兜甲蛋白與皮膚病

張芳 趙恬 羅權(quán) 張三泉 張錫寶

兜甲蛋白與皮膚病

張芳 趙恬 羅權(quán) 張三泉 張錫寶

兜甲蛋白是角質(zhì)包膜的主要組成成分，對表皮的屏障功能起重要作用。該基因的表達(dá)調(diào)控受多個轉(zhuǎn)錄因子之間復(fù)雜的相互作用共同調(diào)控。兜甲蛋白基因突變可導(dǎo)致兜甲蛋白角皮癥，突變體兜甲蛋白發(fā)生核易位干擾了角質(zhì)形成細(xì)胞的終末分化，從而引起相應(yīng)臨床表型。兜甲蛋白在特應(yīng)性皮炎和銀屑病皮損內(nèi)亦出現(xiàn)表達(dá)減少，其表達(dá)異常受相關(guān)細(xì)胞因子的影響。

皮膚疾?。换虮磉_(dá)調(diào)控；突變；銀屑病；兜甲蛋白；皮膚屏障

兜甲蛋白基因結(jié)構(gòu)與內(nèi)披蛋白相似，該基因全長2 422 bp，有2個外顯子，其中外顯子1不參與編碼。1992年，Yoneda用人類cDNA克隆技術(shù)分離出具有特征性的人兜甲蛋白cDNA基因，通過對人-鼠體細(xì)胞雜交分析，用生物標(biāo)記的染色體DNA克隆進(jìn)行原位雜交，把該基因定位于1q21上，該區(qū)域被稱作表皮分化復(fù)合體，主要編碼對角質(zhì)形成細(xì)胞分化和角質(zhì)層功能起重要作用的結(jié)構(gòu)蛋白和調(diào)節(jié)蛋白。

2 兜甲蛋白基因的調(diào)控

兜甲蛋白基因轉(zhuǎn)錄啟動子區(qū)位于TATA框上游13bp處的AP1結(jié)合位點，其表達(dá)受SP1、cAMP反應(yīng)元件結(jié)合蛋白（CREB）、激活蛋白1和2等轉(zhuǎn)錄因子之間復(fù)雜的相互作用共同調(diào)控［3］。早期研究顯示，細(xì)胞外Ca2+及維A酸對兜甲蛋白的表達(dá)起調(diào)節(jié)作用，對于無血清培養(yǎng)液中的人角質(zhì)形成細(xì)胞，只有當(dāng)胞外Ca2+濃度 >0.1 mmol/L時才有兜甲蛋白的表達(dá)，在維A酸濃度在10-9～10-7mol/L時則可完全阻斷Ca2+誘導(dǎo)的兜甲蛋白 mRNA 表達(dá)［4］。Kawachi等［5］學(xué)者研究了鼠兜甲蛋白基因的近端啟動子序列發(fā)現(xiàn)了上調(diào)兜甲蛋白表達(dá)的正向轉(zhuǎn)錄因子GATA家族的轉(zhuǎn)錄因子GATA-3，其以分化依賴性方式在角質(zhì)形成細(xì)胞內(nèi)表達(dá)，研究表明，其通過與c-Fos和Sp1合作，協(xié)同激活兜甲蛋白基因的表達(dá)。有報道顯示，GATA-3在銀屑病和創(chuàng)面愈合處的表達(dá)下調(diào)，而GATA-3表達(dá)缺失的小鼠出現(xiàn)了表皮的異常增生和角化過度。最近有研究發(fā)現(xiàn)，GATA-3可抑制人角質(zhì)形成細(xì)胞增殖指數(shù)PCNA和Ki67的表達(dá)，當(dāng)該轉(zhuǎn)錄因子沉默時可致細(xì)胞早期（角蛋白 1和10）和晚期（內(nèi)披蛋白和兜甲蛋白）分化標(biāo)記物的表達(dá)降低［6］。近期有研究表明，POU結(jié)構(gòu)域蛋白（Oct-6和Oct-11）通過與AP1和Sp1/Sp3蛋白的相互作用可抑制兜甲蛋白的轉(zhuǎn)錄，POU結(jié)構(gòu)域轉(zhuǎn)錄因子屬同源結(jié)構(gòu)域蛋白超家族，Oct-6和Oct-11主要在表皮的基底層細(xì)胞表達(dá)，調(diào)節(jié)角質(zhì)形成細(xì)胞的增殖和分化［7］。

3 兜甲蛋白基因突變所致的皮膚病

兜甲蛋白基因獨特的雜合子插入突變可導(dǎo)致一些先天性皮膚病，且臨床表型各有差異，其中包括火棉膠嬰兒、變異性殘毀性掌跖角化癥（VS）及進(jìn)行性對稱性紅斑角化癥（PSEK）等，它們被統(tǒng)稱為兜甲蛋白角皮癥（LK）。

3.1 火棉膠嬰兒：Yeh等［8］報道1例出生時表現(xiàn)為火棉膠嬰兒的22歲男子，后期發(fā)展為變異性VS，進(jìn)行基因組測序確定為兜甲蛋白基因的插入突變（730insG）。該作者回顧已報道的10例LK患者，發(fā)現(xiàn)共有4種不同的兜甲蛋白基因突變，分別為730insG、662insT、709insC、578 insG（c.545-546insG），其中730insG變異最常見，且各個家系的臨床表現(xiàn)均略有不同，其中36%患者出生時表現(xiàn)為火棉膠嬰兒，故作者認(rèn)為，火棉膠嬰兒是部分LK患者的首發(fā)臨床表現(xiàn)。Hotz等［9］近期報道了兩種新的雜合突變，1例為多堿基對插入（c.646-647insGCAGCAGGTC），3例患者為單個T核苷酸重復(fù)（c.798-799 dupT），其中有3例患者出生時表現(xiàn)為火棉膠嬰兒。近期又報道了1例出生時表現(xiàn)為火棉膠嬰兒的LK患兒，基因檢測為兜甲蛋白基因微缺失導(dǎo)致的移碼突變（c.660-661delGC）［10］。

3.2 VS：是一種常染色體顯性遺傳病，目前已發(fā)現(xiàn)2個致病相關(guān)位點，且其基因型與表型之間存在對應(yīng)關(guān)系。對伴有聽力損害者稱為經(jīng)典型VS，與連接蛋白26基因的錯義突變相關(guān)聯(lián)，致病基因GJB2定位于13q11-q12上；而伴發(fā)魚鱗病者稱為變異型VS，與兜甲蛋白基因的插入突變有關(guān)，定位在染色體1q21上。劉玉梅等［11］報道了1例伴有先天性感音性耳聾亦伴發(fā)尋常型魚鱗病的患兒，檢測出一個新型的錯義突變，即兜甲蛋白基因c.A796insG，作者將其歸類為變異型VS。

3.3 進(jìn)行性對稱性紅斑角化癥：PSEK的致病基因可能為兜甲蛋白基因，有作者報道了1例合并假阿洪征的PSEK日本家系患者，其兜甲蛋白基因發(fā)生移碼突變（709insC）［12］。但有學(xué)者認(rèn)為，上述家系出現(xiàn)該基因突變是因該家系所患疾病可能是變異型VS而非PSEK，因其伴有的假阿洪征多見于VS而幾乎未見于PSEK患者。目前為止，該基因突變在PSEK的其他家系中還未得到過重復(fù)驗證。

4 兜甲蛋白基因突變致病機(jī)制

對LK皮損的研究顯示，其角質(zhì)形成細(xì)胞脆性增加，基礎(chǔ)滲透屏障功能異常，但修復(fù)動力學(xué)加速［13］。利用基因工程小鼠證實，兜甲蛋白基因缺陷的小鼠可表現(xiàn)為胚胎發(fā)育期皮膚屏障形成延遲，與野生型對照組相比，出生時小鼠皮膚出現(xiàn)先天性紅皮病樣的光澤透亮肌膚，角質(zhì)層穩(wěn)定性下降，角質(zhì)包膜的表達(dá)減少及機(jī)械應(yīng)力易感性增加，但在這些小鼠中并未檢測到表皮屏障功能受損，且皮膚表型在出生4～5 d后消失，推測可能與其他角質(zhì)包膜成分的代償性表達(dá)升高有關(guān)［14］。通過在超微結(jié)構(gòu)水平對兜甲蛋白定位發(fā)現(xiàn)，野生型兜甲蛋白彌漫分布于顆粒層細(xì)胞胞質(zhì)和胞核中，而突變體兜甲蛋白僅分布于核仁周圍及核質(zhì)中，考慮到其僅在細(xì)胞核內(nèi)表達(dá)而不參與角質(zhì)包膜交聯(lián)，故推測其并不直接干預(yù)角質(zhì)包膜的形成，而是通過影響核蛋白和（或）核酸功能，從而干擾角質(zhì)形成細(xì)胞的終末分化［15］。突變體兜甲蛋白之所以會出現(xiàn)核聚集，是由于兜甲蛋白是一個富含甘氨酸的蛋白且基因中包含許多編碼甘氨酸（GGX）密碼子，當(dāng)堿基插入引起移碼突變后出現(xiàn)較多編碼精氨酸（AGG和CGG）密碼子，富含精氨酸的序列產(chǎn)生雙邊核定位信號導(dǎo)致突變體兜甲蛋白出現(xiàn)核易位［1］。雖然突變體兜甲蛋白的異常定位與LK的表型特征之間的關(guān)系尚不清楚，但小鼠模型的證據(jù)表明，LK表型是由獲得功能的突變體兜甲蛋白引起，而非野生型兜甲蛋白的缺失。

5 兜甲蛋白表達(dá)異常相關(guān)皮膚病

5.1 特應(yīng)性皮炎（AD）：研究表明，AD患者皮損內(nèi)兜甲蛋白和內(nèi)披蛋白的表達(dá)減少，其原因可能是AD患者在急性期皮損內(nèi)過表達(dá)IL-4和IL-13細(xì)胞因子，兩者顯著抑制了兜甲蛋白和內(nèi)披蛋白的誘導(dǎo)表達(dá)，使角質(zhì)包膜支架產(chǎn)生缺陷，主要表現(xiàn)為角質(zhì)層脆性增加、經(jīng)表皮水分丟失增多及角質(zhì)層水合作用減少。研究還表明，該調(diào)節(jié)是通過激活STAT-6信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路而發(fā)揮作用，而該通路已被證實為下調(diào)先天性免疫應(yīng)答的重要組分之一，故推測AD患者皮損內(nèi)過度表達(dá)的Th2細(xì)胞因子通過STAT-6依賴途徑抑制了兜甲蛋白和內(nèi)披蛋白的表達(dá)［16］。近年有學(xué)者對AD小鼠模型的背部皮膚檢測亦發(fā)現(xiàn)，兜甲蛋白的表達(dá)水平顯著下降，且其表達(dá)受絲聚蛋白水平的影響［17］。

5.2 銀屑?。涸阢y屑病患者皮損與非皮損區(qū)亦檢測到兜甲蛋白和絲聚蛋白的表達(dá)不足。因腫瘤壞死因子（TNF）α在銀屑病皮損內(nèi)的過表達(dá)在發(fā)病機(jī)制中起關(guān)鍵作用，故有學(xué)者對其與表皮屏障蛋白之間的關(guān)系進(jìn)行了研究，結(jié)果表明，TNF-α呈劑量依賴性方式顯著抑制了角質(zhì)形成細(xì)胞內(nèi)絲聚蛋白和兜甲蛋白基因的表達(dá)。在對銀屑病患者使用TNF-α拮抗劑治療12周后，患者皮損內(nèi)絲聚蛋白和兜甲蛋白的表達(dá)顯著升高，故作者認(rèn)為，TNF-α拮抗劑可通過提高屏障蛋白的表達(dá)改善銀屑病患者的皮膚屏障功能［18］。

6 結(jié)語

兜甲蛋白基因突變影響角質(zhì)形成細(xì)胞的終末分化及其表達(dá)異常使皮膚屏障功能受損導(dǎo)致了臨床表型的發(fā)生發(fā)展，但在兜甲蛋白基因的調(diào)控機(jī)制方面尚待更全面的研究，突變體兜甲蛋白核易位引起角質(zhì)形成細(xì)胞終末分化異常的機(jī)制及與臨床表型之間的關(guān)系等亦有待進(jìn)一步探討。

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Loricrin and skin diseases

Zhang Fang*,Zhao Tian,Luo Quan,Zhang Sanquan,Zhang Xibao.
*Department of Dermatology,Guangzhou Institute of Dermatology,Guangzhou 510095,China

Zhang Xibao,Email:zxibao@126.com

Loricrin,as the major component of the cornified envelope,plays an important role in epidermal barrier function.The expression of loricrin gene is co-regulated by complex interactions between multiple transcription factors.Loricrin gene mutations can lead to loricrin keratoderma.Nuclear translocation of mutant loricrin can interfere with terminal differentiation of keratinocytes,and cause corresponding clinical phenotypes.In addition,the expression of loricrin is decreased in lesions of atopic dermatitis and psoriasis,which may be attributed to some cytokines.

Skin diseases;Gene expression regulation;Mutation;Psoriasis;Loricrin;Skin barrier

表皮的終末分化過程不僅包括表皮終末分化特異性角蛋白的表達(dá)，而且還涉及其他幾種重要的角蛋白中間絲相關(guān)蛋白，包括絲聚合蛋白、兜甲蛋白（LOR）、內(nèi)披蛋白和小的富含脯氨酸的蛋白（SPRR）。在表皮顆粒層內(nèi)，兜甲蛋白沉積于質(zhì)膜下方，并交聯(lián)其他20余種胞質(zhì)蛋白，如內(nèi)披蛋白、SPRR、S100等，通過轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶的交叉連接作用，共同形成了15～20 nm厚的角質(zhì)包膜，是角質(zhì)包膜的主要成分，約占其總質(zhì)量的70%。

1 兜甲蛋白及其基因的結(jié)構(gòu)與功能［1-2］

兜甲蛋白的相對分子質(zhì)量為26 000，由315個氨基酸組成，為富含甘氨酸-絲氨酸-半胱氨酸的高度不溶性的堿性蛋白，是角蛋白透明顆粒中的高硫成分。兜甲蛋白分子兩端為高谷氨酰胺賴氨酸末端，中間為3個高甘氨酸-絲氨酸組成的甘氨酸環(huán)基元，其間由兩個小的高谷氨酰胺區(qū)分割，這些脂肪族氨基酸常形成串聯(lián)的類重復(fù)序列。這種高甘氨酸絲氨酸序列可以形成一種類似角蛋白的Ω環(huán)，通過這種環(huán)結(jié)構(gòu)，兜甲蛋白可以將角蛋白纖維絲固定在細(xì)胞周邊角質(zhì)包膜上。

10.3760/cma.j.issn.1673-4173.2015.05.015

國家自然科學(xué)基金（81071286）

510095廣州市皮膚病防治所（張芳、趙恬、羅權(quán)、張三泉、張錫寶）；廣東醫(yī)學(xué)院（張芳）；廣州醫(yī)科大學(xué)（趙恬）

張錫寶，Email:zxibao@126.com

本文主要縮寫：LOR：兜甲蛋白，SPRR：小的富含脯氨酸的蛋白，CREB：cAMP反應(yīng)元件結(jié)合蛋白，VS：殘毀性掌跖角化癥；PSEK：進(jìn)行性對稱性紅斑角化癥；LK：兜甲蛋白角皮癥

2014-09-25）