、美法仑和顺铂可以抑制硫氧还蛋白，可以有效杀死癌细胞。已知可以抑制APE⁃1/Ref⁃1核酸内切酶活性的白藜芦醇能够使黑素瘤细胞对DNA烷化剂敏感。

上述几种药物联合治疗能够协同抑制黑素瘤的生长。只有理解氧化应激通路在色素生成、黑素细胞增殖和恶性转化中的复杂性，才能开发临床有效的化合物，并为罹患色素性皮肤疾病和黑素瘤的患者提供希望。

来源： Denat L, Kadekaro AL, Marrot L, LeachmanS,Abdel⁃MalekZA.Melanocytesasinstigatorsand victimsofoxidativestress[J].JInvestDermatol,2014,134(6) : 1512⁃1518.