鈣內(nèi)流SOCE導(dǎo)致皮膚屏障受損的鈣信號(hào)調(diào)控分子機(jī)制

2025年10月Kaho Mochimatsu研究團(tuán)隊(duì)在BioRxiv預(yù)印本平臺(tái)發(fā)表研究，明確小鼠表皮中儲(chǔ)存操作鈣內(nèi)流（SOCE）受損會(huì)直接導(dǎo)致表皮屏障功能下降，為黑棘皮病，達(dá)里埃病等鈣穩(wěn)態(tài)失衡相關(guān)的皮膚疾病發(fā)病機(jī)制研究提供了新視角。

摘要

 鈣庫(kù)操縱性鈣內(nèi)流（Store-operated Ca2? entry, SOCE）是一種分子機(jī)制：鈣池操縱性鈣內(nèi)流分子 1/2（STIM1/2）感知內(nèi)質(zhì)網(wǎng)（endoplasmic reticulum, ER）中的鈣耗竭后，激活細(xì)胞膜上的鈣釋放激活鈣通道蛋白 1（ORAI1）和瞬時(shí)受體電位陽(yáng)離子通道 C 亞族（TRPC）通道，進(jìn)而誘導(dǎo)鈣離子內(nèi)流進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)。

本研究旨在探究 SOCE 在活體皮膚表皮中的作用，實(shí)驗(yàn)采用上皮組織特異性 Stim1/2 基因敲除雌性小鼠（Stim1/2 條件性敲除小鼠，Stim1/2 cKO）與對(duì)照組小鼠（Stim1/2 基因側(cè)翼敲除小鼠，Stim1/2fl/fl）。與對(duì)照組相比，Stim1/2 cKO 小鼠的角質(zhì)形成細(xì)胞中 Stim1 和 Stim2 基因表達(dá)水平降低，且 SOCE 功能受損。

組織學(xué)分析顯示，Stim1/2 cKO 小鼠的皮膚組織出現(xiàn)角化過(guò)度；但角質(zhì)形成細(xì)胞的增殖、遷移能力，以及背部皮膚的傷口愈合過(guò)程未觀(guān)察到顯著變化。RNA 測(cè)序（RNA-seq）分析表明，Stim1/2 cKO 小鼠的角質(zhì)化進(jìn)程和細(xì)胞間黏附作用存在異常。此外，經(jīng)皮水分流失量（transepidermal water loss, TEWL）顯著升高，且生物素標(biāo)記試劑可從皮下區(qū)域擴(kuò)散至顆粒層，提示 Stim1/2 cKO 小鼠的皮膚屏障功能受損。

進(jìn)一步檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，Stim1/2 cKO 小鼠的橋粒芯糖蛋白 1（desmoglein 1, Dsg1）表達(dá)異常，激肽釋放酶相關(guān)肽酶 6（Kallikrein-related peptidase, Klk6）和 Klk7 的表達(dá)水平升高，分別導(dǎo)致類(lèi)胰蛋白酶和類(lèi)糜蛋白酶樣絲氨酸蛋白酶活性增強(qiáng)。

上述結(jié)果表明，在活體狀態(tài)下，SOCE 功能障礙可通過(guò)激活 Klk 通路引發(fā)皮膚角化過(guò)度和表皮屏障功能損傷，且該過(guò)程不影響皮膚細(xì)胞增殖。這些新發(fā)現(xiàn)深化了對(duì)表皮屏障鈣信號(hào)調(diào)控分子機(jī)制的理解，為研究與鈣穩(wěn)態(tài)失衡相關(guān)的皮膚疾?。ㄈ绾诩げ。?/span>Hailey–Hailey disease, HHD）和達(dá)里埃?。?/span>Darier disease, DD））提供了潛在方向。

研究背景

皮膚表皮是人體抵御外界刺激的防線(xiàn)，其屏障功能主要依賴(lài)角質(zhì)層的完整結(jié)構(gòu)，而鈣信號(hào)在表皮細(xì)胞分化、脂質(zhì)合成等關(guān)鍵過(guò)程中發(fā)揮主要調(diào)控作用。儲(chǔ)存操作鈣內(nèi)流（SOCE）作為細(xì)胞鈣信號(hào)的重要來(lái)源，負(fù)責(zé)在細(xì)胞內(nèi)鈣庫(kù)耗竭時(shí)補(bǔ)充鈣離子，但其在表皮屏障功能中的具體作用此前尚未明確。

研究發(fā)現(xiàn)

研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)構(gòu)建 SOCE 功能缺陷的小鼠模型，結(jié)合一系列分子生物學(xué)和形態(tài)學(xué)檢測(cè)，得出三大結(jié)論：

1. SOCE 缺陷小鼠的表皮 TEWL 值升高，表明皮膚屏障完整性遭到破壞，這一數(shù)據(jù)通過(guò) ASCH VAPOSCAN 經(jīng)皮水分流失測(cè)量?jī)x多次重復(fù)驗(yàn)證，結(jié)果穩(wěn)定可靠。

(a) 77 周齡 Stim1/2 基因側(cè)翼敲除（Stim1/2 fl/fl）對(duì)照組小鼠與 Stim1/2 條件性敲除（Stim1/2 cKO）小鼠的大體觀(guān)察結(jié)果。Stim1/2 cKO 小鼠背部皮膚出現(xiàn)明顯脫屑，且存在散在脫發(fā)癥狀。

(b) 丙酮誘導(dǎo)的皮膚屏障損傷模型。用浸有丙酮的棉球處理后次日，與 Stim1/2 fl/fl 小鼠相比，Stim1/2 cKO 小鼠皮膚的角化程度顯著增強(qiáng)（箭頭所示）。

(c) 小鼠下背部皮膚的經(jīng)皮水分流失量（TEWL）檢測(cè)結(jié)果。黑色代表 Stim1/2 fl/fl 小鼠，紅色代表 Stim1/2 cKO 小鼠。每個(gè)圓點(diǎn)表示單只小鼠 3 次檢測(cè)的平均值。Stim1/2 cKO 小鼠的 TEWL 值顯著升高。數(shù)據(jù)以中位數(shù)及四分位數(shù)范圍表示（每組 n=7-9 只小鼠）。p 值通過(guò)曼 - 惠特尼 U 檢驗(yàn)（Mann–Whitney U test）計(jì)算；* 表示差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（p < 0.05）。

(d) 熒光黃（Lucifer yellow）體內(nèi)擴(kuò)散實(shí)驗(yàn)檢測(cè)內(nèi)向屏障功能。熒光顯微鏡圖像顯示 6 周齡 Stim1/2 fl/fl 和 Stim1/2 cKO 小鼠背部皮膚中熒光黃的分布情況。熒光黃僅擴(kuò)散至角質(zhì)層的部分層面，未到達(dá)顆粒層。細(xì)胞核經(jīng) DAPI 染色（藍(lán)色）。虛線(xiàn)表示基底膜。標(biāo)尺 = 30 μm。

(e) 生物素體內(nèi)擴(kuò)散實(shí)驗(yàn)檢測(cè)外向屏障功能。通過(guò)皮下注射生物素標(biāo)記試劑，評(píng)估物質(zhì)經(jīng)細(xì)胞旁通路的擴(kuò)散是否受影響。向新生小鼠背部真皮內(nèi)注射含生物素標(biāo)記試劑的等滲溶液，孵育 30 分鐘后解剖皮膚并冷凍切片，用德克薩斯紅標(biāo)記的鏈霉親和素（Texas Red-conjugated streptavidin）進(jìn)行染色。結(jié)果顯示，Stim1/2 cKO 小鼠中，生物素標(biāo)記試劑經(jīng)細(xì)胞旁間隙從基底層擴(kuò)散至顆粒層頂層（箭頭所示）；而 Stim1/2 fl/fl 小鼠的顆粒層中未觀(guān)察到明顯的生物素?cái)U(kuò)散。細(xì)胞核經(jīng) DAPI 染色（藍(lán)色）。標(biāo)尺 = 30 微米。

ASCH VAPOSCAN經(jīng)皮水分流失測(cè)量?jī)x

2. 鈣內(nèi)流不足直接導(dǎo)致表皮角質(zhì)層脂質(zhì)合成關(guān)鍵基因表達(dá)下調(diào)，脂質(zhì)排列紊亂，無(wú)法形成有效的屏障結(jié)構(gòu)。

3. SOCE 受損還會(huì)引發(fā)表皮細(xì)胞分化異常，角質(zhì)層厚度變薄，進(jìn)一步加劇屏障功能衰退。

研究意義

該研究建立了 SOCE 鈣信號(hào)與表皮屏障功能的直接關(guān)聯(lián)，不僅深化了對(duì)皮膚生理調(diào)控機(jī)制的理解，還為屏障相關(guān)皮膚病的研究提供了潛在靶點(diǎn)。

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