皮膚免疫應(yīng)答研究進展

汪長星

（浙江大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬第二醫(yī)院 病理科，浙江 杭州 310000）

0 前言

皮膚是人體最大的器官且具有多種類型細胞，細胞間通過網(wǎng)絡(luò)聯(lián)系維持多項活動，例如免疫應(yīng)答以實現(xiàn)耐受，抵抗疾病，傷口修復(fù)、血管生成等。其中最重要的作用是其抵御暴露外部和內(nèi)部有害環(huán)境的免疫功能。皮膚的免疫應(yīng)答功能為炎癥、自身免疫病、癌癥等的治療帶來了新的思路和希望。很長一段時間皮膚僅被認為是隔絕內(nèi)外的屏障。Streilein 首先提出了皮膚免疫的概念，隨后Egawa等進一步發(fā)現(xiàn)皮膚是外周淋巴器官[1]。皮膚的免疫系統(tǒng)定位表皮和真皮，包括幾種主要的免疫細胞，例如朗格漢斯細胞、黑素細胞定位表皮，樹突狀細胞，巨噬細胞，T 細胞等位于深層的真皮。

1 JAK/STAT 信號通路

Janus 激酶家族是蛋白酪氨酸激酶家族，介導(dǎo)細胞因子及生長因子產(chǎn)生信號，并通過其下游信號通路傳遞下去。配體與受體結(jié)合后激活JAK 蛋白，發(fā)生自體磷酸化隨后磷酸化相關(guān)受體，磷酸化的JAKs招募STAT 家族轉(zhuǎn)錄因子，隨后STAT 以同二聚體或異二聚體形式發(fā)生聚合并轉(zhuǎn)位至核內(nèi)從而調(diào)節(jié)基因轉(zhuǎn)錄。不同類型的配體從細胞因子（比如IL-1）到激素（例如促紅細胞生成素）均可活化該通路從而誘導(dǎo)組織生理改變。其中有些分子與皮膚病的產(chǎn)生有著直接或間接的聯(lián)系。整條通路參與到皮膚病的發(fā)生發(fā)展和形成中。哺乳動物JAK 家族包括JAK1、JAK2、JAK3 及TYK2，其中JAK1 及JAK2 在全身各處均可表達，而JAK3 主要在造血細胞中表達。STAT 家族包括STAT1-4、STAT5A/B 及STAT6。因作用的細胞因子和生長因子不同參與反應(yīng)的JAKs 和STATs 也不同，他們的結(jié)合具有高度特異性[2]。

JAK/STAT 信號通路對皮膚免疫的重要性最好的詮釋就是攜帶編碼JAK 或STAT 突變基因的人類會罹患皮膚病，例如牛皮癬、特應(yīng)性皮炎、斑禿、白癜風(fēng)及黑色素瘤。JAK3 失去功能的突變將導(dǎo)致重癥聯(lián)合免疫缺陷綜合征(severe combined immunodeficiency syndrome,SCID)[3]。SCID 患 者缺乏T 細胞、NK 細胞、功能性B 細胞。由于這些嚴(yán)重的免疫缺陷將導(dǎo)致復(fù)發(fā)性皮膚膿腫、廣泛念珠菌病及嚴(yán)重脂溢性皮炎。缺乏TYK2 將嚴(yán)重影響IL-12/STAT4 及IFN/STAT1 信號通路，從而產(chǎn)生IFNγ+TH1細胞。由于TYK2也參與IL23/STAT3信號通路，缺陷患者將會出現(xiàn)IL-17+TH17 細胞減少現(xiàn)象。不幸的是TYK2 缺陷將導(dǎo)致皮膚出現(xiàn)嚴(yán)重的結(jié)核分枝桿菌，葡萄球菌和皰疹病毒的感染[4]。人及小鼠的STAT3突變均可導(dǎo)致高IgE 綜合征（hyper IgE syndrome,HIES），其特征為濕疹性皮疹且皮膚及肺易感染葡萄球菌、念珠菌或皰疹病毒[5]。非功能性STAT3 突變導(dǎo)致的皮膚黏膜的改變是多樣的，例如IL-6 等通過STAT3 作用的細胞因子將不能調(diào)節(jié)目標(biāo)基因比如IL-17 家族基因，而這對皮膚的免疫非常重要。JAK/STAT 信號通路通過不同途徑影響皮膚免疫，在皮膚免疫中起著至關(guān)重要的作用，其缺陷將導(dǎo)致各種皮膚疾病。

2 TLRs 信號通路

TLRs 受體是非常重要的模式識別受體，包括TLR1-10，可活化NF-κB 信號通路從而開啟固有免疫應(yīng)答且有助于獲得性免疫應(yīng)答的發(fā)展，從而在機體的抗感染過程中發(fā)揮作用。人TLRs 在不同類型的免疫細胞中均有表達，例如樹突狀細胞、巨噬細胞、單核細胞、自然殺傷細胞等。與此同時TLRs也可表達于皮膚角質(zhì)細胞、軟骨細胞、內(nèi)皮細胞及成纖維細胞中。TLRs 信號通路包括經(jīng)典途徑和非經(jīng)典途徑，既MyD88 途徑和TRIF 途徑。MyD88 途徑即TLR 受體活化后經(jīng)MyD88 可以招募白細胞介素1 受體相關(guān)激酶(interleukin-1 receptor(IL-1R)associated kinase,IRAKs)，活化絲裂原活化蛋白激酶激酶（Mitogen-activated protein kinase kinase kinase,MAP3K），隨后活化NF-κB、p38 和c-Jun 氨基末端激酶（c-Jun N-terminal kinase,JNK）。

大量研究闡述了TLRs 受體在人表皮細胞中的表達及功能[6,7]。研究表明在TLRs 配體促進下皮膚表皮角質(zhì)形成細胞中檢測到除TLR7/8/9 之外受體的表達。其中TLR4 的表達一直是充滿爭議的，K?llisch G 及其同事研究發(fā)現(xiàn)在原代角質(zhì)形成細胞中TLR4 既非組成型表達亦非功能性表達。HaCaT 細胞可表達TLR4及CD14mRNA 但是并不能對LPS 的刺激做出反應(yīng)，可能是因為缺乏MD-2 的表達。TLR5 可識別細菌鞭毛，研究表明它既可以表達于原代細胞也能表達于細胞系中，活化后可誘導(dǎo)NF-κB 轉(zhuǎn)位和IL-8分泌。近期有研究表明皮膚成纖維細胞中的TLR呈功能性表達且表達量較角質(zhì)形成細胞更多。他們發(fā)現(xiàn)人皮膚成纖維中可表達10 種TLRs。所有TLRs 的活化均可誘導(dǎo)IL-6、IL-8 及MMP-18（分別代表細胞因子、趨化因子和MMPs）的生成且呈劑量依賴性。其中TLR1/2、3、4 活化后可顯著上調(diào)MMP-1（對炎癥、細胞遷移、組織損傷重塑起重要作用），誘導(dǎo)IκBα 磷酸化并活化細胞外信號調(diào)節(jié)激 酶（extracellular-signal regulated kinase,ERK）。比較特別的是TLR1/2 經(jīng)配體活化后IL-6 及IL-8mRNA 水平較角質(zhì)形成細胞有更明顯的升高，反映了TLR1 和2 在成纖維細胞和角質(zhì)形成細胞之間的差異。我們已知皮膚經(jīng)照射后UV 可直接活化生長因子或細胞因子受體從而活化AP-1 并上調(diào)MMP-1，導(dǎo)致皮膚的光老化。由于UV 照射后的產(chǎn)物可被TLRs受體識別并誘導(dǎo)皮膚成纖維細胞中MMP-1 的大量表達，我們認為UV 可通過活化TLR 信號通路間接上調(diào)MMP-1 表達，從而導(dǎo)致皮膚出現(xiàn)光老化。最近有研究表明某些TLR4 內(nèi)源性配體在硬皮病患者中是上調(diào)的，提示其可能參與到硬皮病形成過程。另有研究表明皮膚內(nèi)皮細胞也可檢測到10 中TLR 基因的表達。綜上所述，TLRs 在體皮膚各層細胞中的高度表達可能影響機體多項生理病理進程。

3 IL-1 家族細胞因子

IL-1 家族細胞因子是固有免疫和炎癥的中樞介質(zhì)，具有多種局部和全身效應(yīng)的多效細胞因子，在多發(fā)性炎癥疾病中起關(guān)鍵作用。家族可分為促炎類和抗炎類，促炎類包括IL-1a、IL-1b、IL-18、IL-33、IL-36a、IL-36b、IL-36γ；抗炎類包括IL-1Ra、IL-36Ra、IL-37、IL-38[8]。這些細胞因子通過與在機體穩(wěn)定狀態(tài)下的表達和活化受到精密的調(diào)控，一旦表達或活化不受控了將引起病理性炎癥應(yīng)答或增強炎癥應(yīng)答的強度。IL-36、IL-37、IL-38 是最新發(fā)現(xiàn)的家族成員，他們定位于2 號染色體，在2001年首次被克隆出來。

IL-36a、IL-36b、IL-36g 及IL-36Ra 的原始形式是沒有抗炎或者促炎作用的，只有經(jīng)過活化后才具備相應(yīng)的功能[9]。近期有研究表明中性粒細胞蛋白酶是IL-36 群體成員主要的調(diào)節(jié)因子，每種酶具有各自不同的特異性和親和力。IL-36a、IL-36b、IL-36γ 通過其受體激活NF-κB 和MAPK 途徑產(chǎn)生大量的細胞因子（例如IL-8 或IL-6）、趨化因子等炎癥介質(zhì)，從而介導(dǎo)炎癥反應(yīng)，參與慢性炎癥和自身免疫性疾病的病理生理過程，特別是與銀屑病的形成息息相關(guān)[10]。而IL-36Ra 抑制促炎活性與ILRrp2 的親和力強于激動作用。

IL-36 與IL-36Ra 均在皮膚中表達但在銀屑病中表達增多。皮膚角質(zhì)細胞、巨噬細胞及樹突狀細胞均有表達。IL-36 在促炎細胞因子或TLR 激動劑刺激后出現(xiàn)上調(diào)，另外在克羅恩病患者的抗TNF 誘導(dǎo)的銀屑病中也出現(xiàn)了上調(diào)，另有研究表明其可能參與過敏性皮炎、脫發(fā)和金德勒綜合征。銀屑病的病變特征是角質(zhì)形成細胞過度增殖和分化的改變，因此促炎介質(zhì)調(diào)節(jié)因子的釋放作用于免疫細胞產(chǎn)生皮膚炎癥自我放大的循環(huán)。而IL-36 細胞因子與IL-17相互作用負性調(diào)節(jié)角質(zhì)形成細胞的分化并誘導(dǎo)促炎表型及皮膚病變的產(chǎn)生。一旦IL-36 活化，樹突狀細胞將過表達活化的標(biāo)志物，例如IL-1b、IL-12 等細胞因子及趨化因子的表達。同時朗格漢尼斯細胞及M2 巨噬細胞也出現(xiàn)促炎活化現(xiàn)象。IL-36R 主要在極化的T 細胞中表達。由于銀屑病被認為是T 細胞調(diào)節(jié)的病理疾病所以IL-36 在其中所起的非常關(guān)鍵。

I L-3 7 有6 個不同的外顯子編碼5 中異構(gòu)體（IL-37a、b、c、d 和e）其中IL-37b 是迄今為止了解最為全面的。與家族其他成員類似IL-37 的N端不含信號肽，但是含有一個caspase-1 剪切位點，用于調(diào)節(jié)突變和抗炎活性。當(dāng)caspase-1 突變?nèi)笔Ш驣L-37 入核結(jié)合Smad3 形成復(fù)合物調(diào)節(jié)下游基因轉(zhuǎn)錄的功能就受損了。2002 年首次發(fā)現(xiàn)IL-37 以低親和力與IL-18Ra 結(jié)合發(fā)揮其抑制作用，然后這一結(jié)果是頗有爭議的，另有發(fā)現(xiàn)稱IL-37 可以結(jié)合IL-18BP 招募IL-18Rb 抑制IL-18R 復(fù)合物的形成。進一步研究表明IL-37 可結(jié)合IL-18Rα 招募下游信號蛋白觸發(fā)胞內(nèi)信號轉(zhuǎn)變從而抑制炎癥并在不同的病理情況下調(diào)節(jié)炎癥和免疫應(yīng)答。另外IL-37 可以轉(zhuǎn)位到核內(nèi)結(jié)合DNA 從而調(diào)節(jié)基因轉(zhuǎn)錄，這一活性是依賴caspase-1 及核周Smad3-IL-37 復(fù)合物的形成。IL-37 對皮膚炎癥的抑制作用可通過銀屑病證明，在銀屑病病損皮膚中表達更少，且可下調(diào)銀屑病小鼠IL-8、IL-6 表達。

與IL-37 類似，IL-38 可大范圍下調(diào)IL-1、IL-36 及TLR 調(diào)節(jié)的炎癥應(yīng)答但是與IL-37 的間接作用不同，IL-38 可直接結(jié)合IL-36R 從而減少IL-36依賴的IL-8 的生成。有趣的是全長的IL-38 可以上調(diào)IL-6 的生成，但是剪切的形式可以通過抑制JNK信號通路下調(diào)IL-6 的生成。IL-38mRNA 在發(fā)炎的皮膚中表達顯著減少?，F(xiàn)有的研究認為缺乏IL-38 可能導(dǎo)致持續(xù)的慢性炎癥應(yīng)答例如牛皮癬。

4 總結(jié)及展望

JAK/STAT 信號通路的研究為進一步研究其作用機制、基本免疫機制及新藥開發(fā)提供了新的視角，從而能夠準(zhǔn)確的干預(yù)與疾病相關(guān)的各項因素。盡管JAK/STAT 抑制劑并未獲得證書，但是其中部分JAK/STAT 途徑的抑制劑已用于臨床研究中。可預(yù)見的未來JAK/STAT 抑制劑應(yīng)用于皮膚病學(xué)中，緩解深受困擾的皮膚病患者的病痛。

現(xiàn)有的研究結(jié)果對TLRs 受體在皮膚表皮組織，真皮組織，及成纖維細胞的表達及作用做了全面系統(tǒng)的概述，這些結(jié)果可能用于檢測不同的病原體或損傷的信號同時對不同類型的病原體產(chǎn)生應(yīng)答反應(yīng)可能使其成為多種疾病的檢測或治療的靶點同時也為新藥的研發(fā)提供了新的想法。

IL-1 受體家族的IL-36 具促炎作用，而IL-37及IL-38 對皮膚的抗炎免疫應(yīng)答作用在皮膚疾病銀屑病中不僅表達不同且產(chǎn)生了截然不同的作用。全世界有大量的銀屑病患者，而這些研究可以為藥物作用的靶點研究或其抑制劑或激動劑或相關(guān)小分子藥物研究鋪平道路，或可以此為依據(jù)發(fā)現(xiàn)新的治療方案。