從進(jìn)化視角來(lái)看，Slurp1在無(wú)脊椎動(dòng)物和魚(yú)類(lèi)的基因組中均不存在，自?xún)蓷?lèi)開(kāi)始出現(xiàn)，且在四足動(dòng)物中高度保守。這一演化特征提示其功能可能與脊椎動(dòng)物對(duì)陸生環(huán)境的適應(yīng)過(guò)程密切相關(guān)。人類(lèi)SLURP1基因的功能缺失突變會(huì)導(dǎo)致一種罕見(jiàn)的常染色體隱性遺傳性掌跖角化癥——Mal de Meleda?；颊叩湫偷呐R床特征為掌跖皮膚的角化過(guò)度和表皮異常增生，這一病理表現(xiàn)與SLURP1基因在該區(qū)域的特異性表達(dá)高度關(guān)聯(lián)，且會(huì)嚴(yán)重影響患者的行走能力及日常生活。

為探究SLURP1蛋白的生理功能，研究團(tuán)隊(duì)構(gòu)建了Slurp1 KO小鼠模型，該小鼠爪部皮膚表型與人類(lèi)患者高度相似。SLURP1在小鼠皮膚中的表達(dá)同樣具有區(qū)域特異性，僅定位于爪部表皮上層的顆粒層細(xì)胞中。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，Slurp1 KO小鼠皮膚表型的嚴(yán)重程度與爪部所承受的機(jī)械力呈正相關(guān)。為驗(yàn)證機(jī)械力是否參與致病過(guò)程，研究者設(shè)計(jì)了單側(cè)后肢懸空實(shí)驗(yàn)：將一側(cè)后爪懸空以解除其著地受力；另一側(cè)作為正常受力對(duì)照。結(jié)果顯示，去除機(jī)械負(fù)荷的后爪表皮厚度保持正常，而對(duì)照后爪仍表現(xiàn)出明顯的掌跖角化癥表型；當(dāng)解除懸空、恢復(fù)受力后，原本表型正常的后爪再次出現(xiàn)表皮增厚。這一結(jié)果明確表明，機(jī)械壓力驅(qū)動(dòng)了Slurp1 KO小鼠表皮異常分化增厚的發(fā)生。

上述結(jié)果表明，SLURP1在表皮中具有抵抗機(jī)械力的功能?；赟LURP1作為分泌蛋白的既有認(rèn)知，研究者最初推測(cè)其通過(guò)分泌至胞外，調(diào)控細(xì)胞膜上的機(jī)械敏感性離子通道，從而介導(dǎo)機(jī)械響應(yīng)并維持皮膚穩(wěn)態(tài)。在已知的機(jī)械敏感性離子通道中，表皮細(xì)胞僅高表達(dá)Trpv4和Piezo1，因此這兩者成為主要候選靶點(diǎn)。然而，無(wú)論是Trpv4全身敲除、Piezo1表皮特異性敲除，還是小分子抑制劑干預(yù)，均未能緩解SLURP1缺失導(dǎo)致的表皮異常。隨著這一“常規(guī)”思路的受阻，研究者開(kāi)始意識(shí)到SLURP1的作用機(jī)制可能并不依賴(lài)于傳統(tǒng)的機(jī)械敏感性離子通道。

研究的轉(zhuǎn)折點(diǎn)出現(xiàn)在對(duì)SLURP1亞細(xì)胞定位的重新認(rèn)識(shí)。令人意想不到的是，該研究發(fā)現(xiàn)SLURP1不僅能分泌至胞外，同時(shí)還能穩(wěn)定定位于ER膜上。為驗(yàn)證這一“非分泌形式”的生理意義，研究者構(gòu)建了Slurp1^C65A/C65A小鼠模型。該突變阻斷了SLURP1蛋白分泌，但小鼠爪部皮膚表型與野生型小鼠一致，未出現(xiàn)任何異常。這一結(jié)果說(shuō)明，SLURP1通過(guò)其細(xì)胞內(nèi)定位和作用方式，行使抵御機(jī)械壓力、維持組織穩(wěn)態(tài)的重要功能。這一發(fā)現(xiàn)顛覆了既往認(rèn)知——作為一個(gè)已知具有分泌能力的蛋白，SLURP1的關(guān)鍵生理功能卻依賴(lài)于其ER膜蛋白的身份。

RNA-seq和scRNA-seq分析顯示，Slurp1 KO小鼠爪部表皮中與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激（ER stress）和氧化應(yīng)激反應(yīng)相關(guān)的信號(hào)通路明顯富集。其中，ER stress的關(guān)鍵感受器之一PERK的磷酸化水平（pPERK）在KO小鼠表皮中顯著升高，而另一條經(jīng)典ER stress通路IRE1-XBP1未見(jiàn)明顯激活。進(jìn)一步通過(guò)后肢懸空實(shí)驗(yàn)去除機(jī)械力后，pPERK水平恢復(fù)正常，說(shuō)明在SLURP1缺失的情況下，機(jī)械力主要誘導(dǎo)了表皮中pPERK的異常激活。為了驗(yàn)證機(jī)械力對(duì)表皮細(xì)胞的直接影響，研究者建立了具備精準(zhǔn)控壓能力的體外加壓實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，可通過(guò)調(diào)控氣壓對(duì)體外培養(yǎng)的表皮細(xì)胞周期性施加穩(wěn)定的壓力，以模擬皮膚承受的機(jī)械負(fù)荷。結(jié)果顯示，體外加壓可顯著上調(diào)pPERK水平，而SLURP1的表達(dá)能夠使其恢復(fù)至正常。

已有研究證實(shí)，PERK磷酸化可促使轉(zhuǎn)錄因子NRF2入核，而NRF2在表皮中的持續(xù)激活會(huì)引起表皮分化和增生異常，進(jìn)而導(dǎo)致表皮增厚。該研究發(fā)現(xiàn)，Slurp1 KO小鼠爪部表皮中有機(jī)械壓力依賴(lài)的NRF2激活及其下游基因表達(dá)，并且敲除NRF2顯著減輕了Slurp1 KO小鼠的表型。綜上，SLURP1通過(guò)抑制機(jī)械力誘導(dǎo)的pPERK-NRF2信號(hào)通路異常激活，以維持表皮穩(wěn)態(tài)。

為進(jìn)一步解析SLURP1抑制pPERK上調(diào)的分子機(jī)制，研究者以重組SLURP1-FLAG蛋白為誘餌，對(duì)小鼠爪部組織進(jìn)行免疫共沉淀聯(lián)合質(zhì)譜分析，鑒定出SERCA2b為其互作蛋白。SERCA2b是定位于ER膜的Ca²⁺轉(zhuǎn)運(yùn)通道，負(fù)責(zé)將Ca²⁺從細(xì)胞質(zhì)泵入ER，以維持細(xì)胞內(nèi)鈣穩(wěn)態(tài)。已有研究表明，細(xì)胞質(zhì)內(nèi)Ca²⁺濃度升高會(huì)誘導(dǎo)pPERK上調(diào)，提示SLURP1可能通過(guò)調(diào)控SERCA2b的功能，維持鈣穩(wěn)態(tài)并抑制pPERK的上調(diào)。

實(shí)時(shí)鈣成像結(jié)果顯示：在無(wú)細(xì)胞外鈣的培養(yǎng)條件下，對(duì)表皮細(xì)胞施加壓力可誘導(dǎo)其胞質(zhì)內(nèi)Ca²⁺濃度升高；而SLURP1蛋白表達(dá)或SERCA2b激動(dòng)劑CDN1163處理均能顯著抑制這一現(xiàn)象，并使pPERK水平恢復(fù)至正常。上述結(jié)果表明，機(jī)械力抑制了SERCA2b的Ca²⁺轉(zhuǎn)運(yùn)功能，而SLURP1有助于維持其活性。體內(nèi)實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步證實(shí)，CDN1163處理顯著減輕Slurp1 KO小鼠表皮異常增厚。這些結(jié)果共同支持以下機(jī)制：掌跖部位長(zhǎng)期承受的機(jī)械力會(huì)抑制鈣泵SERCA2b的功能，導(dǎo)致胞質(zhì)內(nèi)Ca²⁺濃度升高，從而激活pPERK-NRF2信號(hào)通路，最終引發(fā)表皮病理性增厚。特異性表達(dá)于掌跖表皮顆粒層細(xì)胞中的ER膜蛋白SLURP1則能夠維持壓力條件下SERCA2b的功能，穩(wěn)定胞內(nèi)鈣穩(wěn)態(tài)，進(jìn)而維持表皮穩(wěn)態(tài)（圖1）。

綜上所述，該研究揭示了進(jìn)化史上的巧妙"設(shè)計(jì)"——想上岸，要抗壓！脊椎動(dòng)物登陸后，表皮細(xì)胞演化出ER膜相關(guān)的機(jī)械力抵抗機(jī)制，用于應(yīng)對(duì)重力等機(jī)械壓力并維持組織穩(wěn)態(tài)。然而，這一發(fā)現(xiàn)也提出了新的科學(xué)問(wèn)題——機(jī)械力如何調(diào)控SERCA2b的功能？目前關(guān)于機(jī)械力作用于細(xì)胞器的研究仍屬空白領(lǐng)域。該發(fā)現(xiàn)不僅深化了對(duì)皮膚機(jī)械力響應(yīng)的認(rèn)識(shí)，更為"細(xì)胞器機(jī)械感應(yīng)"這一新興研究方向奠定了基礎(chǔ)。

表皮的機(jī)械力抵抗機(jī)制模型。

北京生命科學(xué)研究所/清華大學(xué)生物醫(yī)學(xué)交叉研究院陳婷研究員為論文的通訊作者。陳婷實(shí)驗(yàn)室的博士后狄若男和博士研究生杜倩倩（PTN項(xiàng)目）為論文的共同第一作者。該論文的其他作者包括陳婷實(shí)驗(yàn)室的謝煜驊博士、盧延華和高文軒；北京腦科學(xué)與類(lèi)腦研究所的儀器儀表中心主任張壘；北京生命科學(xué)研究所的生物儀器中心主任齊曉莉博士，影像中心主任李蛟博士及其團(tuán)隊(duì)成員范艷艷，轉(zhuǎn)基因動(dòng)物中心主任王鳳超博士，以及蛋白質(zhì)組中心主任陳涉博士。另外，該研究在推進(jìn)過(guò)程中也受益于不同領(lǐng)域研究者的腦力眾籌，包括提供研究思路以及關(guān)鍵實(shí)驗(yàn)試劑，特此感謝：清華大學(xué)肖百龍教授；吉林大學(xué)第一醫(yī)院慈鑫鑫教授；北京生命科學(xué)研究所的蔣輝和鄭三多研究員；中科院生物物理研究所的張宏、胡俊杰、王立堃和王磊研究員；以及北京大學(xué)的鄭鵬里研究員。該研究由國(guó)家自然科學(xué)基金、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、北京市自然科學(xué)基金、新基石科學(xué)基金會(huì)“科學(xué)探索獎(jiǎng)”、清華大學(xué)生物醫(yī)學(xué)交叉研究院以及北京生命科學(xué)研究所資助。

https://doi.org/10.1016/j.cell.2025.07.012