皮膚屏障功能與特應性皮炎

謝成樹 趙衛(wèi)東

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·綜述·

皮膚屏障功能與特應性皮炎

謝成樹 趙衛(wèi)東

目前認為特應性皮炎發(fā)病機制不清，可能具有遺傳缺陷的個體，在環(huán)境等因素的作用下皮膚的蛋白、脂質(zhì)等的代謝出現(xiàn)異常，進而出現(xiàn)皮膚屏障結(jié)構的異常，導致天然保濕因子、抗菌肽減少、經(jīng)皮失水率增加和pH值的升高等病理生理改變。本文將對皮膚屏障結(jié)構異常與特應性皮炎的關系進行綜述。

特應性皮炎; 皮膚屏障; 免疫應答; 瘙癢

特應性皮炎(atopic dermatitis, AD)是一種以皮膚頑固性瘙癢、皮膚干燥、濕疹樣皮損為主要臨床表現(xiàn)的慢性、復發(fā)性、炎癥性皮膚病。其發(fā)病機制目前認為是具有遺傳固有缺陷的個體，在環(huán)境等因素的作用下，導致皮膚屏障功能障礙和(或)機體免疫失衡，從而引發(fā)一系列病理生理的改變。自從上世紀90年代末Taieb[1]提出皮膚屏障功能障礙可能是AD的主要發(fā)病機制以來，對AD的皮膚屏障功能的研究成為近年來的研究熱點之一。本文針對AD皮膚屏障功能的異常及其在特應性皮炎中的作用進行綜述。

1 正常的皮膚屏障結(jié)構

皮膚是人體最大的器官，被覆于體表。表皮是其最外層，是皮膚屏障結(jié)構基礎。表皮的角質(zhì)形成細胞(keratinocyte, KC)從基底層逐漸向棘細胞層、顆粒層、角質(zhì)層分化移行。角質(zhì)層又是表皮的主要屏障結(jié)構，角質(zhì)細胞通過角橋粒相互連接，角質(zhì)細胞間尤其是細胞層間充滿結(jié)構性脂質(zhì)。角質(zhì)層的表面覆蓋有一層皮脂腺分泌而形成的水脂膜。人們常用“磚塊”、“鋼筋”、“灰漿”分別來形容角質(zhì)細胞、角橋粒和結(jié)構性脂質(zhì)。正常的皮膚屏障結(jié)構一方面保護著機體免受外界環(huán)境中的有害因素損傷，另一方面防止組織內(nèi)的各種營養(yǎng)物質(zhì)、電解質(zhì)和水的喪失。

2 AD的皮膚屏障功能異常

皮膚的屏障主要結(jié)構在表皮，表皮的屏障結(jié)構主要在角質(zhì)層，現(xiàn)就角質(zhì)層的角質(zhì)細胞的相關蛋白、連接、脂質(zhì)分述如下。

2.1 角蛋白(keratin, KRT) 角蛋白是表皮內(nèi)角質(zhì)形成細胞的主要結(jié)構蛋白，也是上皮細胞的標志性成分，屬中間絲蛋白家族，角蛋白可被分為Ⅰ型(酸性角蛋白，分子量較小，包括K10～20)和II型(堿性或中性角蛋白，分子量較大，包括K1～9)。在角質(zhì)細胞中，分化成熟的角蛋白纖維是兩種類型的角蛋白按1∶1比例特異性聚合成的異種二聚體。在AD患者的皮損區(qū)及非皮損區(qū)，角質(zhì)形成細胞均存在異常分化以及角蛋白的異常表達[2]。其中，增生特異性相關的K5/K14及K6/K16和炎癥性相關的角蛋白表達增加，而分化特異性相關的K1/K10表達減少。Theerawatanasirikul等[3]研究顯示患AD的狗存在角蛋白的基因表達異常，相對非皮損區(qū)來說，其皮損區(qū)的KRT2e、KRT5、KRT14、KRT17、IVL等表達異常增加。角蛋白異常表達直接影響表皮組織結(jié)構的完整性，導致皮膚屏障功能的異常。

2.2 角質(zhì)化包膜(comified envelope, CE) 表皮細胞分化過程中，不僅有角蛋白的特異性表達，還伴隨著一系列重要的中間絲相關蛋白的表達，如中間絲聚合蛋白(filaggrin, FLG)，內(nèi)披蛋白(involucrin, IVL)，兜甲蛋白(loricrin, LOR)，小分子富含脯氨酸蛋白(small proline-rich regions,SPRRs)等。FLG與角蛋白中間絲相互作用形成致密的角蛋白纖維束，從而成為角質(zhì)細胞的堅韌的的骨架結(jié)構。LOR,IVL，SPRPs等在轉(zhuǎn)谷酰胺酶(TGK)的催化作用下交叉連接并沉積在細胞膜內(nèi)側(cè)而形成不溶于水的角質(zhì)化包膜[4]。CE包裹角蛋白纖維束形成一種可耐酶，耐酸堿，抗微生物入侵的不溶性的獨特的角質(zhì)屏障結(jié)構。

分化后期，F(xiàn)LG從CE中分離,逐步分解為小肽和游離氨基酸,后經(jīng)脫氨基作用形成多元羧酸,如乳酸、吡咯烷酮羧酸、尿素、尿刊酸、咪唑丙烯酸等，是重要的天然保濕因子(natural moisturizing factor, NMF)，保持皮膚偏酸性PH值，適促進角質(zhì)形成細胞的成熟和脫屑，減少致病菌的定植。國內(nèi)外研究顯示，F(xiàn)LG基因是AD的強易感因素。Palmer等[5]研究顯示歐洲人最常見的FLG基因突變位點為R501X和2282del4。而日本人常見的FLG基因突變位點為3321delA、S2554X[6]。孟麗等[7]研究中國漢族人其獨特的FLG基因突變位點為c.3321delA。FLG基因突變導致FLG表達異常，一方面影響CE的形成，導致角質(zhì)屏障結(jié)構障礙，角質(zhì)層脆性增加；另一方面乳酸、吡咯烷酮羧酸等重要的NMF生成減少，酸性物質(zhì)減少，PH值升高。

2.3 蛋白酶及蛋白酶抑制劑 表皮細胞的分化移行過程是一個動態(tài)平衡的過程，正常的分化可維持表皮合適的厚度，角質(zhì)細胞的正常脫落可防止微生物及過敏原的進一步入侵。角質(zhì)細胞的脫落需要蛋白酶的降解，通過降解角橋粒黏附蛋白(橋粒芯蛋白、橋粒膠蛋白)而實現(xiàn)。角質(zhì)剝脫的關鍵蛋白酶主要在顆粒層及角質(zhì)層細胞里表達的激肽釋放酶相關的肽酶(KLK)，包括：胰凝乳蛋白酶(KLK7)和胰蛋白酶(KLK5),屬于絲氨酸蛋白酶家族。KLK7能夠水解橋粒芯膠蛋白1(DSC-1)，KLK5能夠水解橋粒芯糖蛋白1(DSG-1)。正常情況下它們處于失活狀態(tài)，其活性由絲氨酸蛋白酶抑制劑(LEKTI)來調(diào)節(jié)。LEKTI由SPINK5基因編碼，且受到表皮PH值的調(diào)控。在表皮分化的過程中，LEKTI在顆粒層逐漸釋放到細胞間質(zhì)中，與KLK相互作用。AD患者中存在SPINK5基因突變，可致LEKTI缺失，從而KLK5、KLK7的活性增加，角橋粒水解增加，表皮脫落及修復異常，皮膚PH值上升,皮膚滲透性增加。Furio等[8]研究KLK5在NS綜合征及AD中發(fā)揮重要作用，高表達的KLK5不僅增加皮膚滲透性，還可導致Th2為主的免疫反應和血清中IgE的增高。

2.4 表皮脂質(zhì) 表皮脂質(zhì)有兩大類：一類是皮膚表面的水脂膜(hydro lipid film)；一類是角質(zhì)細胞間或細胞層間的結(jié)構性脂質(zhì)，主要有神經(jīng)酰胺、膽固醇、長鏈脂肪酸等。在表皮細胞的分化移行過程中，結(jié)構性脂質(zhì)中極性脂質(zhì)明顯減少，中性脂質(zhì)明顯增加，且結(jié)構性脂質(zhì)具有獨特生物膜雙分子結(jié)構。所以脂質(zhì)也是重要的物理屏障結(jié)構。在AD患者中，主要是結(jié)構性脂質(zhì)發(fā)生改變。Popa[9]等發(fā)現(xiàn)AD犬模型中皮膚的神經(jīng)酰胺含量低于正常犬，且外用含有鞘脂的乳劑后皮膚中的神經(jīng)酰胺明顯增加。Tawada[10]等研究顯示AD患者表皮中含長鏈脂肪酸的神經(jīng)酰胺要比正常人低，INF-γ可通過抑制神經(jīng)酰胺合成酶和長鏈脂肪酸連接酶的表達而起作用。AD的皮膚脂質(zhì)中神經(jīng)酰胺明顯減少，尤其神經(jīng)酰胺1、3減少最突出，繼而其殺菌作用的神經(jīng)酰胺醇、神經(jīng)酰胺代謝產(chǎn)物含量減少。同時脂質(zhì)含量下降又使表皮PH值上升，PH升高可抑制脂質(zhì)代謝相關的酶類， 脂質(zhì)缺乏的皮膚不僅干燥、脫屑，且抗微生物屏障功能受損明顯。

3 AD異常的皮膚屏障功能產(chǎn)生的影響

AD患者存在遺傳缺陷，可能合并有環(huán)境因素和社會心理等因素的作用，直接產(chǎn)生角質(zhì)層結(jié)構性破壞或受損，角橋粒被酶解加快，表皮脂質(zhì)減少和(或)脂質(zhì)成分比例的改變。

3.1 NMF減少和TEWL增加 FLG的表達異常不僅可致角質(zhì)細胞的結(jié)構性異常，且FLG可分解為乳酸、吡咯烷酮羧酸等重要的NMF減少，角質(zhì)細胞的結(jié)構性異常，角橋粒水解增加以及表皮脂質(zhì)的減少均使經(jīng)皮失水率(Trans-epidermal water loss, TEWL)增加。Winge等[11]研究AD患者的TEWL要比正常對照者高，F(xiàn)LG對皮膚屏障的功能整合起主要作用，F(xiàn)LG缺陷還影響到炎癥反應、表皮分化等信號傳導。FLG的作用重要且多元，Stout等[12]在分子水平內(nèi)化重組AD受損的FLG，期望從發(fā)病的源頭去重建AD受損的皮膚屏障。同時，神經(jīng)酰胺、膽固醇、長鏈脂肪酸等脂質(zhì)減少或比例的改變，使在防止表皮水分丟失及保持皮膚彈性等方面失去作用。對表皮的脂質(zhì)等進行重建及修復可以減輕AD的癥狀，減少其復發(fā)。Simpsom等[13]研究潤膚劑的使用可以提高皮膚屏障功能，對AD患者盡早使用潤膚劑是一種溫和、安全、經(jīng)濟和有效的治療方式。Kircik等[14]研究發(fā)現(xiàn)單獨使用神經(jīng)酰胺、膽固醇、長鏈脂肪酸(3∶1∶1)治療輕中度AD，可取得良好的臨床效果。

3.2 抗菌肽的表達減少和pH值的升高 表皮偏酸性及抗菌肽都有較強的抗菌作用，可使表皮的病原菌定植減少。同時可維持表皮的低滲透性及完整性。AD的表皮的角質(zhì)形成細胞分化移行過程中，一方面角質(zhì)形成細胞表達的防御素如hBD等的抗菌肽減少。早期的研究顯示AD表皮中LL-37、hBD-2、hBD-3、iNOS、IL-8等防御素及抗菌肽的表達減少，導致對葡萄球菌、病毒、真菌的易感。不僅Th2細胞分泌的IL-4可降低hBD-2的表達，Alase等[15]研究AD患者中Th2細胞分泌的IL-33可降低hBD-2的表達，導致其急性炎癥皮損對微生物的易感。Broccardo等[16]研究示伴有感染的AD患者的多種皮膚屏障相關蛋白表達降低，NMF合成減少，加劇其對微生物的機械屏障缺陷及抗菌活性下降。另一方面FLG等角質(zhì)蛋白及磷脂的代謝異常使表皮酸性產(chǎn)物等減少，表皮pH值升高[11]。但近有研究顯示FLG的基因突變及代謝與表皮pH值并無明顯相關性[17]。Clausen等[18]研究顯示，相對于非皮損區(qū)及正常皮膚，皮損區(qū)的hBD-2表達增高，且與TEWL和SCORAD呈顯著正相關，與pH值和FLG基因突變無明顯相關性，hBD-2可看作AD嚴重程度的“生物標記”。Oyoshi等[19]研究顯示FLG的基因缺陷和皮膚的過敏性炎癥反應有協(xié)同作用，IL-17A介導的對病毒的易感性增加。 AD患者對微生物易感性增加的機制還有待進一步研究。

3.3 免疫失衡 AD的FLG結(jié)構性異常使其易暴露于外界微生物和過敏原。Brough等[20]研究顯示，AD兒童損傷的皮膚屏障，對環(huán)境中花生的暴露增加，易形成花生過敏癥。致敏的肥大細胞再次接觸過敏原后即活化且釋放炎癥因子，誘導Th2細胞及嗜酸性粒細胞遷移至表皮;同時受損的表皮產(chǎn)生趨化因子也能讓Th2細胞由真皮遷移至表皮。Fujita等[21]研究AD中的DC細胞不僅有抗原遞呈的作用，還能誘導T細胞向Th2細胞異常極化。Th2細胞分泌IL-5、IL-4、IL-13等細胞因子，誘導B細胞分化產(chǎn)生更多的IgE。釋放的細胞因子可抑制S100鈣結(jié)合蛋白A11(S100/A11),從而下調(diào)絲聚合蛋白的表達，屏障功能進一步受損。同時Th2性細胞因子也可下調(diào)AD表皮脂質(zhì)的表達[22]。pH值升高及抗菌肽表達的減少增加微生物的定植，Kim等[23]發(fā)現(xiàn)IL-25可通過抑制FLG的表達，從而增加AD患者對單純皰疹病毒和牛痘病毒的易感性，且Th2細胞分泌的IL-4、IL-13對FLG表達的抑制有協(xié)同作用。微生物被異常表達的抗原遞呈細胞受體識別，啟動保護性免疫應答并分泌多種細胞因子，導致T細胞的極化異常，急性期主要以Th2主導的細胞免疫應答，分泌的細胞因子IL-4和IL-13又可下調(diào)抗菌肽的表達，進而形成一種惡性循環(huán)。

3.4 瘙癢 瘙癢是AD患者的主要表現(xiàn)之一 ，其機制還不是完全清楚，目前認為瘙癢特異性神經(jīng)纖維傳導在AD中有著重要作用。AD患者的癢覺異常敏感，炎癥因子、神經(jīng)肽、IL-31、蛋白酶活化受體2(PAR2)等致癢原(pruritogen)均與瘙癢有關系。有研究發(fā)現(xiàn)AD患者Th2誘導的炎性皮損中存在TRPA1依賴的癢覺神經(jīng)通路，可能對AD患者的慢性瘙癢起到重要作用[24]。Kato等[25]研究發(fā)現(xiàn)在AD患者皮損的神經(jīng)末梢及脊髓神經(jīng)根存在IL-31受體蛋白的表達。同時Cevikbas等[26]研究發(fā)現(xiàn)一些感覺神經(jīng)上表達有IL-31受體，是一種特殊的功能性的神經(jīng)細胞因子受體，可能介導Th2細胞釋放IL-31引起瘙癢。有研究示針對AD的瘙癢，應用抗IL-31受體的抗體治療，可能成為一種新的治療方法[27]。但Siniewicz-Luzeńczyk等[28]研究顯示AD患兒皮損區(qū)雖然IL-31比正常兒童顯著增高，但疾病的嚴重程度與瘙癢程度與IL-31的水平?jīng)]有明顯相關性?？菇M胺藥對AD的頑固性瘙癢是抵抗的，但有研究顯示肥大細胞釋放的組胺能夠抑制表皮的分化，損傷皮膚的屏障功能，抗組胺藥的治療不僅能夠止癢，還有修復皮膚屏障的作用[29]?？梢夾D的瘙癢機制復雜且不明確，皮膚屏障功能的受損可能導致癢覺異常敏感，微生物的易感及免疫失衡可致多種致癢原的產(chǎn)生。

4 結(jié)語

綜上所述，AD的發(fā)病與遺傳、皮膚屏障功能、免疫系統(tǒng)等多方面有關，而且各因素之間相互影響。皮膚屏障功能在其發(fā)病機制中有著至關重要的作用，其中FLG是皮膚屏障的關鍵，可減少抗原的入侵和TEWL,并可釋放酸性物質(zhì)致皮膚pH值下降，抑制細菌的生長。深入了解皮膚屏障功能在AD中的作用可為今后的基礎研究及臨床治療提供新的思路和策略。

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(收稿：2016-05-14)

Skin barrier function and atopic dermatitis

XIEChengshu,ZHAOWeidong.

TonglingCenterforDiseaseControlandPrevention,Anhui244000,China

XIEChengshu,E-mail:a54828634@sina.com

The pathogenesis of atopic dermatitis (AD) is not clear. There is abnormal metabolism of skin protein and lipid in the individuals with genetic inherent defects under the special environment, which leads to the damage of the skin barrier structure and the decrease of the level of NMF and antimicrobial peptides, the rising of TEWL and pH. The association between the abnormal skin barrier structure and the onset of AD is reviewed in this article.

atopic dermatitis; skin barrier; immune response; itch

安徽省銅陵市疾病預防控制中心,244000

謝成樹，E-mail: a54828634@sina.com