絲聚蛋白的功能及在化妝品中的研究進展

謝雨含+許雪飛+楊舒然+鄭立波+李麗+董銀卯

化妝品早已成為人們生活必需品，隨著科學技術的發(fā)展，它的研發(fā)也不再是傳統(tǒng)的工藝技術。2013年，迪奧美妍科學中心實驗顯示絲聚蛋白生成的減少是導致肌膚黑色素生成的一項重要因素。而其他有關絲聚蛋白的研究和應用基本局限于醫(yī)學，在化妝品中的應用少之又少。本文描述FLG的產(chǎn)生和在皮膚中的相關生化作用，結(jié)合目前FLG在醫(yī)學上的研究，總結(jié)出FLG在化妝品中的皮膚屏障功能中的作用，為化妝品領域開拓視野。

在角質(zhì)層中，絲聚蛋白（filaggrin，F(xiàn)LG）又稱絲聚合蛋白，相對分子質(zhì)量約35000，是參與皮膚屏障的重要因子，主要功能是參與表皮細胞的分化及皮膚屏障的形成。FLG是表皮中末分化的重要組成蛋白，主要存在于表皮顆粒層和透明層。在肽基精氨酸去亞氨基酶的催化下，其堿性精氨酸位點去亞胺基形成中性瓜氨酸，產(chǎn)生中性及酸性異構(gòu)體；酸性異構(gòu)體只有很弱的親和能力與角質(zhì)蛋白作用，使絲聚蛋白從角質(zhì)絲中釋放出來，繼而被逐步降解為高度保濕的氨基酸及其衍生物。目前認為這些氨基酸及其衍生物是皮膚的天然保濕因子，可能對維持皮膚的正常pH值、調(diào)節(jié)蛋白酶活性、表皮屏障的通透性及其皮膚對微生物的防御功能起關鍵作用，對維持角質(zhì)層的水和作用非常重要。

FLG的基因表達與調(diào)控

1.1 FLG基因表達

FLG基因定位于人類染色體1q21 的表皮分化復合物區(qū)域（ EDC）內(nèi)，EDC 是一個包含了幾個保持正常表皮屏障功能重要基因的區(qū)域。在顆粒層、角蛋白中間絲與新合成的FLG相互作用，進一步聚集成束。兜甲蛋白、內(nèi)披蛋白及富含脯氨酸的小蛋白（SPRRs）等沉積在細胞膜內(nèi)側(cè)，通過轉(zhuǎn)谷胺酰胺酶的交叉連接作用，共同形成一種穩(wěn)定的蛋白殼膜即角質(zhì)化包膜（CE），成為表皮防御屏障的基礎。它是一層堅韌的不溶于水的組成和保持皮膚屏障的大分子層。角質(zhì)化包膜表皮終末分化的過程不僅包括表皮終末分化特異性角蛋白的表達，而且涉及其他幾種重要的角蛋白中間絲相關蛋白，包括：絲聚合蛋白、兜甲蛋白、內(nèi)披蛋白及SPRRs等，這些結(jié)構(gòu)蛋白由轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶廣泛交聯(lián)作為角質(zhì)化包膜的支架。在角質(zhì)化包膜的形成過程中，絲聚蛋白原經(jīng)脫磷酸化和蛋白水解作用由絲氨酸蛋白水解酶裂解，釋放絲聚蛋白功能片段。

FLG在顆粒層強烈的表達，導致巨大的前體蛋白—絲聚蛋白原產(chǎn)生。絲聚蛋白原是一個大的、高度磷酸化的多肽，是顆粒層透明角質(zhì)顆粒的重要成分。絲聚蛋白原經(jīng)過脫磷酸和蛋白水解作用后，在顆粒細胞的終末分化期被裂解為功能絲聚蛋白肽。這種肽可以捆綁和崩解角蛋白細胞骨架，隨后每個肽段逐漸被酶降解為親水的氨基酸，包括吡咯酮、羧酸、丙氨酸和反式尿刊酸（咪唑丙烯酸）這些氨基酸和各種離子被叫做天然保濕因子（NMF）。NMF在角質(zhì)層的水合作用中起至關重要的作用。所以說絲聚蛋白在保持有效的皮膚屏障和保水方面起著關鍵作用。

1.2 FLG的基因調(diào)控

由于游離的FLG單體可以引發(fā)角蛋白絲的聚合和塌陷，所以表皮分化期間絲聚蛋白原的表達必須被嚴格的控制，從而防止骨架之間這些成分任何過早地相互作用。在控制FLG表達方面，有幾個重要的因素。早期研究表明，AP1家族轉(zhuǎn)錄因子近端FLG啟動子應答元件的結(jié)合對于維持高水平的絲聚蛋白原的表達是必不可少。

此外，POU結(jié)構(gòu)域蛋白（含二分DNA結(jié)合轉(zhuǎn)錄因子域被稱為POU結(jié)構(gòu)域）在表皮中表達，POU結(jié)構(gòu)域蛋白結(jié)合體內(nèi)兩個特定識別元件的啟動子，并且通過該啟動子的刺激或拮抗活性發(fā)揮其功效。研究表明，轉(zhuǎn)錄因子p63對于表皮發(fā)育至關重要，轉(zhuǎn)錄因子p63存在多種亞型，并且是啟動子的替代。這些亞型的表達在角質(zhì)形成細胞分化期間存在差異。p63蛋白（TAp63α和TAp63γ基因）封閉的TA-結(jié)構(gòu)域阻擋了FLG基因的轉(zhuǎn)錄，但對分化標志物角蛋白1和角蛋白10沒有影響，這表明這些異構(gòu)體對絲聚蛋白原的表達有影響。同樣，N端短亞型Np63α的α-尾也妨礙了絲聚蛋白原基因的表達，而P63亞型Np63p40（缺乏ΔNp63α完整的α-尾）可以讓表皮分化標志一個完整的面板，包括絲聚蛋白原，鼠FLG已被證明含有一個末端同源異型域蛋白DLX3的結(jié)合位，該結(jié)合位點是p63蛋白下游的靶向目標。DLX3通常在顆粒層中表達，但是，當它在表皮的基底細胞層被異位表達時，絲聚蛋白原就會被過早地誘導表達，這導致了表皮分化被嚴重破壞。人類的FLG啟動子還包含視黃酸和糖皮質(zhì)激素反應元件，其功能是抑制在它們的配體存在下啟動子的活動。絲聚蛋白原表達的其他調(diào)節(jié)者包括過氧化物酶體增生物激活受體（PPAR）家族。PPARs是有配體活性的轉(zhuǎn)錄因子，但是與轉(zhuǎn)錄因子有不同的功用。在小鼠中，絲聚蛋白原的表達可以隨著局部治療的進行與PPARγ興奮劑量的增加而增加；然而，通過對PPARγ缺陷的小鼠興奮劑治療，沒有觀察到絲聚蛋白原表達水平的變化，這表明PPARγ的活性直接影響絲聚蛋白原的表達。綜上所述，表皮分化期間FLG啟動子活性的調(diào)控非常復雜，這涉及眾多的轉(zhuǎn)錄因子之間微妙平衡的相互作用。

FLG在皮膚屏障功能中的作用

2.1 表皮物理屏障作用

絲聚合蛋白在參與組成皮膚表皮外層的角質(zhì)包膜過程中，促進表皮分化，形成表皮角質(zhì)層獨特的屏障結(jié)構(gòu)，在維持皮膚的屏障功能中具有重要作用。且FLG是連接角蛋白纖維的重要分子，在FLG單體的協(xié)助連接下，角蛋白成纖維束有規(guī)則地聚集，進而引起細胞緊密的狀態(tài)，促使角蛋白細胞骨架塌陷，使橢圓形的顆粒層細胞塌陷成扁平的角質(zhì)細胞，形成皮膚最外層。

在FLG與表皮分化過程涉及的一系列物質(zhì)的共同作用下，人表皮角質(zhì)形成細胞（KC）中形成不溶性的角質(zhì)包膜，大量的扁平的含角質(zhì)包膜的KC在表皮的最外層形成了堅實的物理屏障。KC衍生的脂質(zhì)一方面與細胞外表面共價連接，一方面粘附于結(jié)構(gòu)蛋白形成的骨架結(jié)構(gòu)之上，從而在細胞外層形成外脂質(zhì)膜，當皮膚受到外界環(huán)境刺激時或者破壞時，組成角化包膜的蛋白會代償性表達上調(diào)，從而防止表皮水分的丟失和外界過敏物質(zhì)的入侵。endprint

2.2 表皮保水作用

FLG在表皮角質(zhì)層降解形成的氨基酸小分子具有保濕功能，因此被稱為“ 天然保濕因子”。在角質(zhì)層中上層，F(xiàn)LG從角蛋白纖維束中解離出來，轉(zhuǎn)化降解形成吸水性氨基酸混合物，組成具有滲透活性的物質(zhì)，形成NMF。NMF占到角質(zhì)層細胞基質(zhì)的10%，通過滲透壓來吸引水分子，再通過水合作用鎖住皮膚水分。據(jù)研究顯示，與NMF結(jié)合的水是角質(zhì)層中較固定的一部分。NMF的吸水功能能夠維持表皮的水合作用，減少經(jīng)表皮水分的丟失，保持表皮的含水量。

2.3 表皮酸性環(huán)境的維持

FLG 是一種富含組氨酸的蛋白質(zhì)，其降解產(chǎn)物組氨酸經(jīng)代謝能轉(zhuǎn)變?yōu)榉词嚼蛩嵋约斑量┩橥?5-羧基酸。表皮的這種弱酸性環(huán)境能夠防止外界微生物的入侵同時為一些表皮蛋白酶發(fā)揮作用提供一個較適宜的環(huán)境。Jungersted[15]等發(fā)現(xiàn)FLG 失功能突變基因攜帶者表皮的pH 值會升高，導致一系列疾病發(fā)生。因此，認為FLG降解代謝產(chǎn)生的酸性產(chǎn)物在維持表皮的酸性環(huán)境中具有重要作用。

2.4 表皮防曬作用

已有一些研究證實，F(xiàn)LG 降解產(chǎn)物順式利尿酸具有一定的紫外線防護作用。絲聚蛋白原經(jīng)過蛋白水解處理后得到聚角蛋白微絲，聚角蛋白微絲可以降解成豐富的組氨酸，其降解產(chǎn)物是表皮利尿酸的主要來源。反式利尿酸再通過紫外線輻射轉(zhuǎn)化為順式利尿酸。順式利尿酸不僅能產(chǎn)生一種光譜為280～310 nm的分子，還對KC和白細胞具有免疫調(diào)節(jié)功能。FLG 的減少會導致利尿酸濃度的下降，從而使細胞對紫外線誘導的表皮細胞凋亡的敏感性增加，這進一步說明FLG可能具有一定的防止皮膚曬傷作用。

FLG在皮膚屏障功能受損疾病中的差異性

有學者表示，在銀屑病皮損中，可能與絲聚蛋白減少致角質(zhì)形成細胞及顆粒層細胞之間的鏈接和聚集功能受限有關。另外已經(jīng)證實，缺少絲聚蛋白的基因可以導致尋常型魚鱗病的發(fā)生，這也是特應性皮炎的高危因素。

3.1絲聚蛋白在斑禿患者中的表達

在西蘭組對“斑禿患者皮損絲聚蛋白的表達”的研究中，采用絲聚蛋白的免疫組化標記的方法對37例斑禿患者（8例伴特應性疾病、29例伴特應性疾?。┢p及10例斑禿患者皮損及外科頭皮手術如皮膚色素痣，面部行美容拉皮手術切除術邊緣頭皮組織進行病理活檢，并進行絲聚蛋白免疫組化染色。熒光半定量（RT-PCR）的方法分別對22例斑禿患者和13例正常對照頭皮皮損的絲聚蛋白mRNA表達水平進行半定量熒光PCR檢測。

用這兩種實驗方法測得FLG的免疫組化標記的方法和熒光半定量（RT-PCR）的方法的結(jié)果一致。在正常對照組及斑禿患者皮損的頭皮，絲聚蛋白的分布主要位于表皮的顆粒細胞層上層、角質(zhì)層、毛囊漏斗部和峽部近管壁部位的細胞胞質(zhì)中。斑禿皮損絲聚蛋白和其mRNA的表達水平較正常對照明顯降低，而且這種降低在脫發(fā)面積較大、病程較長和有指甲改變的斑禿患者中更明顯。提示絲聚蛋白可能參與斑禿的發(fā)病，并和疾病的嚴重程度有關。3.2銀屑病患者皮損絲聚蛋白表達

銀屑病是一種常見的慢性復發(fā)性、炎癥性皮膚病。銀屑病皮損病理上表現(xiàn)為表皮基底層角質(zhì)形成細胞增殖加速，有絲分裂周期及表皮更替時間縮短，組織病理上表現(xiàn)為角化不全，顆粒層消失，且病情多于冬天加重，這種組織學及臨床表現(xiàn)提示銀屑病患者的皮膚屏障功能可能受損。絲聚蛋白在正常皮膚組織中為陽性至強陽性的表達，而在銀屑病患者皮損中為弱陽性的表達。與正常組織相比較，在銀屑病組織中，絲聚蛋白表達稍微下降。銀屑病患者在治療和康復過程中，銀屑逐漸減少，絲聚蛋白的表達增多。

3.3絲聚蛋白在魚鱗病皮膚中的表達

魚鱗病是一種常染色體半顯性遺傳性皮膚病。長期以來，研究者認為其發(fā)病機制主要是由于表皮透明角質(zhì)顆粒的形狀、大小的改變或數(shù)量的減少，甚至完全缺失引起的，而透明角質(zhì)顆粒中的主要物質(zhì)就是絲聚蛋白原分子。魚鱗病患者的皮膚組織病理檢查顯示，其表皮中的透明角質(zhì)顆粒減少或缺失，而透明角質(zhì)顆粒的主要成分就是絲聚蛋白原。近年來Smith發(fā)現(xiàn)FLG基因第3個外顯子內(nèi)的兩個功能突變R501X和 2282del4 與魚鱗病發(fā)生有關。R501X和 2282del4功能突變導致FLG分子表達水平下降，使得表皮終末角化過程出現(xiàn)障礙，表皮的保濕和屏障功能受損，皮膚表現(xiàn)為干燥、脫屑，抵擋外界過敏原和化學物質(zhì)等入侵的能力下降，易于發(fā)生魚鱗病。

3.4絲聚蛋白在特應性皮炎中的表達

特應性皮炎是一種常見的慢性反復性炎癥性皮膚疾病，F(xiàn)LG基因突變是該病的發(fā)病基礎，F(xiàn)LG基因突變使角質(zhì)層細胞結(jié)構(gòu)異常、細胞間連接過度裂解、細胞間脂質(zhì)減少、絲聚合蛋白及NMF含量降低，表皮的保水能力、皮膚彈性及機械性能降低，外界變應原及刺激物更易侵入皮膚，而NMF含量的減少又使皮膚表面pH值升高，進一步影響表皮脂質(zhì)代謝酶的活性，構(gòu)成惡性循環(huán)，可以引起皮膚屏障的改變。

FLG在化妝品中的應用

絲聚蛋白是表皮細胞的分化蛋白，是表皮屏障的重要組成成分，其缺乏可導致外來變應原通過破損的表皮屏障進入機體，并和抗原提呈細胞結(jié)合導致特應性疾病的發(fā)生發(fā)展。FLG的功能缺失突變，從而出現(xiàn)皮膚干燥、起皮疹，伴瘙癢等特應性皮炎的癥狀及體征，嚴重時瘙癢難以忍受，甚至影響睡眠，大大降低了生活質(zhì)量。

2013年科學家通過激光對組織切片進行顯微解剖，精確分析色斑區(qū)域的皮膚細胞群及其周圍組織，發(fā)現(xiàn)黑色素生成區(qū)域缺少一種名為絲聚蛋白的蛋白質(zhì)，但它卻存在于肌膚無斑之處。這一發(fā)現(xiàn)顯示絲聚蛋白生成的減少是導致肌膚黑色素生成的一項重要因素。

化妝品已經(jīng)成為我們的必需品，如果我們把絲聚蛋白的研究引用到化妝品的研發(fā)中，F(xiàn)LG作為皮膚屏障的生物標記物，可能在修復FLG皮膚屏障方面起到很大的作用，而增加絲聚蛋白表達具有實用價值。endprint