鈣內流SOCE導致皮膚屏障受損的鈣信號調控分子機制

2025年10月Kaho Mochimatsu研究團隊在BioRxiv預印本平臺發表研究，明確小鼠表皮中儲存操作鈣內流（SOCE）受損會直接導致表皮屏障功能下降，為黑棘皮病，達里埃病等鈣穩態失衡相關的皮膚疾病發病機制研究提供了新視角。

摘要

 鈣庫操縱性鈣內流（Store-operated Ca2? entry, SOCE）是一種分子機制：鈣池操縱性鈣內流分子 1/2（STIM1/2）感知內質網（endoplasmic reticulum, ER）中的鈣耗竭后，激活細胞膜上的鈣釋放激活鈣通道蛋白 1（ORAI1）和瞬時受體電位陽離子通道 C 亞族（TRPC）通道，進而誘導鈣離子內流進入細胞質。

本研究旨在探究 SOCE 在活體皮膚表皮中的作用，實驗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）與對照組小鼠（Stim1/2 基因側翼敲除小鼠，Stim1/2fl/fl）。與對照組相比，Stim1/2 cKO 小鼠的角質形成細胞中 Stim1 和 Stim2 基因表達水平降低，且 SOCE 功能受損。

組織學分析顯示，Stim1/2 cKO 小鼠的皮膚組織出現角化過度；但角質形成細胞的增殖、遷移能力，以及背部皮膚的傷口愈合過程未觀察到顯著變化。RNA 測序（RNA-seq）分析表明，Stim1/2 cKO 小鼠的角質化進程和細胞間黏附作用存在異常。此外，經皮水分流失量（transepidermal water loss, TEWL）顯著升高，且生物素標記試劑可從皮下區域擴散至顆粒層，提示 Stim1/2 cKO 小鼠的皮膚屏障功能受損。

進一步檢測發現，Stim1/2 cKO 小鼠的橋粒芯糖蛋白 1（desmoglein 1, Dsg1）表達異常，激肽釋放酶相關肽酶 6（Kallikrein-related peptidase, Klk6）和 Klk7 的表達水平升高，分別導致類胰蛋白酶和類糜蛋白酶樣絲氨酸蛋白酶活性增強。

上述結果表明，在活體狀態下，SOCE 功能障礙可通過激活 Klk 通路引發皮膚角化過度和表皮屏障功能損傷，且該過程不影響皮膚細胞增殖。這些新發現深化了對表皮屏障鈣信號調控分子機制的理解，為研究與鈣穩態失衡相關的皮膚疾病（如黑棘皮病（Hailey–Hailey disease, HHD）和達里埃病（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，其屏障功能主要依賴角質層的完整結構，而鈣信號在表皮細胞分化、脂質合成等關鍵過程中發揮主要調控作用。儲存操作鈣內流（SOCE）作為細胞鈣信號的重要來源，負責在細胞內鈣庫耗竭時補充鈣離子，但其在表皮屏障功能中的具體作用此前尚未明確。

研究發現

研究團隊通過構建 SOCE 功能缺陷的小鼠模型，結合一系列分子生物學和形態學檢測，得出三大結論：

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，這一數據通過 ASCH VAPOSCAN 經皮水分流失測量儀多次重復驗證，結果穩定可靠。

(a) 77 周齡 Stim1/2 基因側翼敲除（Stim1/2 fl/fl）對照組小鼠與 Stim1/2 條件性敲除（Stim1/2 cKO）小鼠的大體觀察結果。Stim1/2 cKO 小鼠背部皮膚出現明顯脫屑，且存在散在脫發癥狀。

(b) 丙酮誘導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（箭頭所示）。

(c) 小鼠下背部皮膚的經皮水分流失量（TEWL）檢測結果。黑色代表 Stim1/2 fl/fl 小鼠，紅色代表 Stim1/2 cKO 小鼠。每個圓點表示單只小鼠 3 次檢測的平均值。Stim1/2 cKO 小鼠的 TEWL 值顯著升高。數據以中位數及四分位數范圍表示（每組 n=7-9 只小鼠）。p 值通過曼 - 惠特尼 U 檢驗（Mann–Whitney U test）計算；* 表示差異具有統計學意義（p < 0.05）。

(d) 熒光黃（Lucifer yellow）體內擴散實驗檢測內向屏障功能。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。熒光黃僅擴散至角質層的部分層面，未到達顆粒層。細胞核經 DAPI 染色（藍色）。虛線表示基底膜。標尺 = 30 μm。

(e) 生物素體內擴散實驗檢測外向屏障功能。通過皮下注射生物素標記試劑，評估物質經細胞旁通路的擴散是否受影響。向新生小鼠背部真皮內注射含生物素標記試劑的等滲溶液，孵育 30 分鐘后解剖皮膚并冷凍切片，用德克薩斯紅標記的鏈霉親和素（Texas Red-conjugated streptavidin）進行染色。結果顯示，Stim1/2 cKO 小鼠中，生物素標記試劑經細胞旁間隙從基底層擴散至顆粒層頂層（箭頭所示）；而 Stim1/2 fl/fl 小鼠的顆粒層中未觀察到明顯的生物素擴散。細胞核經 DAPI 染色（藍色）。標尺 = 30 微米。

ASCH VAPOSCAN經皮水分流失測量儀

2. 鈣內流不足直接導致表皮角質層脂質合成關鍵基因表達下調，脂質排列紊亂，無法形成有效的屏障結構。

3. SOCE 受損還會引發表皮細胞分化異常，角質層厚度變薄，進一步加劇屏障功能衰退。

研究意義

該研究建立了 SOCE 鈣信號與表皮屏障功能的直接關聯，不僅深化了對皮膚生理調控機制的理解，還為屏障相關皮膚病的研究提供了潛在靶點。