皮膚屏障中分化蛋白的研究進(jìn)展

廖 倩，于春水，汪瀚文

1 皮膚屏障

皮膚是人體內(nèi)最大的器官，總重量大約占個體體重的16%，也是抵御外界不良因素侵?jǐn)_的第一道防線。Kabashima-Kubo等[1]的研究表明，皮膚屏障不僅阻止了病原體的入侵，而且對角質(zhì)層、角質(zhì)形成細(xì)胞結(jié)構(gòu)組成及免疫細(xì)胞抗原的介導(dǎo)進(jìn)行了整合。皮膚屏障在防御外界有害因素?fù)p傷及維持內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)中起重要作用，包括物理屏障、色素屏障、神經(jīng)屏障和免疫屏障等。其中90%的皮膚屏障功能依靠角質(zhì)層形成，角質(zhì)層屏障的主要成分是角質(zhì)層及其角質(zhì)包膜（磚泥）和細(xì)胞間的脂質(zhì)雙分子層（灰泥）?！按u墻-灰泥模型”（brick and mortar）是現(xiàn)在公認(rèn)的表皮角質(zhì)層屏障結(jié)構(gòu)模型，同時覆蓋在這層模型之外還有一層水脂膜（hydro-lipid fi lm），與磚墻結(jié)構(gòu)共同構(gòu)成了皮膚的物理性屏障。Addor[2]研究認(rèn)為角質(zhì)層具有活躍的新陳代謝和自我調(diào)節(jié)能力，對激發(fā)炎癥反應(yīng)中的角質(zhì)形成細(xì)胞、血管生成、纖維素增生起到調(diào)節(jié)的作用，調(diào)節(jié)作用的大小主要取決于刺激的強(qiáng)度。

2 角質(zhì)層（stratum corneum，SC）

2.1 角質(zhì)形成細(xì)胞

角質(zhì)層具有獨特的多層結(jié)構(gòu)，是由角質(zhì)形成細(xì)胞通過核分裂、分化、退化直至消失，經(jīng)由基底層、棘細(xì)胞層、顆粒細(xì)胞層、透明層（僅見于掌跖等表皮較厚部位），最后形成無生命的角質(zhì)形成細(xì)胞。角質(zhì)形成細(xì)胞呈疊瓦狀垂直分布，有效阻止細(xì)胞外基質(zhì)過度伸展，減少了皮膚水分的丟失。細(xì)胞外Ca2+的濃度有利于角質(zhì)形成細(xì)胞的分化和增殖，且兜甲蛋白（loricrin，LOR）、內(nèi)披蛋白（involucrin，IVL）、絲聚合酶原（pro fi laggrin，pFLG）的表達(dá)與胞外Ca2+濃度也密切相關(guān)[3]。

2.2 角蛋白

角蛋白是表皮的主要結(jié)構(gòu)蛋白，也是角質(zhì)形成細(xì)胞的標(biāo)志成分。角蛋白不同階段的表達(dá)代表了表皮細(xì)胞分化的不同階段，表達(dá)隨表皮向終末分化的過程而改變。表皮基底層是未分化的細(xì)胞，具有分裂增殖能力，表達(dá)特異性角蛋白5/14（即K5 /K14），而當(dāng)細(xì)胞上升至棘細(xì)胞層即可發(fā)現(xiàn)特異性分化蛋白K1 /K10 的表達(dá)。Roth等[4]在研究中發(fā)現(xiàn)，通過調(diào)節(jié)小鼠皮膚K1與K10的缺失，從而增加角化包膜（corni fi ed envelope，CE）的易脆性而影響皮膚屏障功能。在表皮層缺乏K1與缺乏K10的小鼠組別中，缺乏K1的組別中出現(xiàn)了小鼠圍產(chǎn)兒死亡；即使小鼠的皮膚屏障是完整的，但缺乏K1的小鼠會出現(xiàn)經(jīng)表皮水分丟失（trans epidermal water loss，TEWL）上升，提示皮膚屏障功能受損。Choate等[5]研究在K1中確認(rèn)了一新的基因突變，和先天性網(wǎng)狀魚鱗病樣紅皮?。╟ongenital reticular ichthyosiform erythroderma，CRIE，也稱ichthyosis with confetti，IWC）導(dǎo)致的K10突變類似，K1的突變導(dǎo)致絲聚體碳末端的框移突變，該多肽鏈30位點氨基酸殘基取代了碳末端22位點的氨基酸；突變的K1導(dǎo)致了細(xì)胞質(zhì)中絲狀體網(wǎng)坍塌并錯置于胞核中。與K10突變導(dǎo)致CRIE一樣，K1突變的逆轉(zhuǎn)需要通過有絲分裂重組。由于此突變逆轉(zhuǎn)（回復(fù)突變）未見于其他致病性角蛋白變異，作者的研究結(jié)果表明K1和K10絲狀體碳末端框移突變在CRIE回復(fù)性突變嵌合體中高頻出現(xiàn)。

3 角化包膜

CE也稱交叉連接膜、邊緣帶以及周邊帶，它的形成標(biāo)志著角質(zhì)形成細(xì)胞分化的終末產(chǎn)物——角質(zhì)形成細(xì)胞的產(chǎn)生，是表皮作為一種防御屏障的基礎(chǔ)。CE主要由絲聚合蛋白（ fi laggrin，F(xiàn)LG）、IVL、LOR等構(gòu)成，這些蛋白廣泛交叉連接，并受到角質(zhì)形成細(xì)胞轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶（transglutaminase keratinocyte，TGK/TG1）的調(diào)節(jié)。CE相關(guān)蛋白的形成與角質(zhì)形成細(xì)胞的增生和分化密切相關(guān)，只有當(dāng)前者的正?；蚓幋a表達(dá)和后者之間達(dá)到精準(zhǔn)平衡，表皮才能正常形成并角質(zhì)化[3]。2012年Yoneda等[6]發(fā)現(xiàn)絲聚合酶原氮端結(jié)構(gòu)域（pro fi laggrin N-terminal domain，PND）的表達(dá)與角質(zhì)形成細(xì)胞的終末分化密切相關(guān)；在活的有機(jī)體內(nèi)PND和LOR與K10相互作用，這些作用可能與CE和皮膚屏障的形成有關(guān)。

3.1 角質(zhì)形成細(xì)胞轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶

轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶（transglutaminase，TG）目前在人類中發(fā)現(xiàn)的有8種類型，是一組Ca2+結(jié)合及Ca2+依賴性酶。其中TG1（或者角質(zhì)形成細(xì)胞TG，TGK)、TG2（或者組織TG，TGC）、TG3（或者表皮TG，TGE）、TG5（或者TGX）存在于表皮及其附屬器及鱗狀復(fù)層上皮組織。TGK在正常表皮中僅分布于棘細(xì)胞層的中上部直至角質(zhì)層的起始, 在FLG 的參與下催化角質(zhì)套膜蛋白如IVL、包繞角蛋白纖維束, 組成表皮特異的角質(zhì)層屏障結(jié)構(gòu)。Liu等[7]發(fā)現(xiàn)，2,3,7,8-四氯二苯并二惡英（2,3,7,8-tetrachlorodibenzo-p-dioxin，TCDD）可以通過上調(diào)TGK而刺激表皮的分化。

3.2 絲聚合蛋白

FLG又稱為微絲凝聚蛋白，主要存在于表皮顆粒層和透明層，由表皮顆粒層的透明角質(zhì)顆粒中無活性的pFLG經(jīng)一些特異性磷酸酶和蛋白酶催化轉(zhuǎn)化而來。它可以和角蛋白中間絲蛋白互相作用，聚集成角蛋白纖維束，從而形成最外層角質(zhì)形成細(xì)胞的扁平支架結(jié)構(gòu)。到目前為止，亞洲和歐洲已發(fā)現(xiàn)大約40個FLG 突變位點，且它具有明顯的地域性和種群性。Gutowska-Owsiak等[8]認(rèn)為，白細(xì)胞介素（IL）-17A下調(diào)了FLG的表達(dá)和細(xì)胞黏附相關(guān)的基因。Batista等[9]研究發(fā)現(xiàn)在成人特應(yīng)性皮炎（atopic dermatitis，AD）中，不僅觀察到FLG和緊密連接蛋白1（claudin，CLD）的表達(dá)下降，而且發(fā)現(xiàn)FLG的表達(dá)和疾病的嚴(yán)重程度呈負(fù)相關(guān)。Kabashima-Kubo等[1]發(fā)現(xiàn)，在AD患者中，高濃度的IgE組比低濃度組更易引起FLG的突變；由于FLG的減少或缺失引起的皮膚屏障功能障礙，可能會導(dǎo)致經(jīng)皮膚引起的過敏反應(yīng)增加。Thomsen等[10]在異卵雙生雙胞胎中發(fā)現(xiàn)，攜帶FLG突變基因胎兒比不攜帶此等位基因胎兒更易患AD。根據(jù)基于亞洲人群（包括韓國人、日本人、中國人、新加坡華人）的FLG基因突變譜回顧分析發(fā)現(xiàn)：諸如p.R501*、c.3321delA、 p.S1515*、p.S3296*和 p.K4022*FLG等突變普遍均能在至少2個上述人群中發(fā)現(xiàn)，而FLG基因無義突變罕見于上述各人群[11]。

3.3 內(nèi)披蛋白

IVL主要表達(dá)于棘細(xì)胞層上部與顆粒層，是角質(zhì)形成細(xì)胞分化的標(biāo)志性蛋白，位于CE的外層，與含有-OH的神經(jīng)酰胺共價結(jié)合，由此將脂質(zhì)基質(zhì)和角化細(xì)胞連接起來而發(fā)揮作用。Theerawatanasirikul等[12]發(fā)現(xiàn)了在犬類皮膚中依賴于互補(bǔ)DNA（complementary deoxyribonucleic acid，cDNA）序列來衡量表達(dá)產(chǎn)物的4種特定基因引物，即IVL、FLG、K10、K5，這一系列引物的探索，有利于更深層次分子研究犬類皮膚疾病的mRNA和蛋白的定量測定，并且此研究是關(guān)于正常犬類皮膚CE基因表達(dá)和免疫組化相關(guān)性的首篇報道[3]。

Moravcová等[13]發(fā)現(xiàn)，在中波紫外線（ultraviolet radiation b，UVB）照射的角質(zhì)形成細(xì)胞中，會引起K1和K10表達(dá)增加及IVL減少。Gnanaraj等[14]發(fā)現(xiàn)在銀屑病中，丙硫氧嘧啶(propylthiouracil，PTU）不僅可以通過調(diào)節(jié)使過度表達(dá)的IVL下降，還可以調(diào)節(jié)過早成熟的IVL。在銀屑病患者的角質(zhì)形成細(xì)胞中，IVL是上升的；而無論是銀屑病患者或正常角質(zhì)形成細(xì)胞中，IL-13、IL-17A、內(nèi)皮素-1、腫瘤壞死因子-α、干擾素-γ均能升高IVL水平[15]。IVL表達(dá)異常與對稱性肢端角化病（symmetrical acrokeratoderma，SAK）、板層狀魚鱗?。╨amellar ichthyosis）等有關(guān)。

3.4 兜甲蛋白

LOR主要表達(dá)于顆粒層與角質(zhì)層，是最終分化的CE的主要構(gòu)成成分，大約占其蛋白量的80%。Ishitsuka等[16]研究發(fā)現(xiàn)，后期角化包膜蛋白1（late corni fi ed envelope 1 protein）可以通過用免疫電子顯微鏡來定位敲除LOR的細(xì)胞包膜，而被當(dāng)作互補(bǔ)成分，同時也發(fā)現(xiàn)后期角化包膜基因1可以使皮膚中敲除LOR小鼠的核因子NF-E2相關(guān)因子2（nuclear factor erythroid 2 related factor 2，Nrf2）轉(zhuǎn)錄水平上升。在AD患者中可能由于病變程度與選取皮損部位的不同，關(guān)于IVL和LOR的表達(dá)研究結(jié)論也并不相同[17]。 2012年Kawachi等[18]發(fā)現(xiàn)通過蛋白免疫印跡（Western blotting）分析得出與未分化的角質(zhì)形成細(xì)胞相比，轉(zhuǎn)錄因子GATA-3（GA-TA-binging protein-3）在分化的角質(zhì)細(xì)胞中含量更高；共轉(zhuǎn)染實驗發(fā)現(xiàn)GATA-3和基因c-fos與 sp1通過互助的方式正性調(diào)節(jié)角質(zhì)形成細(xì)胞分化中LOR的基因轉(zhuǎn)錄。有研究發(fā)現(xiàn)LOR的異常表達(dá)在口腔黏膜下纖維化頰黏膜（oral submucous fi brosis，OSF）發(fā)生發(fā)展和癌變過程中可能發(fā)揮了重要作用[19]。LOR基因突變所致的皮膚病有火棉膠嬰兒、進(jìn)行性對稱性紅斑角化癥（symmetrical progressive erythrokeratoderma，PSEK）及變異性殘毀性掌跖角化癥（Vohwinkel syndrome，VS）等；LOR表達(dá)異常的皮膚病有AD、銀屑病等。

4 結(jié)語

本文主要對皮膚屏障的分化蛋白做一綜述，隨著對各種分化蛋白研究的進(jìn)一步了解，能對皮膚屏障有更深入認(rèn)識。

【參 考 文 獻(xiàn)】

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