角質(zhì)形成細(xì)胞異常誘發(fā)銀屑?。夯蚬こ虅?dòng)物模型的啟示

鄭海豪 石臻睿 王亮春

510120廣州，中山大學(xué)孫逸仙紀(jì)念醫(yī)院皮膚科

銀屑病的發(fā)病機(jī)制目前尚未完全闡明［1］。30年來，學(xué)術(shù)界一直對(duì)角質(zhì)形成細(xì)胞和免疫細(xì)胞的功能異常在銀屑病發(fā)病中孰為因果存在爭(zhēng)論［2］。起初認(rèn)為銀屑病是由于角質(zhì)形成細(xì)胞異常增殖引起的，但隨著研究的深入，在皮損區(qū)發(fā)現(xiàn)Th1和Th17細(xì)胞浸潤(rùn)，遂將注意力轉(zhuǎn)向T細(xì)胞介導(dǎo)的免疫反應(yīng)，并逐漸將其作為銀屑病發(fā)病機(jī)制的核心［1］。近年來，基因工程銀屑病動(dòng)物模型研究發(fā)現(xiàn)，角質(zhì)形成細(xì)胞在銀屑病皮膚炎癥的啟動(dòng)和維持中均發(fā)揮關(guān)鍵作用。根據(jù)基因工程技術(shù)的特點(diǎn)，銀屑病小鼠模型主要分為條件性基因敲除和先天性基因表達(dá)異常小鼠模型。前者是在小鼠成年以后，通過注射枸櫞酸他莫昔芬特異性敲除角質(zhì)形成細(xì)胞內(nèi)的某些蛋白質(zhì)而誘發(fā)銀屑病，更接近于人類銀屑病的發(fā)生過程。后者是通過特異性細(xì)胞內(nèi)基因敲除或插入技術(shù)，使小鼠出生時(shí)即有角質(zhì)形成細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)表達(dá)增多或缺失，更接近于先天性疾病的發(fā)病模式。本文簡(jiǎn)述幾種銀屑病基因工程動(dòng)物模型以及相關(guān)研究，并結(jié)合近年我們團(tuán)隊(duì)取得的一些研究成果，分析并深入理解角質(zhì)形成細(xì)胞在銀屑病發(fā)病機(jī)制中的作用。

一、（Krt1?5cre/ERT）1lpc X Junbtm3WagX Juntm4Wag小鼠

該小鼠的特點(diǎn)是在成年小鼠的任何周齡，通過腹腔或靜脈注射枸櫞酸他莫昔芬，特異性、選擇性敲除角質(zhì)形成細(xì)胞內(nèi)的JunB/c?Jun基因。基因敲除8～10 d后，小鼠即自發(fā)出現(xiàn)銀屑病樣皮炎和關(guān)節(jié)炎。皮損組織病理表現(xiàn)為表皮增生，中性粒細(xì)胞和淋巴細(xì)胞浸潤(rùn)，并伴有多種銀屑病相關(guān)細(xì)胞因子和趨化因子表達(dá)上調(diào)［3］。進(jìn)一步將JunB/c?Jun雙敲小鼠與 Rag2?/?小鼠雜交，獲得具有免疫缺陷的 JunB/c?Jun/Rag2?/?小鼠（基因雙敲與T、B淋巴細(xì)胞缺乏），小鼠仍然出現(xiàn)銀屑病樣皮炎，充分說明角質(zhì)形成細(xì)胞異常足以誘發(fā)銀屑病［3］。與皮損發(fā)生不同，關(guān)節(jié)炎的發(fā)生卻要依賴于T淋巴細(xì)胞和腫瘤壞死因子（TNF）信號(hào)通路［3］。

該銀屑病模型的局限性在于JunB的表達(dá)具有異質(zhì)性。早期研究發(fā)現(xiàn)，JunB在銀屑病患者皮損中的表達(dá)顯著降低，而作為JunB的拮抗劑，c?Jun表達(dá)較正常皮膚顯著升高［3］。但是隨著研究深入，卻發(fā)現(xiàn)無論在銀屑病皮損區(qū)、還是非皮損區(qū)，JunB表達(dá)都呈現(xiàn)很大個(gè)體差異［4］，甚至還有研究發(fā)現(xiàn)其在尋常性銀屑病皮疹中表達(dá)上調(diào)［5?6］。這些研究結(jié)果提示，可能只有部分銀屑病的發(fā)生與JunB/c?Jun易感基因異常有關(guān)。另外，由于皮疹發(fā)生不依賴于T淋巴細(xì)胞，所以該小鼠模型自2005年建立以來并沒有得到廣泛應(yīng)用。

二、Krt14?cre/ERT X Galectin?3FL/FL小鼠

這是我們實(shí)驗(yàn)室尚在研究中的小鼠模型，其基因工程原理同上文小鼠，選擇性敲除角質(zhì)形成細(xì)胞內(nèi)的半乳糖凝集素3（galectin?3）。我們研究發(fā)現(xiàn)［7］，galectin?3在銀屑病表皮中顯著降低，而在其他銀屑病樣皮炎包括神經(jīng)性皮炎、慢性濕疹、脂溢性皮炎、毛發(fā)紅糠疹、玫瑰糠疹、副銀屑病、扁平苔蘚的表皮中仍有豐富表達(dá)，提示表皮galectin?3的下降具有疾病特異性。將galectin?3敲除鼠尾部皮膚移植至野生型小鼠背部，12周以后移植皮膚出現(xiàn)銀屑病樣皮炎改變，提示表皮內(nèi)galectin?3蛋白缺失足以誘發(fā)銀屑病。為進(jìn)一步研究galectin?3在銀屑病發(fā)病機(jī)制中的作用，我們建立了Krt14?cre/ERT X Galectin?3FL/FL小鼠模型，在成年小鼠選擇性敲除表皮內(nèi)galectin?3，基因敲除后第8周，部分小鼠出現(xiàn)皮膚異常。應(yīng)用該動(dòng)物模型，可進(jìn)一步研究小鼠galectin?3缺失誘發(fā)銀屑病的機(jī)制，是否跟前期的體外實(shí)驗(yàn)一樣，是通過MAPKs通路中的JNK，而不是的ERK和p38 MAPK信號(hào)途徑，并不依賴核因子（NF）κB調(diào)節(jié)角質(zhì)形成細(xì)胞的增殖分化，最終誘發(fā)銀屑病。

三、K5.STAT3C小鼠

K5.STAT3C小鼠以表皮持續(xù)過表達(dá)活化的信號(hào)傳導(dǎo)及轉(zhuǎn)錄激活因子（STAT）3為特點(diǎn)，出生后2周即可自發(fā)或在局部刺激下（表皮磨削、外用咪喹莫特）誘發(fā)銀屑病樣皮炎改變，但不會(huì)出現(xiàn)關(guān)節(jié)炎或其他關(guān)節(jié)異常。皮膚組織病理表現(xiàn)為角化不全、顆粒層消失和棘層肥厚，毛細(xì)血管擴(kuò)張和白細(xì)胞浸潤(rùn)。將該小鼠的皮膚移植至無胸腺小鼠（T淋巴細(xì)胞缺乏），單純外傷刺激后移植皮膚不會(huì)出現(xiàn)銀屑病樣改變，但皮內(nèi)注射活化的T淋巴細(xì)胞后，可誘發(fā)銀屑病樣皮炎。這些研究結(jié)果提示，STAT3可能通過調(diào)節(jié)角質(zhì)形成細(xì)胞與T細(xì)胞間相互作用而促進(jìn)銀屑病發(fā)生［8］。

STAT3是Janus激酶信號(hào)傳導(dǎo)及轉(zhuǎn)錄激活因子（Janus?activatedkinasesignaltransducersandactivators of transcription，JAK?STAT）信號(hào)通路上的關(guān)鍵因子。磷酸化STAT3從胞內(nèi)轉(zhuǎn)移到細(xì)胞核，與不同的啟動(dòng)子序列結(jié)合后，調(diào)節(jié)細(xì)胞生長(zhǎng)、分化及凋亡［9］。銀屑病皮損中，角質(zhì)形成細(xì)胞STAT3表達(dá)豐富，細(xì)胞核內(nèi)可以檢測(cè)到大量磷酸化STAT3蛋白。而健康人和其他炎癥性皮膚病，如慢性皮炎、癢疹、扁平苔蘚，表皮中僅有少量STAT3表達(dá)，核內(nèi)幾乎檢測(cè)不到磷酸化STAT3，提示STAT3在銀屑病角質(zhì)形成細(xì)胞功能異常中發(fā)揮重要作用［8］。

隨著對(duì)JAK?STAT信號(hào)通路研究的不斷深入，結(jié)合T淋巴細(xì)胞在K5.STAT3C小鼠疾病發(fā)生中的必要性，該小鼠模型逐漸成為研究免疫炎癥因子在銀屑病發(fā)病機(jī)制中作用的主要?jiǎng)游锬Ｐ椭?，并由此發(fā)現(xiàn)一些新的治療方向。例如，外用STAT3抑制劑STA?21，不僅能抑制K5.STAT3C銀屑病樣皮炎的發(fā)生，對(duì)銀屑病患者也有治療作用［10?11］。另外，外用TNF?α轉(zhuǎn)化酶抑制劑［11］或組織蛋白酶K抑制劑（NC?2300）均能顯著改善K5.STAT3C小鼠的銀屑病樣皮炎［12］。在該模型中關(guān)鍵的致病性細(xì)胞因子是IL?23，而非IL?22，也從側(cè)面解釋了抗IL?22抗體治療銀屑病臨床試驗(yàn)失敗的原因［13］。將K5.STAT3C與自身免疫性關(guān)節(jié)炎的模型小鼠F759雜交，成功獲得銀屑病關(guān)節(jié)炎小鼠模型［14］。

四、K14?cre/Ikk2FL/FL小鼠

是另一種與信號(hào)途徑有關(guān)的基因工程銀屑病小鼠模型，該小鼠自出生起，表皮內(nèi)I?κB激酶（IKK）即被定向敲除。IKK可通過促進(jìn)I?κB磷酸化而抑制NF?κB的功能，從而在多種炎癥過程中發(fā)揮重要調(diào)節(jié)作用。K14?cre/Ikk2FL/FL小鼠在生長(zhǎng)過程中出現(xiàn)銀屑病樣皮炎改變，該病理現(xiàn)象的發(fā)生不依賴于T淋巴細(xì)胞、粒細(xì)胞和IFN信號(hào)通路，而依賴于巨噬細(xì)胞和TNF信號(hào)通路［15?16］。但因該模型小鼠多在幼年死亡，皮損處角質(zhì)形成細(xì)胞過度凋亡，組織病理與銀屑病相去甚遠(yuǎn)，以及皮損發(fā)生不依賴于T淋巴細(xì)胞而未得到廣泛應(yīng)用。

五、其他生長(zhǎng)因子、細(xì)胞因子相關(guān)基因工程小鼠模型

血管內(nèi)皮細(xì)胞生長(zhǎng)因子（VEGF）相關(guān)模型：K14?VEGF小鼠，在棘層肥厚的部位可以看到角化過度、角化不全和表皮角延長(zhǎng)；血管迂曲、延長(zhǎng)，幾乎和銀屑病患者無差別；并有T淋巴細(xì)胞浸潤(rùn)，浸潤(rùn)的CD4/CD8T細(xì)胞比例與銀屑病患者相似。VEGF抑制劑治療有效［17］。血管生成素受體相關(guān)模型：K5?Tie2小鼠，臨床和組織病理表現(xiàn)與K14?VEGF小鼠類似［18］。以上2個(gè)模型的局限性在于，臨床表現(xiàn)以血管異常為基礎(chǔ)，浸潤(rùn)細(xì)胞主要為肥大細(xì)胞［19?20］。轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子β1相關(guān)模型：K5.TGFb1w小鼠，表現(xiàn)為棘層肥厚，突出的特征是小鼠出現(xiàn)Koebner征，但是皮膚炎癥不明顯［20?21］。角質(zhì)形成細(xì)胞生長(zhǎng)因子相關(guān)模型：K15/KGF小鼠，局限性在于小鼠有免疫應(yīng)答缺陷，并且毛囊生長(zhǎng)受抑制［21?22］。細(xì)胞因子相關(guān)模型：K5?IL?17C、Il1rn（?/?）等。①K5?IL?17C小鼠，表現(xiàn)為角化不全，顆粒層消失，棘層肥厚，真皮毛細(xì)血管增生，炎癥細(xì)胞浸潤(rùn)，突出特點(diǎn)是銀屑病相關(guān)的炎癥因子表達(dá)顯著上調(diào)，包括白細(xì)胞介素（IL）17A、IL?23、IL?12和S100A8等［23］；②Il1rn（?/?）小鼠，是IL?1受體拮抗劑敲除小鼠，表現(xiàn)為表皮肥厚、角化不全和表皮微膿腫，典型表現(xiàn)為鏡下可見的真皮內(nèi)小血管增生［24］。這些銀屑病小鼠模型更適合研究特定細(xì)胞因子或生長(zhǎng)因子在銀屑病發(fā)病機(jī)制中的作用。

綜上所述，通過基因工程技術(shù)，特異性敲除或過表達(dá)角質(zhì)形成細(xì)胞內(nèi)的一些信號(hào)通路蛋白或細(xì)胞因子，確實(shí)可以誘發(fā)銀屑病樣皮炎，證明角質(zhì)形成細(xì)胞缺陷足以誘發(fā)銀屑病。但無論是接近于銀屑病發(fā)病模式的條件性基因敲除小鼠，還是類似于先天性疾病發(fā)病模式的角質(zhì)形成細(xì)胞基因表達(dá)缺陷小鼠，都不能完全模仿人類銀屑病發(fā)生的病理生理過程。首先，靶基因不具有銀屑病疾病特異性；其次，靶基因缺陷誘發(fā)的銀屑病樣皮炎只是部分類似人類銀屑病組織病理的改變（棘層肥厚、真皮乳頭毛細(xì)血管迂曲擴(kuò)張、真皮內(nèi)炎癥細(xì)胞浸潤(rùn)）；最后，相較于人類銀屑病，這些小鼠模型不具有免疫細(xì)胞和炎癥因子的系統(tǒng)性改變。所以，上述動(dòng)物模型的研究結(jié)果尚不能說明角質(zhì)形成細(xì)胞和免疫細(xì)胞在銀屑病發(fā)病機(jī)制中的因果關(guān)系。期待隨著基因工程技術(shù)的進(jìn)步，新的銀屑病動(dòng)物模型能夠克服上述缺陷，更貼近于人類銀屑病的發(fā)生，為深入研究銀屑病的發(fā)病機(jī)制以及新藥研發(fā)提供更好的研究平臺(tái)。