Hans Journal of Medical Cosmetology
Vol.1 No.1(2013), Article ID:12461,4 pages DOI:
Serotonin and Scleroderma
1Department of Dermatology, The Affiliated Huadu Hospital of Southern Medical University, The People’s Hospital of Huadu District, Guangzhou
2Department of Clinical Medicine, Zhuhai Campus of Zunyi Medical College, Zhuhai
3Department of Dermatology, The First Affiliated Hospital of Chongqing University of Medical Science, Chongqing
Email: huangjianguo11@sina.com, hngjianguo@yahoo.com
Received: Jul. 22nd, 2013; revised: Aug. 13th, 2013; accepted: Sep. 1st, 2013
Copyright © 2013 Jianguo Huang et al. This is an open access article distributed under the Creative Commons Attribution License, which permits unrestricted use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited.
ABSTRACT：
Scleroderma is one of the autoimmune diseases characterized by inflammation, vascular dysfunction and skin sclerosis. As the vasoactive amine substances and inflammatory mediators, serotonin (5-HT) can stimulate the dermal fibroblast proliferation; 5-HT/5-HT2B signal are associated with skin tissue fibrosis through regulating vascular injury and platelet activity. The clinical application of tropisetron (5-HT3 receptor inhibitor) obtains obvious effects in the treatment of patients with scleroderma. Study on the relationship between 5-HT and scleroderma will inaugurate a new way for the treatment of scleroderma.
Keywords: Serotonin; Scleroderma
5-羟色胺与硬皮病
黄建国1，龚启英1，黄朝頔2，李桂明3
1南方医科大学附属花都医院皮肤科，广州市花都区人民医院，广州
2遵义医学院珠海校区临床医学，珠海
3重庆医科大学第一医院皮肤科，重庆
Email: huangjianguo11@sina.com, hngjianguo@yahoo.com
摘 要：
硬皮病是自身免疫性疾病之一，以血管功能障碍、炎症和皮肤硬化为特征。5-羟色胺(5-HT)作为血管活性胺类物质，炎症介质能刺激真皮成纤维细胞增殖；5-HT/5-HT2B信号通过调控血管损伤和血小板活性从而与皮肤组织纤维化有关联。临床上采用5-HT3受体抑制剂托烷司琼(tropisetron)治疗硬皮病患者取得明显效果。研究5-HT与硬皮病的关系对治疗硬皮病将开辟一条新的途径。
收稿日期：2013年7月22日；修回日期：2013年8月13日；录用日期：2013年9月1日
关键词：5-羟色胺；硬皮病
1. 引言
硬皮病是危害人民健康的重大疾病之一，全球每年发病率达百万分之二十，整体死亡率为23%，自诊断之日起平均幸存期为9.1年。该病的主要死因是全身各器官组织纤维化，导致功能衰竭。但该病的病因及发病机制至今仍不清楚；早期病变63%仍局限于皮肤组织纤维化。由此可见，弄清该病的病因及发病机制，在皮肤组织纤维化早期用药物干预以控制其发展，是控制疾病发展的关键。然而至今无高效低毒的药物用于该病的治疗[1]。
因硬皮病病人均有血管功能障碍、炎症和皮肤硬化，说明血管系统的改变、免疫系统的异常和成纤维细胞功能调节障碍及随之发生的胶原合成的增加，这三个途径在发病过程中起着重要的作用。故目前的治疗主要是针对上述各种异常情况的，这些治疗虽不能根治硬皮病，但能缓解或减轻病人的症状[1]。那么5- 羟色胺(serotonin, 5-Hydroxytryptamine，简称5-HT)作为血管活性胺类物质，炎症介质是否在硬皮病发病中伴演重要角色呢？本文试图探讨5-HT在皮肤组织纤维化中的作用机制，从5-HT通过皮肤血管，纤维化以及5-HT类药物治疗硬皮病多方面综述5-HT与硬皮病的关系。
2. 5-羟色胺影响皮肤组织纤维化而 参与硬皮病的发病
系统性纤维化疾病，例如系统性硬皮病(Systemic scleroderma, SSc)，和器官特异性纤维化，例如肾纤维化，特发性肺纤维化，和肝硬化都具有相同的病理生理学机制[1]。SSc病死率极高，早期诊断困难，是临床迫切需要解决的关键科技问题[1]。
组织纤维变性是由于异常活化的成纤维细胞产生细胞外基质的释放增加所致。这种积聚的细胞间基质扰乱了生理性组织结构，导致器官功能障碍、出现高发病率以及增加感染患者的死亡率[1]。可是，病理性成纤维细胞活性的机制还不清楚。针对成纤维细胞分子活性的选择性治疗途径还不能应用于临床[1]。
人类皮肤能产生和将其转化成褪黑(激)素(melatonin, MT)，形成皮肤5-羟色胺能系统/褪黑素能系统(cutaneous serotoninergic/melatoninergic system, 5-HTs/MTs，简称5-羟色胺能系统，5-HTs)，该系统包括5-HT及其代谢中的关键酶和重要代谢成分(如：MT)[2,3]。最近研究发现黑色素细胞(Melanocyte, MC)是人类皮肤5-HT的来源。5-HT可能是由MC产生并在原位转化成N-乙酰5-HT (NAS)和MT或释放入细胞间质中被角质形成细胞吸收代谢成NAS和MT。这种多步骤的通路是开始于色氨酸羟化酶(TPH，编号EC (1.14.16.4)催化下的L-色氨酸的羟化反应。紧接着由5-羟色氨酸脱羧酶(AAD，编号EC 4.1.1.28)催化脱羧形成5-HT，尔后由芳香烷基胺-N-乙酰基转化酶(AANTA, EC 2.3.1.87)作用下乙酰化生成NAS，进一步由羟吲哚氧化甲基转移酶(HIOMT)催化甲基化生成褪黑(激)素(MT)[4]。人类黑素瘤细胞能合成和代谢5-HT及MT[4]。黑素细胞是神经嵴来源的细胞，正常或恶性的，能承担特征性的代谢通路的表达及产生黑素。MT对黑色素细胞可能有显著的作用，它能抑制黑素产生(在药理剂量下)或黑素瘤增值(在生理浓度下)[3-5]。我们试想：人类成纤维细胞能否合成和代谢5-HT及MT呢？目前尚不清楚。
最近研究发现人类皮肤及人工培养的正常皮肤，病理性皮肤均有5-羟色胺能系统的表达，并且对皮肤细胞的增殖及和凋亡产生作用[4]。在上述所有受检样本中出现5-HT、MT和褪黑素相关受体(melatoninrelated receptors, MRR)表达同源5-羟色胺2B受体(the 5-hydroxytryptamine (2B) receptor, 5-HT2B)，5-羟色胺7受体(the 5-hydroxytryptamine (7) receptor, 5-HT7)，和MT1基因[1,3,4]。5-HT对MC在不同条件下产生促进/抑制增殖作用；MT则在无血清培养的HaCaT角质形成细胞中抑制细胞凋亡，在有血清培养的HaCaT角质形成细胞中抑制细胞增殖；MT则在无血清培养的成纤维细胞中促进细胞增殖。在同样条件下，N-乙酰5-羟色胺(N-acetylserotonin, NAS)和5-甲羟色胺(5 methoxytryptamine, 5-MTT)则未出现促细胞增殖作用[3,4]。MT的作用是通过受体依赖和非受体依赖机制介导的，也可以通过它的抗氧化和抗UV辐射效应起作用的。反过来，MT也能起激素，神经递质，细胞因子，生物学修饰和免疫调节作用[1,3-5]。因此，内生5-HT的合成和它转变成MT的发现揭示了这种通路在黑素细胞病理生理中具有重要的作用[1,3-5]。
最近研究证实5-HT2B介导5-HT抗凋亡效应，其靶体是线粒体，其生长因子之活性则可能是通过以下受体亚型介导：5-HT1A、5-HT1B、5-HT2A、5-HT2B和5-HT2C[3,5]。
目前研究发现的5-HT及MT局部合成是对这些活动表达提供了机制上的支持[4]。这些成分可能通过旁分泌或自分泌机制起作用，反过来也在这种水平上调节皮肤功能。因此，目前研究揭示了一个新的皮肤病理生理学调节和失调节作用机制[3-5]。虽然这种内生5-HT、MT和它们的代谢的完整意义尚未确定，但是目前已经通过测定发现了5-HT和MT受体在皮肤细胞中的表达[1,3,4]。
5-HT对细胞增殖显示不同效应[1,4]，它刺激真皮成纤维细胞增殖呈剂量依赖关系，与非皮肤区的成纤维细胞有相似的有丝分裂活性。依据培养的条件，5-HT既可促进黑素细胞增殖也可明显的抑制它的生长，这种作用是通过受体介导的凋亡和增殖调节起作用。在人类黑色素瘤细胞中，5-HT抑制黑素生成作用，呈剂量依赖方式。另一项研究显示5-HT吸收抑制剂抑制人类黑素瘤细胞中黑素生成作用[1,4,5]。这些结果说明5-HT对皮肤组织细胞增殖和凋亡起着调节作用。
3. 5-羟色胺调控皮肤血管而 参与硬皮病的发病
在系统性硬皮病中，血管损伤和血小板活性与其组织重塑有关，但导致这种联系的分子机制尚不清楚[6]。在这项研究中发现，贮藏在血小板中的5-羟色胺，通过5-HT2B受体(5-HT2B)的激活，在β-转移生长因子(TGF-β)依赖方式下，在间质成纤维细胞中强烈地诱导细胞外的基质合成[7]。在5-HT2B−/−小鼠中采用诱导纤维化和遗传学模型诱导真皮纤维化[7]。5-HT2B的药理性失活也有效地阻止了实验性纤维化的发病和改善了已经发生的纤维变性[8]。而且，血小板活性的抑制在不同皮肤纤维变性模型中阻止着纤维化。再则，缺乏TPHs1 (tryptophan hydroxylases 1，色氨酸羟化酶1，一种中枢神经系统外5-HT生成的限速酶)的小鼠，显示诱导的实验性皮肤纤维化[9]。这些发现说明5-HT/5-HT2B信号把血管损伤和血小板活性联系到了组织重塑上，以及把5-HT2B当作治疗纤维化疾病的重要治疗靶点[7-9]。
在间叶细胞的细胞系MC3T3-E1中，特麦角脲片(tergurid, 5-HT2受体的非选择性抑制剂)也许完全抑制5-HT诱导的促纤维化(p < 0.01)[7,10]。5-HT增加心脏，肝脏和胃的重量，可能是增加促纤维化导致的[11]。特麦角脲片(tergurid)能抑制这些效应[7]。这些说明了5-HT可能与SSc患者血管病变有密切关系[9-11]。
在SSc中，微血管损伤先于组织纤维变性，导致毛细血管进行性缺失。血管损伤伴随着内皮下结缔组织的暴露从而导致持续性激活血小板。几种血小板来源的分子的水平，例如，β-血栓调节素血小板因子4 (β- thrombomodulin)，和血小板来源的生长因子(Plateletderived growth factor, PDGF)，在SSc患者中水平升高[7,9]。另外，还发现血循环中血小板总数增加；SSc患者中血小板表达活性标记物,例如针对胶原1型(type 1 collagen, COL 1)的65-kD受体的表达增加和磷脂酰肌醇-3激酶的活性也增高[7,9]。可是，在SSc患者和其它的纤维化疾病中血小板活性的作用至今还不清楚[7,9]。
5-羟色胺是一种强效介质，通过血小板活化被释放，在SSc患者血中高于正常人[7]。限局性硬皮病患者血清5-HT水平高于正常人，治疗后则接近于正常人[12]。5-HT合成的限速步骤通过TPHs (tryptophan hydroxylases，色氨酸羟化酶)所催化，后者包括两处同分异构体：TPH1主要表达于外周，而TPH2的表达则限于神经细胞和中枢神经系统[4]。基于以下三点：1) 血小板的活化有赖于微血管的损伤，2) 在血小板活化期间5-HT得以释放，3) 5-HT强大的生物学效应；我们假设5-HT信号可能牵涉到纤维化的发病机制[7,9]。5-HT的细胞效应是通过5-HT受体的七大家族(5-HT1~5-HT7)所介导的，其中一些受体还包括几种不同的亚型[5]。5-HT2受体的非选择性抑制剂，例如：特麦角脲片(tergurid)和赛庚定现已应用于临床。在长期的随访中观察到其副作用发生率较低[13]。另外，针对5-HT2受体亚型的个性化成员的选择性抑制剂也已被开发出来，包括SB204741，它抑制5-HT2B受体在药理上与浓度相关[8]。通过采用药学的和遗传学的途径以及不同的纤维化实验模型，例如，将0.01~1 mg博莱霉素(bleomycin，争光霉素)皮下注射于6周龄BAI B/c雌性小鼠背部皮肤，建立小鼠硬皮病动物模型(紧皮鼠(Tsk-1)模型)[14-16]，并用免疫组化及分子生物学方法检测，通过对5-HT2B、成肌纤维细胞标记物α-SMA、和血管平滑肌细胞特异性标记物SM22-α三项染色，分析5-HT2B受体在成肌纤维细胞中的表达[7,8]；通过MTT assay (Microtiter tetrazolium assay，四甲基偶氮唑盐比色法，噻唑蓝试验)：用以测定5- HT2B，特麦角脲片or SB204741对成纤维细胞增殖–毒性试验，绘制细胞生长曲线；定量测定成纤维细胞的凋亡和坏死[7,8]；采用特麦角脲片治疗小鼠纤维化，取得良好疗效[17,18]。最近研究发现：5-HT刺激SSc患者和健康人真皮成纤维细胞中细胞外基质的产生；5-HT的促纤维效应是5-HT2B介导的；5-HT2B在SSc患者皮肤中存在超表达；5-HT2B受体通过激活TGF- β/Smad信号通路促进皮肤纤维化，当前许多研究显示TGF-β/Smad信号通路与硬皮病关系密切[6,8]；5-HT2B受体的靶点存在高效抗纤维化效应；血小板活性的抑制改善博莱霉素(bleomycin，争光霉素)诱导的皮肤纤维化和紧皮鼠(Tsk-1)表型；通过敲出TPH1出现血小板中5-HT的缺乏从而阻止实验性真皮纤维化。总结发现5-HT/5-HT2B信号在皮肤纤维化中起着关键性作用[7,8,17,18]。临床上采用选择性小分子量抑制剂，针对5-HT2B信号治疗纤维化也许是很有前途的策略[7,17]。但是，5-HT包括其余数种受体激动剂，抑制剂是否治疗SSc患者也有效果呢？国内外目前尚无报道。目前已发现5-HT受体至少有七大家族(5-HT1-7)，每个受体还有很多亚型，亚亚型，它们的功能都不尽相同，例如，5-HT4激动剂有Cisapride、抑制剂有GR113808、5-HT6抑制剂有GSK-742457；还有一种试剂能同时抑制几种5-HT受体，如，5-HT3/4抑制剂Tropisetron, 5-HT1/2/5/7抑制剂有Metergoline、methysergide等等，说明5-HT类药物还有许多未被开发出来，已开发出来的仅是少数，而在临床使用的就更少了。所以研究这一课题具有十分重要的现实意义。
4. 5-HT类药物治疗硬皮病将开辟一条 新的途径
临床上采用5-HT3受体抑制剂托烷司琼(tropisetron) (5 mg, P.O, bid)治疗SSc患者取得症状明显改善[6]。一些数据表明选择性5-羟色胺再吸收抑制剂(Selective Serotonin Reuptake Inhibitor(s)，缩写为SSRI或SSRIs，也称为选择性血清再吸收抑制剂)氟西汀fluoxetine治疗SSc患者也有效果[10]。SSRI是一类抗抑郁药物的总称，是治疗抑郁症、焦虑症、强迫症及神经性厌食症的常用药物，基本药理是通过抑制神经突触细胞对神经递质血清素的再吸收以增加细胞外可以和突触后受体结合的5-HT水平；而对其它受体，如α-肾上腺素能、β-肾上腺素能、多巴胺能等，SSRIs则几乎没有结合力。作为第一种由人工设计出来的精神药物，SSRIs在很多国家里都是使用最为广泛的抗抑郁处方药物。被誉为“抗抑郁药的五朵金花”的五种常用抗抑郁药：氟西汀(Fluoxetine，百优解)、帕罗西汀(Paroxetine，赛乐特)、舍曲林(Sertraline，左洛复)、氟伏沙明(Fluvoxamine，兰释，是目前已知SSRI中作用最高的一种)、西酞普兰(Citalopram，喜普妙)，都属于选择性5-羟色胺再吸收抑制剂[19]。其余四种是否治疗SSc患者也有效果呢？国内外目前尚无报道。
细胞信号传导是一个复杂而精确的过程，胞外一种生长因子或细胞因子信号作用于细胞膜相应受体后，可能会经胞内多条信号转导途径相互协调共同来完成信号转导任务[20,21]。目前对SSc的发病机理尚不完全清楚，临床治疗效果不理想[21,22]。已发现5-HT受体至少有七大家族(5-HT1-7)，每个受体还有很多亚型，亚亚型，它们的功能都不尽相同，而5-HTs又包括许多成分，每种成分的功能也不完全相同[3,5]。这说明5-HTs是一个庞大的网络系统，它具有极其复杂及强大的病理生理作用[7,21]。5-HTs细胞信号传导对SSc的作用也知之甚少，仅仅是刚刚开始。可以设想5-HTs对皮肤组织纤维化的作用是一个全方位的，多角度的巨大的关系网。怎样弄清5-HTs的各种成分，受体以及其激动剂或抑制剂对皮肤组织纤维化的作用，取得治疗SSc的显著疗效成为临床十分迫切需要解决的课题。
综上所述，研究5-HT与SSc的关系并探讨皮肤组织纤维化的发病机理有望成为治疗SSc的一个突破口，可为开发新的5-HT类药物及临床诊断治疗提供科学依据，具有重要的理论和实际意义[7,8,20-22]。
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