Immunohistochemical Evaluation and Gene Expression Profiling of Senile Lentigo

Abstract

BACKGROUND AND OBJECTIVES: Senile lentigines typically appear as dark brown macules on sun-exposed areas. Histologically, they are characterized by hyperpigmentation in the basal layer of the epidermis, combined with elongation of rete ridges. The molecular pathogenesis underlying the initiation and formation of senile lentigines are not completely understood. The histological and immunohistochemical features that characterize facial senile lentigines and their gene expression profiles were investigated. MATERIAL AND METHODS: For routine and immunohistochemical study, formalin-fixed and paraffin-embedded tissue blocks obtained from 20 Korean patients (1 man, 19 women) were used. Immunohistochemical staining of tyrosinase, NKI/beteb, MITF (microphthalmia-associated transcription factor), Ki67, SFRP2 (secreted frizzled-related protein 2), Wnt-5a, p16 and p53 and computer-assisted image analysis were performed. DNA microarray analysis was carried in one female volunteer with both lentigo and melasma. RESULTS: Histological features of senile lentigo of the face were characterized by epidermal hyperpigmentation due to melanocytic proliferation and activation. Epidermal thickness was increased due to increased size of keratinocytes, rather than the number of keratinocytes. In contrast to lentigo occurring elsewhere, facial lentigo in my series showed flattened epidermis rather than lentiginous epidermal hyperplasia in 80% of cases. NKI/beteb and tyrosinase staining suggests melanocytes are constantly activated throughout the evolution of lentigo. Increased expression of p53 in lesion suggests ultraviolet light irradiation is an important factor for epidermal hyperpigmentation. Wnt signaling pathway-associated factors were partially evident in the lesional skin, indicating possible involvement. The severity of senile lentigines could be correlated with the degree of epidermal hyperplasia and categorized, which was further supported by modulations of proliferation and senescence markers. Differentially expressed genes among the normal skin, lentigo and melasma were identified by Affymetrix gene expression analysis, but the results did not match the outcomes derived from immunohistochemistry. CONCLUSIONS: Senile lentigo is a pigmentary disorder of both melanocytes and keratinocytes, controlled by intricate interactions between epidermal and dermal mesenchymal cells.

연구 배경 및 목적: 노인성 흑색점은 일광 노출 부위에 호발하는 갈색 반점 형태의 색소 침착 질환으로, 고령에서 주로 발생하므로 광노화의 진행을 나타낸다. 현재까지 흑색점의 발생과 진행의 분자생물학적 기전은 명확히 밝혀져 있지 않다. 따라서 본 연구에서는 노인성 흑색점 병변에 대한 면역조직화학적 특성을 밝히고 유전자 발현 양상을 연구하고자 하였다. 재료 및 방법: 노인성 흑색점으로 기 진단된 20명의 파라핀 조직 블록에 대해 tyrosinase, NKI/beteb, MITF (microphthalmia-associated transcription factor), Ki67, SFRP2 (secreted frizzled-related protein 2), Wnt-5a, p16과 p53에 대한 면역조직화학 염색을 시행하였다. 면역조직화학 염색된 조직과 hematoxylin & eosin (H&E) 염색된 조직에 대해 컴퓨터 이미지 분석 및 조사자에 의한 반 정량적 분석을 함께 시행하였다. 노인성 흑색점과 기미를 동시에 가진 1명의 여성 자원자에 대하여 병변 조직의 DNA 마이크로어레이 분석을 시행하였다. 결과: H&E 염색 상에서는 표피 하부의 과색소 침착이 두드러지게 나타났으며 기존 보고에서 흑색점의 특징으로 설명하였던 표피 능선의 곤봉 모양 연장보다 표피가 편평하게 변화한 경우가 대부분이었다. 표피의 두께와 넓이가 증가하였으며 이는 각질 세포의 크기 변화와 연관된 것으로 나타났다. NKI/beteb과 tyrosinase에 대한 염색을 통하여 멜라닌 세포는 병변의 진행 과정 동안 지속적으로 활성화 됨을 확인하였다. 표피 세포들은 p53 염색에 양성을 보임으로써 과색소 침착에 자외선의 영향이 작용함을 나타내었고, SFRP2와 Wnt-5a의 발현이 증가되어 노인성 흑색점의 발생에 Wnt 신호전달체계가 관여할 수 있음을 시사하였다. 병변의 두께에 따른 흑색점의 진화 과정을 나눌 수 있었으며 이는 면역조직화학적 표지자의 변화와 동반되었다. DNA 마이크로어레이 분석을 통해 정상부와 노인성 흑색점, 기미 병변 사이에 발현의 차이를 보이는 유전자를 찾을 수 있었으나 면역조직화학염색 결과와는 상이하였다. 결론: 노인성 흑색점의 형성에는 멜라닌 세포뿐 아니라 각질 세포가 함께 관여하며 이러한 과정에는 표피 세포와 진피의 중간엽 세포 간의 상호 작용이 중요할 것으로 생각된다.