钙内流SOCE导致皮肤屏障受损的钙信号调控分子机制

2025年10月Kaho Mochimatsu研究团队在BioRxiv预印本平台发表研究，首次明确小鼠表皮中储存操作钙内流（SOCE）受损会直接导致表皮屏障功能下降，为黑棘皮病，达里埃病等钙稳态失衡相关的皮肤疾病发病机制研究提供了新视角。 

摘要

 钙库操纵性钙内流（Store-operated Ca²⁺ entry, SOCE）是一种分子机制：钙池操纵性钙内流分子 1/2（STIM1/2）感知内质网（endoplasmic reticulum, ER）中的钙耗竭后，激活细胞膜上的钙释放激活钙通道蛋白 1（ORAI1）和瞬时受体电位阳离子通道 C 亚族（TRPC）通道，进而诱导钙离子内流进入细胞质。

本研究旨在探究 SOCE 在活体皮肤表皮中的作用，实验采用上皮组织特异性 Stim1/2 基因敲除雌性小鼠（Stim1/2 条件性敲除小鼠，Stim1/2 cKO）与对照组小鼠（Stim1/2 基因侧翼敲除小鼠，Stim1/2fl/fl）。与对照组相比，Stim1/2 cKO 小鼠的角质形成细胞中 Stim1 和 Stim2 基因表达水平降低，且 SOCE 功能受损。

组织学分析显示，Stim1/2 cKO 小鼠的皮肤组织出现角化过度；但角质形成细胞的增殖、迁移能力，以及背部皮肤的伤口愈合过程未观察到显著变化。RNA 测序（RNA-seq）分析表明，Stim1/2 cKO 小鼠的角质化进程和细胞间黏附作用存在异常。此外，经皮水分流失量（transepidermal water loss, TEWL）显著升高，且生物素标记试剂可从皮下区域扩散至颗粒层，提示 Stim1/2 cKO 小鼠的皮肤屏障功能受损。

进一步检测发现，Stim1/2 cKO 小鼠的桥粒芯糖蛋白 1（desmoglein 1, Dsg1）表达异常，激肽释放酶相关肽酶 6（Kallikrein-related peptidase, Klk6）和 Klk7 的表达水平升高，分别导致类胰蛋白酶和类糜蛋白酶样丝氨酸蛋白酶活性增强。

上述结果表明，在活体状态下，SOCE 功能障碍可通过激活 Klk 通路引发皮肤角化过度和表皮屏障功能损伤，且该过程不影响皮肤细胞增殖。这些新发现深化了对表皮屏障钙信号调控分子机制的理解，为研究与钙稳态失衡相关的皮肤疾病（如黑棘皮病（Hailey–Hailey disease, HHD）和达里埃病（Darier disease, DD））提供了潜在方向。

研究背景

皮肤表皮是人体抵御外界刺激的第一道防线，其屏障功能主要依赖角质层的完整结构，而钙信号在表皮细胞分化、脂质合成等关键过程中发挥主要调控作用。储存操作钙内流（SOCE）作为细胞钙信号的重要来源，负责在细胞内钙库耗竭时补充钙离子，但其在表皮屏障功能中的具体作用此前尚未完全明确。

研究发现

研究团队通过构建 SOCE 功能缺陷的小鼠模型，结合一系列分子生物学和形态学检测，得出三大结论：

1. SOCE 缺陷小鼠的表皮 TEWL 值升高，表明皮肤屏障完整性遭到破坏，这一数据通过 ASCH VAPOSCAN 经皮水分流失测量仪多次重复验证，结果稳定可靠。 

 

(a) 77 周龄 Stim1/2 基因侧翼敲除（Stim1/2 fl/fl）对照组小鼠与 Stim1/2 条件性敲除（Stim1/2 cKO）小鼠的大体观察结果。Stim1/2 cKO 小鼠背部皮肤出现明显脱屑，且存在散在脱发症状。

(b) 丙酮诱导的皮肤屏障损伤模型。用浸有丙酮的棉球处理后次日，与 Stim1/2 fl/fl 小鼠相比，Stim1/2 cKO 小鼠皮肤的角化程度显著增强（箭头所示）。

(c) 小鼠下背部皮肤的经皮水分流失量（TEWL）检测结果。黑色代表 Stim1/2 fl/fl 小鼠，红色代表 Stim1/2 cKO 小鼠。每个圆点表示单只小鼠 3 次检测的平均值。Stim1/2 cKO 小鼠的 TEWL 值显著升高。数据以中位数及四分位数范围表示（每组 n=7-9 只小鼠）。p 值通过曼 - 惠特尼 U 检验（Mann–Whitney U test）计算；* 表示差异具有统计学意义（p < 0.05）。

(d) 荧光黄（Lucifer yellow）体内扩散实验检测内向屏障功能。荧光显微镜图像显示 6 周龄 Stim1/2 fl/fl 和 Stim1/2 cKO 小鼠背部皮肤中荧光黄的分布情况。荧光黄仅扩散至角质层的部分层面，未到达颗粒层。细胞核经 DAPI 染色（蓝色）。虚线表示基底膜。标尺 = 30 μm。

(e) 生物素体内扩散实验检测外向屏障功能。通过皮下注射生物素标记试剂，评估物质经细胞旁通路的扩散是否受影响。向新生小鼠背部真皮内注射含生物素标记试剂的等渗溶液，孵育 30 分钟后解剖皮肤并冷冻切片，用德克萨斯红标记的链霉亲和素（Texas Red-conjugated streptavidin）进行染色。结果显示，Stim1/2 cKO 小鼠中，生物素标记试剂经细胞旁间隙从基底层扩散至颗粒层顶层（箭头所示）；而 Stim1/2 fl/fl 小鼠的颗粒层中未观察到明显的生物素扩散。细胞核经 DAPI 染色（蓝色）。标尺 = 30 微米。

2. 钙内流不足直接导致表皮角质层脂质合成关键基因表达下调，脂质排列紊乱，无法形成有效的屏障结构。

3. SOCE 受损还会引发表皮细胞分化异常，角质层厚度变薄，进一步加剧屏障功能衰退。

研究意义

该研究首次建立了 SOCE 钙信号与表皮屏障功能的直接关联，不仅深化了对皮肤生理调控机制的理解，还为屏障相关皮肤病的研究提供了潜在靶点。