皮肤免疫应答研究进展

汪长星

（浙江大学医学院附属第二医院 病理科，浙江 杭州 310000）

0 前言

皮肤是人体最大的器官且具有多种类型细胞，细胞间通过网络联系维持多项活动，例如免疫应答以实现耐受，抵抗疾病，伤口修复、血管生成等。其中最重要的作用是其抵御暴露外部和内部有害环境的免疫功能。皮肤的免疫应答功能为炎症、自身免疫病、癌症等的治疗带来了新的思路和希望。很长一段时间皮肤仅被认为是隔绝内外的屏障。Streilein 首先提出了皮肤免疫的概念，随后Egawa等进一步发现皮肤是外周淋巴器官[1]。皮肤的免疫系统定位表皮和真皮，包括几种主要的免疫细胞，例如朗格汉斯细胞、黑素细胞定位表皮，树突状细胞，巨噬细胞，T 细胞等位于深层的真皮。

1 JAK/STAT 信号通路

Janus 激酶家族是蛋白酪氨酸激酶家族，介导细胞因子及生长因子产生信号，并通过其下游信号通路传递下去。配体与受体结合后激活JAK 蛋白，发生自体磷酸化随后磷酸化相关受体，磷酸化的JAKs招募STAT 家族转录因子，随后STAT 以同二聚体或异二聚体形式发生聚合并转位至核内从而调节基因转录。不同类型的配体从细胞因子（比如IL-1）到激素（例如促红细胞生成素）均可活化该通路从而诱导组织生理改变。其中有些分子与皮肤病的产生有着直接或间接的联系。整条通路参与到皮肤病的发生发展和形成中。哺乳动物JAK 家族包括JAK1、JAK2、JAK3 及TYK2，其中JAK1 及JAK2 在全身各处均可表达，而JAK3 主要在造血细胞中表达。STAT 家族包括STAT1-4、STAT5A/B 及STAT6。因作用的细胞因子和生长因子不同参与反应的JAKs 和STATs 也不同，他们的结合具有高度特异性[2]。

JAK/STAT 信号通路对皮肤免疫的重要性最好的诠释就是携带编码JAK 或STAT 突变基因的人类会罹患皮肤病，例如牛皮癣、特应性皮炎、斑秃、白癜风及黑色素瘤。JAK3 失去功能的突变将导致重症联合免疫缺陷综合征(severe combined immunodeficiency syndrome,SCID)[3]。SCID 患 者缺乏T 细胞、NK 细胞、功能性B 细胞。由于这些严重的免疫缺陷将导致复发性皮肤脓肿、广泛念珠菌病及严重脂溢性皮炎。缺乏TYK2 将严重影响IL-12/STAT4 及IFN/STAT1 信号通路，从而产生IFNγ+TH1细胞。由于TYK2也参与IL23/STAT3信号通路，缺陷患者将会出现IL-17+TH17 细胞减少现象。不幸的是TYK2 缺陷将导致皮肤出现严重的结核分枝杆菌，葡萄球菌和疱疹病毒的感染[4]。人及小鼠的STAT3突变均可导致高IgE 综合征（hyper IgE syndrome,HIES），其特征为湿疹性皮疹且皮肤及肺易感染葡萄球菌、念珠菌或疱疹病毒[5]。非功能性STAT3 突变导致的皮肤黏膜的改变是多样的，例如IL-6 等通过STAT3 作用的细胞因子将不能调节目标基因比如IL-17 家族基因，而这对皮肤的免疫非常重要。JAK/STAT 信号通路通过不同途径影响皮肤免疫，在皮肤免疫中起着至关重要的作用，其缺陷将导致各种皮肤疾病。

2 TLRs 信号通路

TLRs 受体是非常重要的模式识别受体，包括TLR1-10，可活化NF-κB 信号通路从而开启固有免疫应答且有助于获得性免疫应答的发展，从而在机体的抗感染过程中发挥作用。人TLRs 在不同类型的免疫细胞中均有表达，例如树突状细胞、巨噬细胞、单核细胞、自然杀伤细胞等。与此同时TLRs也可表达于皮肤角质细胞、软骨细胞、内皮细胞及成纤维细胞中。TLRs 信号通路包括经典途径和非经典途径，既MyD88 途径和TRIF 途径。MyD88 途径即TLR 受体活化后经MyD88 可以招募白细胞介素1 受体相关激酶(interleukin-1 receptor(IL-1R)associated kinase,IRAKs)，活化丝裂原活化蛋白激酶激酶（Mitogen-activated protein kinase kinase kinase,MAP3K），随后活化NF-κB、p38 和c-Jun 氨基末端激酶（c-Jun N-terminal kinase,JNK）。

大量研究阐述了TLRs 受体在人表皮细胞中的表达及功能[6,7]。研究表明在TLRs 配体促进下皮肤表皮角质形成细胞中检测到除TLR7/8/9 之外受体的表达。其中TLR4 的表达一直是充满争议的，Köllisch G 及其同事研究发现在原代角质形成细胞中TLR4 既非组成型表达亦非功能性表达。HaCaT 细胞可表达TLR4及CD14mRNA 但是并不能对LPS 的刺激做出反应，可能是因为缺乏MD-2 的表达。TLR5 可识别细菌鞭毛，研究表明它既可以表达于原代细胞也能表达于细胞系中，活化后可诱导NF-κB 转位和IL-8分泌。近期有研究表明皮肤成纤维细胞中的TLR呈功能性表达且表达量较角质形成细胞更多。他们发现人皮肤成纤维中可表达10 种TLRs。所有TLRs 的活化均可诱导IL-6、IL-8 及MMP-18（分别代表细胞因子、趋化因子和MMPs）的生成且呈剂量依赖性。其中TLR1/2、3、4 活化后可显著上调MMP-1（对炎症、细胞迁移、组织损伤重塑起重要作用），诱导IκBα 磷酸化并活化细胞外信号调节激 酶（extracellular-signal regulated kinase,ERK）。比较特别的是TLR1/2 经配体活化后IL-6 及IL-8mRNA 水平较角质形成细胞有更明显的升高，反映了TLR1 和2 在成纤维细胞和角质形成细胞之间的差异。我们已知皮肤经照射后UV 可直接活化生长因子或细胞因子受体从而活化AP-1 并上调MMP-1，导致皮肤的光老化。由于UV 照射后的产物可被TLRs受体识别并诱导皮肤成纤维细胞中MMP-1 的大量表达，我们认为UV 可通过活化TLR 信号通路间接上调MMP-1 表达，从而导致皮肤出现光老化。最近有研究表明某些TLR4 内源性配体在硬皮病患者中是上调的，提示其可能参与到硬皮病形成过程。另有研究表明皮肤内皮细胞也可检测到10 中TLR 基因的表达。综上所述，TLRs 在体皮肤各层细胞中的高度表达可能影响机体多项生理病理进程。

3 IL-1 家族细胞因子

IL-1 家族细胞因子是固有免疫和炎症的中枢介质，具有多种局部和全身效应的多效细胞因子，在多发性炎症疾病中起关键作用。家族可分为促炎类和抗炎类，促炎类包括IL-1a、IL-1b、IL-18、IL-33、IL-36a、IL-36b、IL-36γ；抗炎类包括IL-1Ra、IL-36Ra、IL-37、IL-38[8]。这些细胞因子通过与在机体稳定状态下的表达和活化受到精密的调控，一旦表达或活化不受控了将引起病理性炎症应答或增强炎症应答的强度。IL-36、IL-37、IL-38 是最新发现的家族成员，他们定位于2 号染色体，在2001年首次被克隆出来。

IL-36a、IL-36b、IL-36g 及IL-36Ra 的原始形式是没有抗炎或者促炎作用的，只有经过活化后才具备相应的功能[9]。近期有研究表明中性粒细胞蛋白酶是IL-36 群体成员主要的调节因子，每种酶具有各自不同的特异性和亲和力。IL-36a、IL-36b、IL-36γ 通过其受体激活NF-κB 和MAPK 途径产生大量的细胞因子（例如IL-8 或IL-6）、趋化因子等炎症介质，从而介导炎症反应，参与慢性炎症和自身免疫性疾病的病理生理过程，特别是与银屑病的形成息息相关[10]。而IL-36Ra 抑制促炎活性与ILRrp2 的亲和力强于激动作用。

IL-36 与IL-36Ra 均在皮肤中表达但在银屑病中表达增多。皮肤角质细胞、巨噬细胞及树突状细胞均有表达。IL-36 在促炎细胞因子或TLR 激动剂刺激后出现上调，另外在克罗恩病患者的抗TNF 诱导的银屑病中也出现了上调，另有研究表明其可能参与过敏性皮炎、脱发和金德勒综合征。银屑病的病变特征是角质形成细胞过度增殖和分化的改变，因此促炎介质调节因子的释放作用于免疫细胞产生皮肤炎症自我放大的循环。而IL-36 细胞因子与IL-17相互作用负性调节角质形成细胞的分化并诱导促炎表型及皮肤病变的产生。一旦IL-36 活化，树突状细胞将过表达活化的标志物，例如IL-1b、IL-12 等细胞因子及趋化因子的表达。同时朗格汉尼斯细胞及M2 巨噬细胞也出现促炎活化现象。IL-36R 主要在极化的T 细胞中表达。由于银屑病被认为是T 细胞调节的病理疾病所以IL-36 在其中所起的非常关键。

I L-3 7 有6 个不同的外显子编码5 中异构体（IL-37a、b、c、d 和e）其中IL-37b 是迄今为止了解最为全面的。与家族其他成员类似IL-37 的N端不含信号肽，但是含有一个caspase-1 剪切位点，用于调节突变和抗炎活性。当caspase-1 突变缺失后IL-37 入核结合Smad3 形成复合物调节下游基因转录的功能就受损了。2002 年首次发现IL-37 以低亲和力与IL-18Ra 结合发挥其抑制作用，然后这一结果是颇有争议的，另有发现称IL-37 可以结合IL-18BP 招募IL-18Rb 抑制IL-18R 复合物的形成。进一步研究表明IL-37 可结合IL-18Rα 招募下游信号蛋白触发胞内信号转变从而抑制炎症并在不同的病理情况下调节炎症和免疫应答。另外IL-37 可以转位到核内结合DNA 从而调节基因转录，这一活性是依赖caspase-1 及核周Smad3-IL-37 复合物的形成。IL-37 对皮肤炎症的抑制作用可通过银屑病证明，在银屑病病损皮肤中表达更少，且可下调银屑病小鼠IL-8、IL-6 表达。

与IL-37 类似，IL-38 可大范围下调IL-1、IL-36 及TLR 调节的炎症应答但是与IL-37 的间接作用不同，IL-38 可直接结合IL-36R 从而减少IL-36依赖的IL-8 的生成。有趣的是全长的IL-38 可以上调IL-6 的生成，但是剪切的形式可以通过抑制JNK信号通路下调IL-6 的生成。IL-38mRNA 在发炎的皮肤中表达显著减少。现有的研究认为缺乏IL-38 可能导致持续的慢性炎症应答例如牛皮癣。

4 总结及展望

JAK/STAT 信号通路的研究为进一步研究其作用机制、基本免疫机制及新药开发提供了新的视角，从而能够准确的干预与疾病相关的各项因素。尽管JAK/STAT 抑制剂并未获得证书，但是其中部分JAK/STAT 途径的抑制剂已用于临床研究中。可预见的未来JAK/STAT 抑制剂应用于皮肤病学中，缓解深受困扰的皮肤病患者的病痛。

现有的研究结果对TLRs 受体在皮肤表皮组织，真皮组织，及成纤维细胞的表达及作用做了全面系统的概述，这些结果可能用于检测不同的病原体或损伤的信号同时对不同类型的病原体产生应答反应可能使其成为多种疾病的检测或治疗的靶点同时也为新药的研发提供了新的想法。

IL-1 受体家族的IL-36 具促炎作用，而IL-37及IL-38 对皮肤的抗炎免疫应答作用在皮肤疾病银屑病中不仅表达不同且产生了截然不同的作用。全世界有大量的银屑病患者，而这些研究可以为药物作用的靶点研究或其抑制剂或激动剂或相关小分子药物研究铺平道路，或可以此为依据发现新的治疗方案。