新しい研究により、人間の皮膚の最上層にヘモグロビンが存在することが初めて発見され、ヘモグロビンが皮膚をダメージから守るのに役立つことがわかりました。これらの発見は、老化やがんなどの皮膚疾患に関する重要な洞察を提供します。ヘモグロビンは血液中の酸素を結合し、肺から組織に酸素を運ぶことが知られています。しかし、新しい研究により、ヘモグロビンには別の役割があることがわかりました。それは、皮膚をダメージから守ることです。
研究者らは、皮膚の最外層である表皮が紫外線などの環境的課題からどのように私たちを守っているかを理解することに興味を持ち、皮膚で何が起こっているのかを分子レベルで調べました。
この研究の責任著者である天貝正之氏は、「表皮は、主にケラチノサイトから構成される角化重層扁平上皮で構成されています。これまでの研究で、ケラチノサイトの分化と皮膚の外側のバリアの形成の過程で、ケラチノサイトが保護機能を持つさまざまな遺伝子を発現することがわかっています。しかし、トランスクリプトームに十分な数の最終分化したケラチノサイトを単離するのが難しいため、分析によると、他のバリア関連遺伝子は以前の保護を逃れていた。」
表皮角化細胞は皮膚の最深層（基底層）から始まり、分化して上方に移動していくつかの層を形成します。角化細胞の分化段階では、防御バリア機能をもつさまざまな遺伝子の発現が発見されており、遺伝子変異によってアトピー性皮膚炎などの病気が引き起こされます。
皮膚のバリア機構に関与する未知の分子を同定するため、研究者らは、3人の大腿部と上腕部から採取した健康なヒトの皮膚の表皮全体と表皮上層、およびマウスの皮膚で高度に発現している遺伝子を分析した。彼らは、ヘモグロビンのタンパク質サブユニットの 1 つであるアルファグロブリンをコードする HBA1/2 遺伝子がヒトの皮膚の上部表皮で高度に発現していることを予想外に発見しました。同様に、マウスの皮膚では、Hba-a1/a2 (ヒト HBA1/2 に相当) も表皮上部で高度に発現しています。
「私たちは表皮全体と、酵素を使用してヒトとマウスの皮膚から単離した細胞のシートである表皮上部の比較トランスクリプトーム解析を実行しました」と天貝氏は述べた。 「私たちは、ヘモグロビンの生成に関与する遺伝子が表皮の上部で非常に活性であることを発見しました。この発見を確認するために、免疫染色を使用して、表皮の上部のケラチノサイトにおけるヘモグロビン アルファ タンパク質の存在を調べました。」
研究者らは皮膚に UVA と UVB を別々に照射し、UVA (UVB ではない) が表皮ケラチノサイトで HBA1/2 の発現を誘導する可能性があることを発見しました。 UVA 照射は、活性酸素種 (ROS) を介したケラチノサイト損傷の主な原因です。対照群と比較して、HBA ノックアウトケラチノサイトの細胞内 ROS レベルは有意に増加しており、HBA の発現が誘導されて表皮ケラチノサイトにおける UVA 誘導性 ROS 生成が阻害されていることを示しています。
細胞のエネルギー生産者であるミトコンドリアは、紫外線によって生成される過剰な ROS に特に敏感であり、紫外線によって引き起こされるミトコンドリアの機能不全は、光老化としても知られる皮膚の損傷に直接つながります。
「私たちの研究は、表皮ヘモグロビンが酸化ストレス下で上方制御され、ヒトのケラチノサイト培養物における活性酸素種の生成を阻害することを示しています」と天貝氏は述べた。 「私たちの結果は、ヘモグロビン アルファが、紫外線やミトコンドリア機能障害などの外部または内部の酸化ストレスからケラチノサイトを保護することを示しています。したがって、ケラチノサイトによるヘモグロビン発現は、皮膚の老化や皮膚がんに対する内因性の防御機構を表します。」
研究者らは、今回の発見は老化やがんなどのROS関連皮膚疾患の研究に重要な示唆を与えると述べている。
この研究はJournal of Investigative Dermatologyに掲載された。