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皮膚の基礎を一気に整理―メラニンを生む鍵、チロシナーゼ

第119回医師国家試験 F問題 第14問

国試問題にチャレンジ

第119回 F問題 第14問

皮膚の構造や機能で正しいのはどれか。

  1. a.Merkel細胞は免疫担当細胞である。
  2. b.皮脂の主成分はコレステロールである。
  3. c.チロシナーゼはメラニン生成に必須である。
  4. d.アポクリン汗腺の導管は表皮に直接開口する。
  5. e.ヘミデスモソームは表皮細胞間の接着に関わる。
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対話形式の解説

ドクタードクター
今回は皮膚の構造と機能を横断的に問う問題だ。表皮の細胞、付属器、接着装置、メラニン合成と、範囲は広いけれど、「どの構造が何を担っているか」を正しく対応づけられているかがポイントになる。まず表皮を構成する細胞を挙げてみようか。
医学生医学生
ケラチノサイト、メラノサイト、Langerhans細胞、Merkel細胞の4つです。組織学実習で、Merkel細胞は基底層にあると習いました。
ドクタードクター
その通り。では、Merkel細胞が免疫担当細胞という話はどうかな。
医学生医学生
樹状突起がある細胞と混同しそうですが、免疫はLangerhans細胞の役割だった気がします。
ドクタードクター
正解。Merkel細胞は知覚神経終末と接してMerkel盤をつくる触圧覚の受容細胞で、持続的な圧に反応する遅順応型の受容器だ。指尖や口唇など触覚の鋭い部位に多い。一方、表皮で抗原提示を担うのは骨髄由来の樹状細胞であるLangerhans細胞で、抗原を取り込んで所属リンパ節へ運び、T細胞に提示する。Birbeck顆粒やCD1a陽性も特徴だね。
医学生医学生
役割をすり替えた選択肢というわけですね。皮脂の主成分がコレステロールというのは、脂だからありそうに思えてしまいます。
ドクタードクター
そこが引っかけ。皮脂はトリグリセリドが最も多く、次いでワックスエステル、スクアレンで、コレステロールはごく少量なんだ。皮膚表面ではトリグリセリドが常在菌のリパーゼで分解され、生じた遊離脂肪酸がざ瘡の炎症に関わる。ちなみに角層の細胞間脂質はセラミドが主体で、皮脂とは別物だよ。
医学生医学生
汗腺の選択肢は、アポクリン汗腺が表皮に直接開口するとありますが、これはエクリン汗腺の話では。
ドクタードクター
よく気づいたね。表皮に直接開口するのはエクリン汗腺で、全身に分布して体温調節のための水様の汗を出す。アポクリン汗腺は腋窩、外陰部、乳輪などに限局し、毛包の脂腺開口部より上方に開口する。思春期以降に発達し、分泌物が常在菌に分解されてにおいの原因になるんだ。
医学生医学生
ヘミデスモソームは名前からして細胞どうしの接着に関わりそうですが……。
ドクタードクター
「ヘミ」は半分という意味で、相手が細胞ではなく基底膜なんだ。ヘミデスモソームは基底細胞を基底膜に固定する装置で、ケラチノサイトどうしをつなぐのはデスモソームのほう。ここは水疱症と結びつけると忘れにくい。
医学生医学生
皮膚科の実習で、天疱瘡は表皮内水疱、水疱性類天疱瘡は表皮下水疱と教わりました。
ドクタードクター
まさにそれ。デスモグレイン3や1に対する自己抗体で天疱瘡、ヘミデスモソームのBP180やBP230に対する自己抗体で水疱性類天疱瘡が起こる。接着が壊れる場所がそのまま水疱のできる位置になるんだ。
医学生医学生
となると、残るチロシナーゼがメラニン生成に必須、が正解ですね。
ドクタードクター
その通り。メラノサイトのメラノソーム内で、チロシンがチロシナーゼによってドーパへ、さらにドーパキノンへと変換される。この初期2段階をチロシナーゼが担うから、欠ければメラニンはほとんど作られない。ドーパキノンからは黒褐色のユーメラニンが、システインが結合すると黄赤色のフェオメラニンができる。
医学生医学生
生化学で習ったチロシン代謝の経路がここにつながるんですね。チロシナーゼが欠損するとどうなりますか。
ドクタードクター
TYR遺伝子の変異による眼皮膚白皮症1型が代表例だ。皮膚や毛髪、眼の色素が乏しくなり、紫外線に弱く、視力障害も伴う。メラニンは紫外線を吸収・散乱して基底層の細胞核を守っているから、白皮症の人は皮膚癌のリスクにも注意が必要だね。
医学生医学生
メラニンが合成できないとバリアがなくなるので、日焼け対策の指導が大切になるわけですね。
ドクタードクター
そう。発展として、接着装置にはもう一段深い係留線維もあり、Ⅶ型コラーゲンに対する自己抗体で後天性表皮水疱症が起こる。それから、エクリン汗腺は交感神経支配だけど節後線維の伝達物質はアセチルコリン、という点も試験でよく狙われる。構造、分子、疾患を一本の線でつなげて覚えておこう。

まとめ

メラニン合成ではチロシナーゼがチロシンからドーパ、ドーパキノンへの初期段階を触媒しており、この酵素が欠損すると眼皮膚白皮症1型のようにメラニンがほとんど作られなくなります。表皮の免疫を担うのはLangerhans細胞で、Merkel細胞は神経終末と接する触圧覚の受容細胞です。皮脂の主成分はトリグリセリドであり、表皮に直接開口するのはエクリン汗腺、アポクリン汗腺は毛包に開口します。細胞間接着はデスモソーム（標的抗原の異常で天疱瘡）、基底細胞と基底膜の接着はヘミデスモソーム（水疱性類天疱瘡）が担い、障害部位が水疱の位置を決めます。構造・分子・疾患を対応づけて理解することで、皮膚疾患の病態や臨床像を論理的に読み解けるようになります。

解答・解説

正解はcです

皮膚の構成細胞、付属器（脂腺・汗腺）、接着装置、メラニン合成という皮膚の基礎知識を横断的に問う問題である。 表皮を構成する細胞は、大部分を占めるケラチノサイト（角化細胞）のほか、メラニンを産生するメラノサイト、抗原提示を担うLangerhans細胞、触覚の受容に関わるMerkel細胞の4種類に整理できる。どの細胞が何を担うのかを対応づけて覚えておくと、aのような「役割のすり替え」に気づきやすい。 付属器については、脂腺・アポクリン汗腺は毛包に付属して開口し、エクリン汗腺は毛包と無関係に表皮表面へ直接開口する、という開口部位の違いが頻出である。皮脂の組成は「中性脂肪（トリグリセリド）が主体で、コレステロールはむしろ少ない」点が要点となる。 接着装置は、細胞どうしをつなぐデスモソームと、基底細胞を基底膜につなぎとめるヘミデスモソームを区別することが重要である。 メラニン合成ではチロシンを出発点とする代謝経路の最初の段階をチロシナーゼが触媒しており、この酵素なしではメラニンが作られない。これが正解の根拠となる。

選択肢考察

  1. ×a.  Merkel細胞は免疫担当細胞である。

    誤り。Merkel細胞は表皮の基底層に散在し、知覚神経終末と接して「Merkel盤（Merkel細胞-神経複合体）」をつくる触圧覚の受容細胞である。持続的な圧刺激に反応する遅順応型の機械受容器で、指尖・口唇・口腔粘膜など触覚の鋭敏な部位に多い。神経内分泌細胞としての性質ももち、悪性化したものがMerkel細胞癌である。表皮で免疫を担当するのは、骨髄由来の樹状細胞であるLangerhans細胞であり、皮膚に侵入した抗原を取り込んで所属リンパ節へ運び、T細胞に提示する。

  2. ×b.  皮脂の主成分はコレステロールである。

    誤り。脂腺から分泌される皮脂は、トリグリセリド（中性脂肪）が最も多く（およそ4割前後）、次いでワックスエステル、スクアレンの順に多い。コレステロールやコレステロールエステルはごく少量にすぎない。皮膚表面ではトリグリセリドが常在菌（Cutibacterium acnesなど）のリパーゼで分解されて遊離脂肪酸が生じ、これがざ瘡の炎症に関与する。なお、角層の細胞間脂質はセラミドを主体にコレステロール・遊離脂肪酸から構成され、皮脂とは別物である点も区別しておく。

  3. ○c.  チロシナーゼはメラニン生成に必須である。

    正しい。メラノサイト内のメラノソームでは、アミノ酸のチロシンがチロシナーゼの作用でドーパ（DOPA）へ水酸化され、さらに同じくチロシナーゼによってドーパキノンへ酸化される。ドーパキノンからは、そのまま進めば黒褐色のユーメラニンが、システインが結合すると黄赤色のフェオメラニンがつくられる。経路の律速となる初期2段階をチロシナーゼが担うため、この酵素が欠損・機能低下するとメラニンはほとんど合成されない。チロシナーゼ遺伝子（TYR）の変異で生じる眼皮膚白皮症1型（OCA1）がその代表例である。

  4. ×d.  アポクリン汗腺の導管は表皮に直接開口する。

    誤り。アポクリン汗腺の導管は毛包に開口し、その位置は脂腺の開口部より上方（皮膚表面寄り）である。腋窩・外陰部・乳輪・外耳道などに限局して分布し、思春期以降に発達する。分泌物はタンパク質や脂質を含み、皮膚常在菌に分解されて特有のにおいを生じる（腋臭症の原因）。一方、表皮に直接開口するのはエクリン汗腺で、ほぼ全身に分布して体温調節のための水様の汗を分泌する。

  5. ×e.  ヘミデスモソームは表皮細胞間の接着に関わる。

    誤り。ヘミデスモソームは表皮基底細胞の下面にあり、基底細胞を基底膜（表皮と真皮の境界）に固定する接着装置である。構成分子にはBP180（ⅩⅦ型コラーゲン）、BP230、インテグリンα6β4などがあり、BP180・BP230に対する自己抗体で生じるのが水疱性類天疱瘡（表皮下水疱）である。表皮細胞（ケラチノサイト）どうしの接着を担う主な装置はデスモソームで、構成分子のデスモグレイン3・1に対する自己抗体で尋常性天疱瘡・落葉状天疱瘡（表皮内水疱）が起こる。

表皮を構成する細胞

・ケラチノサイト（角化細胞）：表皮細胞の大部分。基底層で分裂し、有棘層→顆粒層→角層へと分化しながら上行し、最終的に角層として剥がれ落ちる。 ・メラノサイト：基底層に存在し、メラニンを合成してメラノソームごと周囲のケラチノサイトへ受け渡す。神経堤由来。 ・Langerhans細胞：主に有棘層に存在する樹状細胞で、抗原提示を担う。電子顕微鏡でBirbeck顆粒をもち、CD1aが陽性。 ・Merkel細胞：基底層に存在し、神経終末と接して触圧覚を受容する。

接着装置と自己免疫性水疱症

・デスモソーム（ケラチノサイト間）：デスモグレイン3・1が標的→天疱瘡（表皮内水疱） ・ヘミデスモソーム（基底細胞-基底膜間）：BP180・BP230が標的→水疱性類天疱瘡（表皮下水疱） ・係留線維（基底膜-真皮間）：Ⅶ型コラーゲンが標的→後天性表皮水疱症 ・タイト結合（密着結合）：主に顆粒層に存在し、角層とともに皮膚のバリア機能を担う。

皮膚付属器の比較

・脂腺：毛包上部に開口（口唇・乳輪などには毛と無関係な独立脂腺もある）。分泌物は皮脂（トリグリセリド主体）。アンドロゲンで発達する。 ・エクリン汗腺：全身（特に手掌・足底・前額）に分布し、表皮へ直接開口。体温調節・精神性発汗を担う。交感神経支配だが、節後線維の伝達物質はアセチルコリンである。 ・アポクリン汗腺：腋窩・外陰部・乳輪などに分布し、毛包の脂腺開口部より上方に開口。思春期以降に機能する。

メラニン合成経路

チロシン →（チロシナーゼ）→ ドーパ →（チロシナーゼ）→ ドーパキノン → ユーメラニン（黒褐色） ドーパキノン ＋ システイン → フェオメラニン（黄赤色） メラニンは紫外線を吸収・散乱し、表皮基底層の細胞核を紫外線による損傷から守る。

皮膚の感覚受容器

・Merkel細胞（表皮基底層）：持続的な触圧覚 ・Meissner小体（真皮乳頭）：触覚（振動・軽い触刺激） ・Pacini小体（真皮深層〜皮下組織）：振動覚 ・Ruffini小体（真皮）：皮膚の伸展 ・自由神経終末：痛覚・温度覚・かゆみ

POINT

・Merkel細胞は触圧覚の受容細胞、表皮の免疫（抗原提示）担当はLangerhans細胞。 ・皮脂の主成分はトリグリセリド（次いでワックスエステル、スクアレン）で、コレステロールは少ない。 ・メラニン合成はチロシン→ドーパ→ドーパキノンの段階をチロシナーゼが触媒し、欠損すると眼皮膚白皮症（OCA1）となる。 ・表皮に直接開口するのはエクリン汗腺、アポクリン汗腺は毛包（脂腺開口部の上方）に開口する。 ・細胞間接着はデスモソーム（天疱瘡）、基底細胞-基底膜接着はヘミデスモソーム（水疱性類天疱瘡）。

※問題・正答は厚生労働省の公開資料をもとに掲載しています。