角质形成细胞异常诱发银屑病：基因工程动物模型的启示

郑海豪 石臻睿 王亮春

510120广州，中山大学孙逸仙纪念医院皮肤科

银屑病的发病机制目前尚未完全阐明［1］。30年来，学术界一直对角质形成细胞和免疫细胞的功能异常在银屑病发病中孰为因果存在争论［2］。起初认为银屑病是由于角质形成细胞异常增殖引起的，但随着研究的深入，在皮损区发现Th1和Th17细胞浸润，遂将注意力转向T细胞介导的免疫反应，并逐渐将其作为银屑病发病机制的核心［1］。近年来，基因工程银屑病动物模型研究发现，角质形成细胞在银屑病皮肤炎症的启动和维持中均发挥关键作用。根据基因工程技术的特点，银屑病小鼠模型主要分为条件性基因敲除和先天性基因表达异常小鼠模型。前者是在小鼠成年以后，通过注射枸橼酸他莫昔芬特异性敲除角质形成细胞内的某些蛋白质而诱发银屑病，更接近于人类银屑病的发生过程。后者是通过特异性细胞内基因敲除或插入技术，使小鼠出生时即有角质形成细胞内蛋白质表达增多或缺失，更接近于先天性疾病的发病模式。本文简述几种银屑病基因工程动物模型以及相关研究，并结合近年我们团队取得的一些研究成果，分析并深入理解角质形成细胞在银屑病发病机制中的作用。

一、（Krt1⁃5cre/ERT）1lpc X Junbtm3WagX Juntm4Wag小鼠

该小鼠的特点是在成年小鼠的任何周龄，通过腹腔或静脉注射枸橼酸他莫昔芬，特异性、选择性敲除角质形成细胞内的JunB/c⁃Jun基因。基因敲除8～10 d后，小鼠即自发出现银屑病样皮炎和关节炎。皮损组织病理表现为表皮增生，中性粒细胞和淋巴细胞浸润，并伴有多种银屑病相关细胞因子和趋化因子表达上调［3］。进一步将JunB/c⁃Jun双敲小鼠与 Rag2⁃/⁃小鼠杂交，获得具有免疫缺陷的 JunB/c⁃Jun/Rag2⁃/⁃小鼠（基因双敲与T、B淋巴细胞缺乏），小鼠仍然出现银屑病样皮炎，充分说明角质形成细胞异常足以诱发银屑病［3］。与皮损发生不同，关节炎的发生却要依赖于T淋巴细胞和肿瘤坏死因子（TNF）信号通路［3］。

该银屑病模型的局限性在于JunB的表达具有异质性。早期研究发现，JunB在银屑病患者皮损中的表达显著降低，而作为JunB的拮抗剂，c⁃Jun表达较正常皮肤显著升高［3］。但是随着研究深入，却发现无论在银屑病皮损区、还是非皮损区，JunB表达都呈现很大个体差异［4］，甚至还有研究发现其在寻常性银屑病皮疹中表达上调［5⁃6］。这些研究结果提示，可能只有部分银屑病的发生与JunB/c⁃Jun易感基因异常有关。另外，由于皮疹发生不依赖于T淋巴细胞，所以该小鼠模型自2005年建立以来并没有得到广泛应用。

二、Krt14⁃cre/ERT X Galectin⁃3FL/FL小鼠

这是我们实验室尚在研究中的小鼠模型，其基因工程原理同上文小鼠，选择性敲除角质形成细胞内的半乳糖凝集素3（galectin⁃3）。我们研究发现［7］，galectin⁃3在银屑病表皮中显著降低，而在其他银屑病样皮炎包括神经性皮炎、慢性湿疹、脂溢性皮炎、毛发红糠疹、玫瑰糠疹、副银屑病、扁平苔藓的表皮中仍有丰富表达，提示表皮galectin⁃3的下降具有疾病特异性。将galectin⁃3敲除鼠尾部皮肤移植至野生型小鼠背部，12周以后移植皮肤出现银屑病样皮炎改变，提示表皮内galectin⁃3蛋白缺失足以诱发银屑病。为进一步研究galectin⁃3在银屑病发病机制中的作用，我们建立了Krt14⁃cre/ERT X Galectin⁃3FL/FL小鼠模型，在成年小鼠选择性敲除表皮内galectin⁃3，基因敲除后第8周，部分小鼠出现皮肤异常。应用该动物模型，可进一步研究小鼠galectin⁃3缺失诱发银屑病的机制，是否跟前期的体外实验一样，是通过MAPKs通路中的JNK，而不是的ERK和p38 MAPK信号途径，并不依赖核因子（NF）κB调节角质形成细胞的增殖分化，最终诱发银屑病。

三、K5.STAT3C小鼠

K5.STAT3C小鼠以表皮持续过表达活化的信号传导及转录激活因子（STAT）3为特点，出生后2周即可自发或在局部刺激下（表皮磨削、外用咪喹莫特）诱发银屑病样皮炎改变，但不会出现关节炎或其他关节异常。皮肤组织病理表现为角化不全、颗粒层消失和棘层肥厚，毛细血管扩张和白细胞浸润。将该小鼠的皮肤移植至无胸腺小鼠（T淋巴细胞缺乏），单纯外伤刺激后移植皮肤不会出现银屑病样改变，但皮内注射活化的T淋巴细胞后，可诱发银屑病样皮炎。这些研究结果提示，STAT3可能通过调节角质形成细胞与T细胞间相互作用而促进银屑病发生［8］。

STAT3是Janus激酶信号传导及转录激活因子（Janus⁃activatedkinasesignaltransducersandactivators of transcription，JAK⁃STAT）信号通路上的关键因子。磷酸化STAT3从胞内转移到细胞核，与不同的启动子序列结合后，调节细胞生长、分化及凋亡［9］。银屑病皮损中，角质形成细胞STAT3表达丰富，细胞核内可以检测到大量磷酸化STAT3蛋白。而健康人和其他炎症性皮肤病，如慢性皮炎、痒疹、扁平苔藓，表皮中仅有少量STAT3表达，核内几乎检测不到磷酸化STAT3，提示STAT3在银屑病角质形成细胞功能异常中发挥重要作用［8］。

随着对JAK⁃STAT信号通路研究的不断深入，结合T淋巴细胞在K5.STAT3C小鼠疾病发生中的必要性，该小鼠模型逐渐成为研究免疫炎症因子在银屑病发病机制中作用的主要动物模型之一，并由此发现一些新的治疗方向。例如，外用STAT3抑制剂STA⁃21，不仅能抑制K5.STAT3C银屑病样皮炎的发生，对银屑病患者也有治疗作用［10⁃11］。另外，外用TNF⁃α转化酶抑制剂［11］或组织蛋白酶K抑制剂（NC⁃2300）均能显著改善K5.STAT3C小鼠的银屑病样皮炎［12］。在该模型中关键的致病性细胞因子是IL⁃23，而非IL⁃22，也从侧面解释了抗IL⁃22抗体治疗银屑病临床试验失败的原因［13］。将K5.STAT3C与自身免疫性关节炎的模型小鼠F759杂交，成功获得银屑病关节炎小鼠模型［14］。

四、K14⁃cre/Ikk2FL/FL小鼠

是另一种与信号途径有关的基因工程银屑病小鼠模型，该小鼠自出生起，表皮内I⁃κB激酶（IKK）即被定向敲除。IKK可通过促进I⁃κB磷酸化而抑制NF⁃κB的功能，从而在多种炎症过程中发挥重要调节作用。K14⁃cre/Ikk2FL/FL小鼠在生长过程中出现银屑病样皮炎改变，该病理现象的发生不依赖于T淋巴细胞、粒细胞和IFN信号通路，而依赖于巨噬细胞和TNF信号通路［15⁃16］。但因该模型小鼠多在幼年死亡，皮损处角质形成细胞过度凋亡，组织病理与银屑病相去甚远，以及皮损发生不依赖于T淋巴细胞而未得到广泛应用。

五、其他生长因子、细胞因子相关基因工程小鼠模型

血管内皮细胞生长因子（VEGF）相关模型：K14⁃VEGF小鼠，在棘层肥厚的部位可以看到角化过度、角化不全和表皮角延长；血管迂曲、延长，几乎和银屑病患者无差别；并有T淋巴细胞浸润，浸润的CD4/CD8T细胞比例与银屑病患者相似。VEGF抑制剂治疗有效［17］。血管生成素受体相关模型：K5⁃Tie2小鼠，临床和组织病理表现与K14⁃VEGF小鼠类似［18］。以上2个模型的局限性在于，临床表现以血管异常为基础，浸润细胞主要为肥大细胞［19⁃20］。转化生长因子β1相关模型：K5.TGFb1w小鼠，表现为棘层肥厚，突出的特征是小鼠出现Koebner征，但是皮肤炎症不明显［20⁃21］。角质形成细胞生长因子相关模型：K15/KGF小鼠，局限性在于小鼠有免疫应答缺陷，并且毛囊生长受抑制［21⁃22］。细胞因子相关模型：K5⁃IL⁃17C、Il1rn（⁃/⁃）等。①K5⁃IL⁃17C小鼠，表现为角化不全，颗粒层消失，棘层肥厚，真皮毛细血管增生，炎症细胞浸润，突出特点是银屑病相关的炎症因子表达显著上调，包括白细胞介素（IL）17A、IL⁃23、IL⁃12和S100A8等［23］；②Il1rn（⁃/⁃）小鼠，是IL⁃1受体拮抗剂敲除小鼠，表现为表皮肥厚、角化不全和表皮微脓肿，典型表现为镜下可见的真皮内小血管增生［24］。这些银屑病小鼠模型更适合研究特定细胞因子或生长因子在银屑病发病机制中的作用。

综上所述，通过基因工程技术，特异性敲除或过表达角质形成细胞内的一些信号通路蛋白或细胞因子，确实可以诱发银屑病样皮炎，证明角质形成细胞缺陷足以诱发银屑病。但无论是接近于银屑病发病模式的条件性基因敲除小鼠，还是类似于先天性疾病发病模式的角质形成细胞基因表达缺陷小鼠，都不能完全模仿人类银屑病发生的病理生理过程。首先，靶基因不具有银屑病疾病特异性；其次，靶基因缺陷诱发的银屑病样皮炎只是部分类似人类银屑病组织病理的改变（棘层肥厚、真皮乳头毛细血管迂曲扩张、真皮内炎症细胞浸润）；最后，相较于人类银屑病，这些小鼠模型不具有免疫细胞和炎症因子的系统性改变。所以，上述动物模型的研究结果尚不能说明角质形成细胞和免疫细胞在银屑病发病机制中的因果关系。期待随着基因工程技术的进步，新的银屑病动物模型能够克服上述缺陷，更贴近于人类银屑病的发生，为深入研究银屑病的发病机制以及新药研发提供更好的研究平台。