南医大皮肤病院团队阐释OSMR突变导致PLCA的机理

研究背景：原发性局部皮肤淀粉样变性（PLCA）是一种皮肤性疾病，其特征是淀粉样物质沉积在真皮浅层。根据临床特征，PLCA有四种亚型：苔藓淀粉样变性（LA）、黄斑淀粉样变性（MA）、双相淀粉样变性（BA）和结节性淀粉样变性（NA）。PLCA在世界范围内都有发现，但在南美和东南亚的发病率较高，其病因复杂，往往涉及环境因素、免疫状态和遗传因素。研究人员发现在中国PLCA患者中抑瘤素M受体（OSMR）上的 c.1538G>A (p.G513D)和c.2081C>T (p.P694L)点突变的比例最高。

2021年8月，南方医科大学皮肤病医院的荣知立教授课题组在Protein&Cell杂志上发表题为”OSMRβ mutants enhance basal keratinocyte differentiation via inactivation of the STAT5/KLF7 axis in PLCA patients”的研究论文。

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研究材料：研究主要使用了PLCA患者组织、Osmr基因敲除小鼠(由赛业生物提供技术支持)、HaCat细胞系。

1. 技术方法

研究人员主要运用了qPCR、转录组分析、免疫荧光、WB、细胞培养等技术。

2. 技术路线

（1）通过PLCA患者转录组分析确定突变基因Osmr并进行实验验证

（2）构建Osmr-/-敲除小鼠并验证相关表型

（3）在细胞水平进行机理性探究

3. 研究结果

（1）PLCA患者中OSMR突变比例最高且出现基底角质细胞增殖与分化能力增强

先前研究表明PLCA患者中OSMR突变比例最高，OSM可以调控心肌细胞的分化，但目前关于OSMR是否参与调控PLCA并没有报道。研究人员分别对PLCA患者和健康人组织采样和测序分析，GO分析显示，差异基因大多与角质形成细胞分化过程有关，在PLCA患者中，表皮角质形成细胞分化增强，FLG和LOR表达增加。此外，免疫荧光分析表明，在具有OSMR突变的PLCA患者表皮中，细胞增殖指标Ki67的表达显著增强。

（2）Osmr-/-敲除小鼠基底角质细胞增殖分化能力增强

为了进一步确定OSMRβ蛋白在皮肤中的生物学功能，研究人员委托赛业公司通过CRISPR/Cas9系统敲除Osmr基因的4-6外显子构建敲除小鼠（Osmr-/-），发现在正常生理状态和诱导状态（UA暴露或瘙痒挑战）下，Osmr-/-小鼠没观察到PLCA样表型，但在出生后30天观察到Osmr-/-小鼠和野生型小鼠之间毛囊周期的变化。与野生型小鼠相比，Osmr-/-小鼠的尾部表皮厚度明显增加。转录本测序结果中的差异基因显示与角质形成细胞分化和皮肤发育失调等功能相关。在这些差异基因中，有39个基因与表皮角质形成细胞分化有关。研究人员通过qPCR和WB进一步验证这些差异表达基因，发现Osmr-/-小鼠中Krt1、Krt10、Flg和Lor的表达水平增高。除此之外，与同窝野生型小鼠相比，Osmr-/-小鼠尾部和背部皮肤的基底角质形成细胞增殖现象显著上调。因此，Osmr敲除增强了小鼠的基底形成细胞的分化和增殖。

图1 OSMR异常的PLCA患者和小鼠的症状-1

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图1 OSMR异常的PLCA患者和小鼠的症状-2

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（3）OSMR异常导致PLCA的机制探究

为了进一步验证OSM通过gp130和OSMRβ的异二聚体抑制角质形成细胞分化，研究人员使用CRISPR/Cas9构建了OSMR敲除HaCat细胞系。首先，实验结果表明敲除OSMR可以挽救OSM抑制角质形成细胞分化过程。接着，研究人员进一步确定了OSM诱导的角质形成细胞分化移植的分子机制。WB结果显示HaCat细胞在OSM刺激后，STAT3、STAT5、ERK1/2和AKT信号通路的激活，而敲除OSMR可以阻断OSM诱导后相关信号的磷酸化。

图2 OSMRβ突变导致角质形成细胞分化轴OSM/OSMRβ/STAT5/KFL7无法激活-1

图2 OSMRβ突变导致角质形成细胞分化轴OSM/OSMRβ/STAT5/KFL7无法激活-2

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4. 总结

本实验研究了OSM信号通路在PLCA中的作用机制，OSM是一种表皮角化细胞分化的负调节信号，该因子能通过STAT5/KLF7信号通路调控细胞分化。除此之外，研究人员证明OSMR突变导致的OSM/OSMRβ/STAT5/KLF7轴表达紊乱会导致PLCA。该研究解释了OSMR突变导致PLCA的机理，并确定了STAT5/KLF7信号通路能作为治疗PLCA的潜在靶点的可能性。

5. 参考文献：

[1] Liu J, Chen J, Zhong Y, Yu X, Lu P, Feng J, Zhang X, Ma S, Yang C, Yang B, Rong Z. OSMRβ mutants enhance basal keratinocyte differentiation via inactivation of the STAT5/KLF7 axis in PLCA patients. Protein Cell. 2021 Aug;12(8):653-661. doi: 10.1007/s13238-020-00 818-3. Epub 2021 Jan 27. PMID: 33502684; PMCID: PMC8310549.