板层小体在皮肤渗透屏障形成中的作用

耿清伟 宋秀祖

310009杭州，安徽医科大学杭州临床学院皮肤科

一、板层小体

表皮内板层小体（lamellar bodies，LB）是位于棘层上部和颗粒层细胞内的椭圆形囊泡或泡管状分泌性细胞器，直径100～300 nm。LB在角质形成细胞分化时形成，最早出现于表皮棘层上部，到达颗粒层后数量不断增加，在维持皮肤屏障稳态方面具有重要作用［1］。LB还可以存在于皮肤外器官的细胞中，如肺、胃、支气管、口腔等，具有脂质储存和分泌的功能，又被命名为板层颗粒、多LB、被膜颗粒、Odland小体等［2］。

1.LB的结构：一直认为LB是一种离散的囊泡，但Hollander等［2］利用三维显微镜，提出其是一种管网状膜网络。目前已知，LB内含丰富的内容物，主要包括：①极性脂质：胆固醇、磷脂、葡萄糖基神经酰胺、鞘磷脂等；②酶：包括与渗透屏障脂质合成相关的β葡糖脑苷脂酶、酸性鞘磷脂酶、分泌性磷脂酶A2（sPLA2），以及一些中性和酸性的脂酶激肽释放酶7和8、组织蛋白酶D、小窝蛋白1等；③蛋白酶抑制剂：弹力蛋白酶抑制剂、半胱氨酸蛋白酶抑制剂M/E；④抗微生物肽：人β防御素2、抗菌肽LL⁃37；⑤其他：溶酶体蛋白、钙结合蛋白、Rab相关蛋白、受体和信号转导蛋白等［3⁃4］。丰富的内容物赋予LB多种功能，其中包括在皮肤屏障中具有重要地位的渗透屏障以及抗菌屏障功能。另外，溶酶体蛋白、Rab相关蛋白等存在提示LB可能是通过自噬形成的。LB的这些结构特征，与细胞外囊泡的传递方式相似。细胞外囊泡是释放到细胞外的膜性小囊泡，在生理病理情况下，几乎所有类型的细胞均可产生并释放。根据其产生机制的不同，可分为外泌体、微囊泡和凋亡小体。其中外泌体由多囊泡小体和细胞质融合后被细胞释放出来的囊泡状结构［5］。推测LB可能是外泌体的一种形式，刺激LB分泌的信号可能与外泌体存在相似性。

2.LB的形成：LB来源尚未阐明，线粒体、高尔基体、多泡体、溶酶体等细胞器都曾被考虑过与其形成有关。目前研究倾向于两种说法，一种认为其来源于反面高尔基体；另一种认为与溶酶体存在相关。早在1998年，Elias等就提出LB来源于反面高尔基体（trans⁃Golgi network，TGN），但其直接证据一直未发现［3，6］。高尔基体管腔受弱酸性环境调节，高尔基体pH调节器（GPHR）是高尔基体酸化过程中必不可少的一种阴离子通道，对高尔基体形成有作用。Tarutani等［6］用Cre⁃loxP系统敲除小鼠角质形成细胞特异性GPHR，可观察到小鼠皮肤色素沉着并伴有鳞屑，经表皮失水量明显增加；同时观察到LB的标记物TGN46和其内容物蛋白激肽释放酶7表达减少；电镜观察到异常LB形成。另外，Guo等研究发现，TGN可以通过适配蛋白1（AP1）依赖微管相关蛋白轻链（LC3）阳性囊泡的形式为自噬体形成提供膜来源，从而在自噬体形成中发挥作用［5］。

Hariri等［7］用GlcNAc⁃TV转染貂肺上皮细胞Mv1Lu建立了LB细胞模型，提出LB是通过细胞自噬形成的。而自噬是存在于所有真核细胞中进化上高度保守的溶酶体依赖性物质降解过程［8］。Hariri等［7］用溶酶体蛋白酶特异性抑制剂亮抑肽酶处理该细胞模型后，细胞内LB逐渐转变为自噬空泡，并在连续处理96 h后完全消失；但撤药72 h后，LB又重新出现。此外，用自噬空泡形成早期特异性抑制剂3甲基腺苷酸（3⁃MA）处理该模型后，细胞内新生LB数量明显减少，同时形成一种自噬空泡包涵体。另外，Ras超家族的成员之一Rab蛋白在调节囊泡形成、转运、锚定、融合方面具有“分子开关”作用，也参与自噬过程调节。Reynier等［9］发现，Rab11a在表皮颗粒层内高度表达，Rab11a沉默的表皮中角质层脂质合成下降，LB密度及分泌降低，LB内容物形成及溶酶体依赖性降解异常。

3.LB的装载：LB内含丰富的内容物，关于这些内容物如何装载入LB内的研究甚少。ABCA12是ATP⁃结合盒（ABC）家族成员之一，被认为是转运角质形成细胞脂质的关键分子。Akiyama等［10］将丑鱼样鱼鳞病患者角质形成细胞在高钙条件下培养1周，发现新的LB形成，但其内容物分泌异常；纠正ABCA12基因后，角质形成细胞内葡萄糖基神经酰胺含量增加，与正常人角质形成细胞含量相似。

4.LB的分泌：LB内的脂质是角质形成细胞外脂质的前体，这些脂质以胞吐的形式分泌到颗粒层-角质层分界面的细胞间隙，形成板层膜［3］。在细胞间隙，β葡糖脑苷脂酶和酸性鞘磷脂酶分别将葡萄糖基神经酰胺和鞘磷脂转化为神经酰胺，分泌性磷脂酶A2将磷脂转化成游离脂肪酸和甘油［1，3］。Moner等［1］模拟LB形态、结构、功能筛选了一个脂质系统，发现利用该LB模拟系统对脱脂猪皮进行体外治疗后可形成新的板层状结构。提示是否可以针对不同疾病设计独立的LB模拟系统，从而调节角质层脂质分布，改善皮肤渗透屏障功能。

虽然LB分泌机制尚不明确，但普遍认为钙离子是LB分泌的主要调节因子［3］。生理条件下，表皮基底层细胞外钙离子浓度最低，至颗粒层最高，进入角质层钙离子浓度再下降［11］。这种浓度梯度调控着颗粒层角质形成细胞内LB的分泌，并维持在一个较低的水平。皮肤渗透屏障受损时，颗粒层钙离子水平显著减少，钙离子从角质层排出到皮肤表面，这种钙离子的显著减少是LB分泌的主要信号。使用外源性钙会减少钙的正常分泌，LB分泌将减少，渗透屏障修复也将受到限制［3］。

蛋白酶激活受体（PAR）属于与G蛋白偶联、有7个跨膜单位的受体家族，有PAR⁃1、PAR⁃2、PAR⁃3和PAR⁃4四个成员。PAR⁃2在表皮外核层表达，尤其是脂筏（lipid raft）区域，使用PAR⁃2激动剂可抑制LB分泌，导致渗透屏障修复延迟；相反，在PAR⁃2敲除的小鼠表皮中可发现LB分泌增加，渗透屏障修复加快。皮肤渗透屏障损伤后，丝氨酸蛋白酶（SP）活性增加，局部应用丝氨酸蛋白酶抑制剂（SPI）可加快LB分泌，进而促进皮肤屏障修复，SP/SPI平衡对渗透屏障的稳态具有重要作用。SP是PAR的激活剂，推测SP是通过调节下游信号PAR⁃2而进一步调节皮肤渗透屏障［12］。此外，Sasaki等［13］通过小鼠实验发现TMEM79基因突变可阻碍LB内容物的分泌。

二、LB与皮肤渗透屏障

皮肤渗透屏障主要由角质层中角质细胞及细胞间脂质组成，形成“砖-灰浆”结构［12］。其中细胞间脂质主要由50%神经酰胺、25%胆固醇、15%游离脂肪酸以及少许磷脂组成，这些疏水性脂质基质对水和电解质的丢失具有保护作用，从而维持体内环境的稳定［3］。LB在表皮脂质转运过程中缺失或功能异常可导致皮肤渗透屏障的紊乱，从而引起多种脂质转运障碍性皮肤病的发生，表现为皮肤干燥脱屑等。

1.急性渗透屏障损伤及脂质合成改变：LB内的脂质来源于表皮脂质合成及皮肤外途径。当表皮脂质缺乏时，LB功能受损，从而影响渗透屏障的稳定。另外，有机溶剂、洗涤剂、胶带撕拉等外界因素使局部皮肤脂质减少引起急性渗透屏障损伤，这种损伤可刺激颗粒层最外层细胞内的LB在几分钟之内迅速分泌其内容物，随后在角质层下层出现富集脂质的板层膜［4，8］。LB参与渗透屏障稳定的维持和修复，生理条件下，脂质合成处于活跃状态，屏障损伤将促进脂质合成进一步增加［4］。

角质层细胞外神经酰胺、胆固醇、脂肪酸是渗透屏障三大关键脂质。研究发现，急性渗透屏障损伤时，这3种脂质合成快速显著增加，脂质合成途径关键酶的活性、蛋白水平和mRNA水平增加都显著增加［3，14］。而局部应用脂质合成关键酶的抑制剂，表皮脂质合成将受到抑制，新LB合成延迟且结构异常，细胞外板层膜缺乏，屏障修复延迟［13］。另外，这3种关键脂质在角质层按一定浓度比例分布，只有在这3种脂质以特定的比例混合外用才能加速屏障功能的修复。而非生理性脂质（如凡士林）的应用也可以修复屏障，但并不能促进LB形成［4］。除此以外，角质层中许多脂肪酸是以极长链存在的，因而脂肪酸的延长至关重要。研究证实：极长链脂肪酸延伸因子4（ELOVL4）缺失的动物LB内容物形成异常，导致角质层板层膜减少，最终使皮肤渗透屏障受损，出生不久即死亡［15］。另外，LB内最主要的鞘脂是葡萄糖基神经酰胺，它由葡萄糖基神经酰胺合成酶催化合成。Jennemann等［16］研究表明，表皮葡萄糖基神经酰胺合成酶缺陷的小鼠，LB和角质层内的结构紊乱，出生后不久即死亡。

2.相关皮肤病：何黎等［17］通过透射电镜发现银屑病、多形性日光疹、激素依赖性皮炎患者皮损处，LB分布紊乱，数量较正常人减少，密度降低。Akiyama等［10］发现，丑鱼样鱼鳞病患者表皮内因葡萄糖基神经酰胺转运异常，LB内容物分泌异常。Rizzo等［18］发现，以痉挛性麻痹、智力发育不全、先天性鱼鳞病为特征的常染色体隐性遗传病Sjögren⁃Larsson综合征患者表皮内LB形成和分泌异常，渗透屏障稳定性破坏。Menon等通过透射电镜发现，皮肤呈鱼鳞病改变的Refsum病患者表皮中LB内容物异常，导致板层膜结构异常，最终使渗透屏障功能异常［15］。此外，刘子重等［19］用四氧化钌电子特染和钙离子化学捕捉技术结合透射电镜观察到白癜风皮损处同时存在表皮钙离子梯度消失和板层膜结构紊乱，其是否与LB分泌异常尚待研究。

三、结语

LB在表皮脂质转运中与皮肤渗透屏障的稳态具有密切关系，但目前关于LB的研究尚不深入，LB的确切来源，LB如何进行装载，调节LB分泌的信号机制等，都需要进一步研究。阐明LB形成和分泌的具体机制，有利于对表皮内LB功能进行评估，从而为脂质转运障碍性皮肤病的治疗指明方向。

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