皮肤屏障中分化蛋白的研究进展

廖 倩，于春水，汪瀚文

1 皮肤屏障

皮肤是人体内最大的器官，总重量大约占个体体重的16%，也是抵御外界不良因素侵扰的第一道防线。Kabashima-Kubo等[1]的研究表明，皮肤屏障不仅阻止了病原体的入侵，而且对角质层、角质形成细胞结构组成及免疫细胞抗原的介导进行了整合。皮肤屏障在防御外界有害因素损伤及维持内环境稳态中起重要作用，包括物理屏障、色素屏障、神经屏障和免疫屏障等。其中90%的皮肤屏障功能依靠角质层形成，角质层屏障的主要成分是角质层及其角质包膜（砖泥）和细胞间的脂质双分子层（灰泥）。“砖墙-灰泥模型”（brick and mortar）是现在公认的表皮角质层屏障结构模型，同时覆盖在这层模型之外还有一层水脂膜（hydro-lipid fi lm），与砖墙结构共同构成了皮肤的物理性屏障。Addor[2]研究认为角质层具有活跃的新陈代谢和自我调节能力，对激发炎症反应中的角质形成细胞、血管生成、纤维素增生起到调节的作用，调节作用的大小主要取决于刺激的强度。

2 角质层（stratum corneum，SC）

2.1 角质形成细胞

角质层具有独特的多层结构，是由角质形成细胞通过核分裂、分化、退化直至消失，经由基底层、棘细胞层、颗粒细胞层、透明层（仅见于掌跖等表皮较厚部位），最后形成无生命的角质形成细胞。角质形成细胞呈叠瓦状垂直分布，有效阻止细胞外基质过度伸展，减少了皮肤水分的丢失。细胞外Ca2+的浓度有利于角质形成细胞的分化和增殖，且兜甲蛋白（loricrin，LOR）、内披蛋白（involucrin，IVL）、丝聚合酶原（pro fi laggrin，pFLG）的表达与胞外Ca2+浓度也密切相关[3]。

2.2 角蛋白

角蛋白是表皮的主要结构蛋白，也是角质形成细胞的标志成分。角蛋白不同阶段的表达代表了表皮细胞分化的不同阶段，表达随表皮向终末分化的过程而改变。表皮基底层是未分化的细胞，具有分裂增殖能力，表达特异性角蛋白5/14（即K5 /K14），而当细胞上升至棘细胞层即可发现特异性分化蛋白K1 /K10 的表达。Roth等[4]在研究中发现，通过调节小鼠皮肤K1与K10的缺失，从而增加角化包膜（corni fi ed envelope，CE）的易脆性而影响皮肤屏障功能。在表皮层缺乏K1与缺乏K10的小鼠组别中，缺乏K1的组别中出现了小鼠围产儿死亡；即使小鼠的皮肤屏障是完整的，但缺乏K1的小鼠会出现经表皮水分丢失（trans epidermal water loss，TEWL）上升，提示皮肤屏障功能受损。Choate等[5]研究在K1中确认了一新的基因突变，和先天性网状鱼鳞病样红皮病（congenital reticular ichthyosiform erythroderma，CRIE，也称ichthyosis with confetti，IWC）导致的K10突变类似，K1的突变导致丝聚体碳末端的框移突变，该多肽链30位点氨基酸残基取代了碳末端22位点的氨基酸；突变的K1导致了细胞质中丝状体网坍塌并错置于胞核中。与K10突变导致CRIE一样，K1突变的逆转需要通过有丝分裂重组。由于此突变逆转（回复突变）未见于其他致病性角蛋白变异，作者的研究结果表明K1和K10丝状体碳末端框移突变在CRIE回复性突变嵌合体中高频出现。

3 角化包膜

CE也称交叉连接膜、边缘带以及周边带，它的形成标志着角质形成细胞分化的终末产物——角质形成细胞的产生，是表皮作为一种防御屏障的基础。CE主要由丝聚合蛋白（ fi laggrin，FLG）、IVL、LOR等构成，这些蛋白广泛交叉连接，并受到角质形成细胞转谷氨酰胺酶（transglutaminase keratinocyte，TGK/TG1）的调节。CE相关蛋白的形成与角质形成细胞的增生和分化密切相关，只有当前者的正常基因编码表达和后者之间达到精准平衡，表皮才能正常形成并角质化[3]。2012年Yoneda等[6]发现丝聚合酶原氮端结构域（pro fi laggrin N-terminal domain，PND）的表达与角质形成细胞的终末分化密切相关；在活的有机体内PND和LOR与K10相互作用，这些作用可能与CE和皮肤屏障的形成有关。

3.1 角质形成细胞转谷氨酰胺酶

转谷氨酰胺酶（transglutaminase，TG）目前在人类中发现的有8种类型，是一组Ca2+结合及Ca2+依赖性酶。其中TG1（或者角质形成细胞TG，TGK)、TG2（或者组织TG，TGC）、TG3（或者表皮TG，TGE）、TG5（或者TGX）存在于表皮及其附属器及鳞状复层上皮组织。TGK在正常表皮中仅分布于棘细胞层的中上部直至角质层的起始, 在FLG 的参与下催化角质套膜蛋白如IVL、包绕角蛋白纤维束, 组成表皮特异的角质层屏障结构。Liu等[7]发现，2,3,7,8-四氯二苯并二恶英（2,3,7,8-tetrachlorodibenzo-p-dioxin，TCDD）可以通过上调TGK而刺激表皮的分化。

3.2 丝聚合蛋白

FLG又称为微丝凝聚蛋白，主要存在于表皮颗粒层和透明层，由表皮颗粒层的透明角质颗粒中无活性的pFLG经一些特异性磷酸酶和蛋白酶催化转化而来。它可以和角蛋白中间丝蛋白互相作用，聚集成角蛋白纤维束，从而形成最外层角质形成细胞的扁平支架结构。到目前为止，亚洲和欧洲已发现大约40个FLG 突变位点，且它具有明显的地域性和种群性。Gutowska-Owsiak等[8]认为，白细胞介素（IL）-17A下调了FLG的表达和细胞黏附相关的基因。Batista等[9]研究发现在成人特应性皮炎（atopic dermatitis，AD）中，不仅观察到FLG和紧密连接蛋白1（claudin，CLD）的表达下降，而且发现FLG的表达和疾病的严重程度呈负相关。Kabashima-Kubo等[1]发现，在AD患者中，高浓度的IgE组比低浓度组更易引起FLG的突变；由于FLG的减少或缺失引起的皮肤屏障功能障碍，可能会导致经皮肤引起的过敏反应增加。Thomsen等[10]在异卵双生双胞胎中发现，携带FLG突变基因胎儿比不携带此等位基因胎儿更易患AD。根据基于亚洲人群（包括韩国人、日本人、中国人、新加坡华人）的FLG基因突变谱回顾分析发现：诸如p.R501*、c.3321delA、 p.S1515*、p.S3296*和 p.K4022*FLG等突变普遍均能在至少2个上述人群中发现，而FLG基因无义突变罕见于上述各人群[11]。

3.3 内披蛋白

IVL主要表达于棘细胞层上部与颗粒层，是角质形成细胞分化的标志性蛋白，位于CE的外层，与含有-OH的神经酰胺共价结合，由此将脂质基质和角化细胞连接起来而发挥作用。Theerawatanasirikul等[12]发现了在犬类皮肤中依赖于互补DNA（complementary deoxyribonucleic acid，cDNA）序列来衡量表达产物的4种特定基因引物，即IVL、FLG、K10、K5，这一系列引物的探索，有利于更深层次分子研究犬类皮肤疾病的mRNA和蛋白的定量测定，并且此研究是关于正常犬类皮肤CE基因表达和免疫组化相关性的首篇报道[3]。

Moravcová等[13]发现，在中波紫外线（ultraviolet radiation b，UVB）照射的角质形成细胞中，会引起K1和K10表达增加及IVL减少。Gnanaraj等[14]发现在银屑病中，丙硫氧嘧啶(propylthiouracil，PTU）不仅可以通过调节使过度表达的IVL下降，还可以调节过早成熟的IVL。在银屑病患者的角质形成细胞中，IVL是上升的；而无论是银屑病患者或正常角质形成细胞中，IL-13、IL-17A、内皮素-1、肿瘤坏死因子-α、干扰素-γ均能升高IVL水平[15]。IVL表达异常与对称性肢端角化病（symmetrical acrokeratoderma，SAK）、板层状鱼鳞病（lamellar ichthyosis）等有关。

3.4 兜甲蛋白

LOR主要表达于颗粒层与角质层，是最终分化的CE的主要构成成分，大约占其蛋白量的80%。Ishitsuka等[16]研究发现，后期角化包膜蛋白1（late corni fi ed envelope 1 protein）可以通过用免疫电子显微镜来定位敲除LOR的细胞包膜，而被当作互补成分，同时也发现后期角化包膜基因1可以使皮肤中敲除LOR小鼠的核因子NF-E2相关因子2（nuclear factor erythroid 2 related factor 2，Nrf2）转录水平上升。在AD患者中可能由于病变程度与选取皮损部位的不同，关于IVL和LOR的表达研究结论也并不相同[17]。 2012年Kawachi等[18]发现通过蛋白免疫印迹（Western blotting）分析得出与未分化的角质形成细胞相比，转录因子GATA-3（GA-TA-binging protein-3）在分化的角质细胞中含量更高；共转染实验发现GATA-3和基因c-fos与 sp1通过互助的方式正性调节角质形成细胞分化中LOR的基因转录。有研究发现LOR的异常表达在口腔黏膜下纤维化颊黏膜（oral submucous fi brosis，OSF）发生发展和癌变过程中可能发挥了重要作用[19]。LOR基因突变所致的皮肤病有火棉胶婴儿、进行性对称性红斑角化症（symmetrical progressive erythrokeratoderma，PSEK）及变异性残毁性掌跖角化症（Vohwinkel syndrome，VS）等；LOR表达异常的皮肤病有AD、银屑病等。

4 结语

本文主要对皮肤屏障的分化蛋白做一综述，随着对各种分化蛋白研究的进一步了解，能对皮肤屏障有更深入认识。

【参 考 文 献】

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