皮肤屏障功能与特应性皮炎

谢成树 赵卫东



·综述·

皮肤屏障功能与特应性皮炎

谢成树 赵卫东

目前认为特应性皮炎发病机制不清，可能具有遗传缺陷的个体，在环境等因素的作用下皮肤的蛋白、脂质等的代谢出现异常，进而出现皮肤屏障结构的异常，导致天然保湿因子、抗菌肽减少、经皮失水率增加和pH值的升高等病理生理改变。本文将对皮肤屏障结构异常与特应性皮炎的关系进行综述。

特应性皮炎; 皮肤屏障; 免疫应答; 瘙痒

特应性皮炎(atopic dermatitis, AD)是一种以皮肤顽固性瘙痒、皮肤干燥、湿疹样皮损为主要临床表现的慢性、复发性、炎症性皮肤病。其发病机制目前认为是具有遗传固有缺陷的个体，在环境等因素的作用下，导致皮肤屏障功能障碍和(或)机体免疫失衡，从而引发一系列病理生理的改变。自从上世纪90年代末Taieb[1]提出皮肤屏障功能障碍可能是AD的主要发病机制以来，对AD的皮肤屏障功能的研究成为近年来的研究热点之一。本文针对AD皮肤屏障功能的异常及其在特应性皮炎中的作用进行综述。

1 正常的皮肤屏障结构

皮肤是人体最大的器官，被覆于体表。表皮是其最外层，是皮肤屏障结构基础。表皮的角质形成细胞(keratinocyte, KC)从基底层逐渐向棘细胞层、颗粒层、角质层分化移行。角质层又是表皮的主要屏障结构，角质细胞通过角桥粒相互连接，角质细胞间尤其是细胞层间充满结构性脂质。角质层的表面覆盖有一层皮脂腺分泌而形成的水脂膜。人们常用“砖块”、“钢筋”、“灰浆”分别来形容角质细胞、角桥粒和结构性脂质。正常的皮肤屏障结构一方面保护着机体免受外界环境中的有害因素损伤，另一方面防止组织内的各种营养物质、电解质和水的丧失。

2 AD的皮肤屏障功能异常

皮肤的屏障主要结构在表皮，表皮的屏障结构主要在角质层，现就角质层的角质细胞的相关蛋白、连接、脂质分述如下。

2.1 角蛋白(keratin, KRT) 角蛋白是表皮内角质形成细胞的主要结构蛋白，也是上皮细胞的标志性成分，属中间丝蛋白家族，角蛋白可被分为Ⅰ型(酸性角蛋白，分子量较小，包括K10～20)和II型(碱性或中性角蛋白，分子量较大，包括K1～9)。在角质细胞中，分化成熟的角蛋白纤维是两种类型的角蛋白按1∶1比例特异性聚合成的异种二聚体。在AD患者的皮损区及非皮损区，角质形成细胞均存在异常分化以及角蛋白的异常表达[2]。其中，增生特异性相关的K5/K14及K6/K16和炎症性相关的角蛋白表达增加，而分化特异性相关的K1/K10表达减少。Theerawatanasirikul等[3]研究显示患AD的狗存在角蛋白的基因表达异常，相对非皮损区来说，其皮损区的KRT2e、KRT5、KRT14、KRT17、IVL等表达异常增加。角蛋白异常表达直接影响表皮组织结构的完整性，导致皮肤屏障功能的异常。

2.2 角质化包膜(comified envelope, CE) 表皮细胞分化过程中，不仅有角蛋白的特异性表达，还伴随着一系列重要的中间丝相关蛋白的表达，如中间丝聚合蛋白(filaggrin, FLG)，内披蛋白(involucrin, IVL)，兜甲蛋白(loricrin, LOR)，小分子富含脯氨酸蛋白(small proline-rich regions,SPRRs)等。FLG与角蛋白中间丝相互作用形成致密的角蛋白纤维束，从而成为角质细胞的坚韧的的骨架结构。LOR,IVL，SPRPs等在转谷酰胺酶(TGK)的催化作用下交叉连接并沉积在细胞膜内侧而形成不溶于水的角质化包膜[4]。CE包裹角蛋白纤维束形成一种可耐酶，耐酸碱，抗微生物入侵的不溶性的独特的角质屏障结构。

分化后期，FLG从CE中分离,逐步分解为小肽和游离氨基酸,后经脱氨基作用形成多元羧酸,如乳酸、吡咯烷酮羧酸、尿素、尿刊酸、咪唑丙烯酸等，是重要的天然保湿因子(natural moisturizing factor, NMF)，保持皮肤偏酸性PH值，适促进角质形成细胞的成熟和脱屑，减少致病菌的定植。国内外研究显示，FLG基因是AD的强易感因素。Palmer等[5]研究显示欧洲人最常见的FLG基因突变位点为R501X和2282del4。而日本人常见的FLG基因突变位点为3321delA、S2554X[6]。孟丽等[7]研究中国汉族人其独特的FLG基因突变位点为c.3321delA。FLG基因突变导致FLG表达异常，一方面影响CE的形成，导致角质屏障结构障碍，角质层脆性增加；另一方面乳酸、吡咯烷酮羧酸等重要的NMF生成减少，酸性物质减少，PH值升高。

2.3 蛋白酶及蛋白酶抑制剂 表皮细胞的分化移行过程是一个动态平衡的过程，正常的分化可维持表皮合适的厚度，角质细胞的正常脱落可防止微生物及过敏原的进一步入侵。角质细胞的脱落需要蛋白酶的降解，通过降解角桥粒黏附蛋白(桥粒芯蛋白、桥粒胶蛋白)而实现。角质剥脱的关键蛋白酶主要在颗粒层及角质层细胞里表达的激肽释放酶相关的肽酶(KLK)，包括：胰凝乳蛋白酶(KLK7)和胰蛋白酶(KLK5),属于丝氨酸蛋白酶家族。KLK7能够水解桥粒芯胶蛋白1(DSC-1)，KLK5能够水解桥粒芯糖蛋白1(DSG-1)。正常情况下它们处于失活状态，其活性由丝氨酸蛋白酶抑制剂(LEKTI)来调节。LEKTI由SPINK5基因编码，且受到表皮PH值的调控。在表皮分化的过程中，LEKTI在颗粒层逐渐释放到细胞间质中，与KLK相互作用。AD患者中存在SPINK5基因突变，可致LEKTI缺失，从而KLK5、KLK7的活性增加，角桥粒水解增加，表皮脱落及修复异常，皮肤PH值上升,皮肤渗透性增加。Furio等[8]研究KLK5在NS综合征及AD中发挥重要作用，高表达的KLK5不仅增加皮肤渗透性，还可导致Th2为主的免疫反应和血清中IgE的增高。

2.4 表皮脂质 表皮脂质有两大类：一类是皮肤表面的水脂膜(hydro lipid film)；一类是角质细胞间或细胞层间的结构性脂质，主要有神经酰胺、胆固醇、长链脂肪酸等。在表皮细胞的分化移行过程中，结构性脂质中极性脂质明显减少，中性脂质明显增加，且结构性脂质具有独特生物膜双分子结构。所以脂质也是重要的物理屏障结构。在AD患者中，主要是结构性脂质发生改变。Popa[9]等发现AD犬模型中皮肤的神经酰胺含量低于正常犬，且外用含有鞘脂的乳剂后皮肤中的神经酰胺明显增加。Tawada[10]等研究显示AD患者表皮中含长链脂肪酸的神经酰胺要比正常人低，INF-γ可通过抑制神经酰胺合成酶和长链脂肪酸连接酶的表达而起作用。AD的皮肤脂质中神经酰胺明显减少，尤其神经酰胺1、3减少最突出，继而其杀菌作用的神经酰胺醇、神经酰胺代谢产物含量减少。同时脂质含量下降又使表皮PH值上升，PH升高可抑制脂质代谢相关的酶类， 脂质缺乏的皮肤不仅干燥、脱屑，且抗微生物屏障功能受损明显。

3 AD异常的皮肤屏障功能产生的影响

AD患者存在遗传缺陷，可能合并有环境因素和社会心理等因素的作用，直接产生角质层结构性破坏或受损，角桥粒被酶解加快，表皮脂质减少和(或)脂质成分比例的改变。

3.1 NMF减少和TEWL增加 FLG的表达异常不仅可致角质细胞的结构性异常，且FLG可分解为乳酸、吡咯烷酮羧酸等重要的NMF减少，角质细胞的结构性异常，角桥粒水解增加以及表皮脂质的减少均使经皮失水率(Trans-epidermal water loss, TEWL)增加。Winge等[11]研究AD患者的TEWL要比正常对照者高，FLG对皮肤屏障的功能整合起主要作用，FLG缺陷还影响到炎症反应、表皮分化等信号传导。FLG的作用重要且多元，Stout等[12]在分子水平内化重组AD受损的FLG，期望从发病的源头去重建AD受损的皮肤屏障。同时，神经酰胺、胆固醇、长链脂肪酸等脂质减少或比例的改变，使在防止表皮水分丢失及保持皮肤弹性等方面失去作用。对表皮的脂质等进行重建及修复可以减轻AD的症状，减少其复发。Simpsom等[13]研究润肤剂的使用可以提高皮肤屏障功能，对AD患者尽早使用润肤剂是一种温和、安全、经济和有效的治疗方式。Kircik等[14]研究发现单独使用神经酰胺、胆固醇、长链脂肪酸(3∶1∶1)治疗轻中度AD，可取得良好的临床效果。

3.2 抗菌肽的表达减少和pH值的升高 表皮偏酸性及抗菌肽都有较强的抗菌作用，可使表皮的病原菌定植减少。同时可维持表皮的低渗透性及完整性。AD的表皮的角质形成细胞分化移行过程中，一方面角质形成细胞表达的防御素如hBD等的抗菌肽减少。早期的研究显示AD表皮中LL-37、hBD-2、hBD-3、iNOS、IL-8等防御素及抗菌肽的表达减少，导致对葡萄球菌、病毒、真菌的易感。不仅Th2细胞分泌的IL-4可降低hBD-2的表达，Alase等[15]研究AD患者中Th2细胞分泌的IL-33可降低hBD-2的表达，导致其急性炎症皮损对微生物的易感。Broccardo等[16]研究示伴有感染的AD患者的多种皮肤屏障相关蛋白表达降低，NMF合成减少，加剧其对微生物的机械屏障缺陷及抗菌活性下降。另一方面FLG等角质蛋白及磷脂的代谢异常使表皮酸性产物等减少，表皮pH值升高[11]。但近有研究显示FLG的基因突变及代谢与表皮pH值并无明显相关性[17]。Clausen等[18]研究显示，相对于非皮损区及正常皮肤，皮损区的hBD-2表达增高，且与TEWL和SCORAD呈显著正相关，与pH值和FLG基因突变无明显相关性，hBD-2可看作AD严重程度的“生物标记”。Oyoshi等[19]研究显示FLG的基因缺陷和皮肤的过敏性炎症反应有协同作用，IL-17A介导的对病毒的易感性增加。 AD患者对微生物易感性增加的机制还有待进一步研究。

3.3 免疫失衡 AD的FLG结构性异常使其易暴露于外界微生物和过敏原。Brough等[20]研究显示，AD儿童损伤的皮肤屏障，对环境中花生的暴露增加，易形成花生过敏症。致敏的肥大细胞再次接触过敏原后即活化且释放炎症因子，诱导Th2细胞及嗜酸性粒细胞迁移至表皮;同时受损的表皮产生趋化因子也能让Th2细胞由真皮迁移至表皮。Fujita等[21]研究AD中的DC细胞不仅有抗原递呈的作用，还能诱导T细胞向Th2细胞异常极化。Th2细胞分泌IL-5、IL-4、IL-13等细胞因子，诱导B细胞分化产生更多的IgE。释放的细胞因子可抑制S100钙结合蛋白A11(S100/A11),从而下调丝聚合蛋白的表达，屏障功能进一步受损。同时Th2性细胞因子也可下调AD表皮脂质的表达[22]。pH值升高及抗菌肽表达的减少增加微生物的定植，Kim等[23]发现IL-25可通过抑制FLG的表达，从而增加AD患者对单纯疱疹病毒和牛痘病毒的易感性，且Th2细胞分泌的IL-4、IL-13对FLG表达的抑制有协同作用。微生物被异常表达的抗原递呈细胞受体识别，启动保护性免疫应答并分泌多种细胞因子，导致T细胞的极化异常，急性期主要以Th2主导的细胞免疫应答，分泌的细胞因子IL-4和IL-13又可下调抗菌肽的表达，进而形成一种恶性循环。

3.4 瘙痒 瘙痒是AD患者的主要表现之一 ，其机制还不是完全清楚，目前认为瘙痒特异性神经纤维传导在AD中有着重要作用。AD患者的痒觉异常敏感，炎症因子、神经肽、IL-31、蛋白酶活化受体2(PAR2)等致痒原(pruritogen)均与瘙痒有关系。有研究发现AD患者Th2诱导的炎性皮损中存在TRPA1依赖的痒觉神经通路，可能对AD患者的慢性瘙痒起到重要作用[24]。Kato等[25]研究发现在AD患者皮损的神经末梢及脊髓神经根存在IL-31受体蛋白的表达。同时Cevikbas等[26]研究发现一些感觉神经上表达有IL-31受体，是一种特殊的功能性的神经细胞因子受体，可能介导Th2细胞释放IL-31引起瘙痒。有研究示针对AD的瘙痒，应用抗IL-31受体的抗体治疗，可能成为一种新的治疗方法[27]。但Siniewicz-Luzeńczyk等[28]研究显示AD患儿皮损区虽然IL-31比正常儿童显著增高，但疾病的严重程度与瘙痒程度与IL-31的水平没有明显相关性。抗组胺药对AD的顽固性瘙痒是抵抗的，但有研究显示肥大细胞释放的组胺能够抑制表皮的分化，损伤皮肤的屏障功能，抗组胺药的治疗不仅能够止痒，还有修复皮肤屏障的作用[29]。可见AD的瘙痒机制复杂且不明确，皮肤屏障功能的受损可能导致痒觉异常敏感，微生物的易感及免疫失衡可致多种致痒原的产生。

4 结语

综上所述，AD的发病与遗传、皮肤屏障功能、免疫系统等多方面有关，而且各因素之间相互影响。皮肤屏障功能在其发病机制中有着至关重要的作用，其中FLG是皮肤屏障的关键，可减少抗原的入侵和TEWL,并可释放酸性物质致皮肤pH值下降，抑制细菌的生长。深入了解皮肤屏障功能在AD中的作用可为今后的基础研究及临床治疗提供新的思路和策略。

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(收稿：2016-05-14)

Skin barrier function and atopic dermatitis

XIEChengshu,ZHAOWeidong.

TonglingCenterforDiseaseControlandPrevention,Anhui244000,China

XIEChengshu,E-mail:a54828634@sina.com

The pathogenesis of atopic dermatitis (AD) is not clear. There is abnormal metabolism of skin protein and lipid in the individuals with genetic inherent defects under the special environment, which leads to the damage of the skin barrier structure and the decrease of the level of NMF and antimicrobial peptides, the rising of TEWL and pH. The association between the abnormal skin barrier structure and the onset of AD is reviewed in this article.

atopic dermatitis; skin barrier; immune response; itch

安徽省铜陵市疾病预防控制中心,244000

谢成树，E-mail: a54828634@sina.com