慢性光損傷皮膚的免疫微環(huán)境失衡研究進展

陳欣玲, 孫鈺, 蔣雨含, 鄭躍,2

1.中山大學(xué)附屬第三醫(yī)院,廣東 廣州 510630;2.南方醫(yī)科大學(xué)南方醫(yī)院,廣東 廣州 510515

皮膚免疫系統(tǒng)中的細胞(包括角質(zhì)形成細胞、內(nèi)皮細胞、成纖維細胞以及各種免疫潛能細胞)、細胞因子、免疫球蛋白、補體等成分共同構(gòu)成了皮膚免疫微環(huán)境[1-2]。皮膚免疫微環(huán)境的穩(wěn)態(tài)與平衡是皮膚免疫系統(tǒng)得以發(fā)揮正常功能、保護機體免受外部刺激傷害的重要防線。正常情況下,皮膚的免疫系統(tǒng)可以及時識別體內(nèi)損傷、衰老或死亡的細胞,通過募集各種免疫潛能細胞發(fā)揮免疫監(jiān)管作用,將異?；蚴艿募毎宄齕3-5]。慢性日光紫外線(ultraviolet light,UV)輻射是引發(fā)皮膚免疫微環(huán)境失衡的重要因素之一,進而可誘發(fā)或加重多種光感性皮膚病、皮膚腫瘤、皮膚衰老以及相關(guān)自身免疫性疾病[6-9]。本文就近年來慢性光損傷皮膚的免疫微環(huán)境失衡的研究進展作一綜述。

1 日光UV對皮膚免疫微環(huán)境的影響

光皮膚病學(xué)在紫外線輻射與人體免疫系統(tǒng)之間相互關(guān)系領(lǐng)域的研究,稱為光免疫學(xué)[10]。慢性日光UV輻射(UV radiation,UVR)可誘發(fā)皮膚組織微環(huán)境中的細胞表型及功能變化,包括角質(zhì)形成細胞、成纖維細胞、免疫細胞、血管內(nèi)皮細胞等。有研究發(fā)現(xiàn),光線性角化病(actinic keratosis,AK)在免疫受損患者的發(fā)病率明顯高于免疫功能正常人群[11-12];在癌癥患者中,UVR可增加調(diào)節(jié)性T細胞 (regulatory T cells,Tregs)的數(shù)量和減少效應(yīng)T細胞的數(shù)量,使腫瘤細胞更易逃逸免疫監(jiān)視,加速腫瘤發(fā)生發(fā)展和轉(zhuǎn)移[13],但機制尚未完全清楚。研究證實,日光UV通過直接和間接兩種模式改變皮膚免疫微環(huán)境。

1.1 UV直接改變皮膚的免疫微環(huán)境

紫外線照射后DNA修復(fù)不足導(dǎo)致環(huán)丁烷嘧啶二聚體(cyclobutane pyrimidine dimer,CPD)的積累,CPD可誘導(dǎo)免疫抑制,并可引起基因突變,導(dǎo)致光相關(guān)皮膚疾病的發(fā)生[14]。長波和中波紫外線(ultraviolet A and ultraviolet B,UVA 和UVB)均能影響皮膚的免疫系統(tǒng)。研究顯示,短短幾天的紫外線照射即可使皮膚的免疫系統(tǒng)受到抑制,且紫外線暴露引起的免疫抑制可能與光老化相關(guān)[15];UVA 誘導(dǎo)的氧化損傷可促進角質(zhì)形成細胞和T淋巴細胞釋放白介素-4(interleukin-4,IL-4)和白介素-10(interleukin - 10,IL- 10),從而導(dǎo)致系統(tǒng)性的免疫抑制;UVB可通過上調(diào)IL-10和Treg細胞的數(shù)量抑制免疫反應(yīng),高劑量的UVB暴露可誘發(fā)BALB/c小鼠脾臟中呈遞抗原的能力受損,且UVB照射可抑制CD4+T 細胞亞群、數(shù)量及增殖活性,進一步通過調(diào)節(jié)炎癥和免疫反應(yīng),影響光相關(guān)皮膚疾病的進展[13,16]。

1.2 UV通過角質(zhì)形成細胞間接改變真皮免疫微環(huán)境

UV可以通過誘發(fā)表皮角質(zhì)形成細胞中細胞因子表達,間接改變真皮的免疫微環(huán)境。UV誘導(dǎo)的表皮損傷能使角質(zhì)形成細胞產(chǎn)生并釋放順式尿酸 (cis- UCA)、血小板活化因子 (platelet-activating factors,PAF) 及其配體、IL-10和腫瘤壞死因子(tumour necrosis factor,TNF)等免疫調(diào)節(jié)分子,進而激活下游多個信號通路和細胞,并產(chǎn)生更多的可溶性炎癥介質(zhì)。暴露于UVR的角質(zhì)形成細胞和肥大細胞,通過釋放IL-10促進2型T輔助細胞(T helper 2,TH2)介導(dǎo)免疫逃逸,并通過激活下游信號通路誘導(dǎo)細胞分泌TNF、IL-4和IL-10,引發(fā)朗格漢斯細胞遷移到淋巴結(jié)以及中性粒細胞募集到皮膚,進而引起自然殺傷T (natural killer T,NKT) 細胞、Treg細胞和調(diào)節(jié)性B(regulatory B,Breg)細胞增殖,改變皮膚免疫微環(huán)境[16]。因此,UV對于皮膚的損傷不僅表現(xiàn)為表皮老化,還會通過下游各種途徑,導(dǎo)致真皮層的皮膚損傷。

上述這些變化在皮膚單次暴露于UVR后即可發(fā)生,而且機體在一生中發(fā)生的重復(fù)、慢性的紫外線照射,會在上述機制的基礎(chǔ)上發(fā)生累積效應(yīng)或進一步引發(fā)其他免疫異常,最終引起皮膚慢性光損傷的一系列病理生理改變。

2 UV輻射誘發(fā)免疫抑制機制

2.1 UVR抑制適應(yīng)性免疫反應(yīng)

中波紫外線(UVB,290～320 nm))及長波紫外線(UVA,320～400 nm)均在皮膚免疫抑制機制中起重要作用。UVB主要抑制原發(fā)免疫反應(yīng),UVA主要抑制二次免疫應(yīng)答[5,17]。UVR抑制適應(yīng)性免疫反應(yīng)的機制,一方面是激活調(diào)節(jié)性T細胞,另一方面是改變抗原提呈細胞(antigen-presenting cells, APC)的數(shù)量和功能[18-19]。

2.2 朗格漢斯細胞和調(diào)節(jié)性T細胞

朗格漢斯細胞(langerhans cells,LC)是表皮駐留的樹突狀細胞(dendritic cells, DC),具有抗原提呈細胞的功能。LC具有各種模式識別受體,包括類毒素受體(TLR2、TLR4 和 TLR5)和甘露糖特異性凝集素受體Langerin。Toll樣受體可識別細菌,而Langerin則可識別某些病毒[20]。在正常情況下,LC收集內(nèi)源性抗原和微生物組抗原,并遷移到皮膚引流淋巴結(jié);在機體感染的情況下,淋巴結(jié)中的幼稚 T 細胞會被激活,產(chǎn)生針對病原體的抗體;在機體發(fā)生炎癥時,一些取代遷移到淋巴結(jié)的LC來自循環(huán)中的單核細胞?？乖蔬f是否導(dǎo)致免疫反應(yīng)或耐受取決于LC的成熟狀態(tài)[21-23]。在光老化的人類皮膚中,表皮中LC的數(shù)量減少,皮膚感染的發(fā)生率增加[24]。調(diào)節(jié)性T細胞也是紫外線誘導(dǎo)免疫抑制過程中起主要作用的細胞[25], Tregs是主要的免疫抑制細胞,可抑制先天性和適應(yīng)性免疫細胞的功能。例如,他們可以抑制炎癥反應(yīng),但也可以使癌細胞逃避免疫監(jiān)視[26-27]。還有觀察表明,隨著年齡的增長,免疫抑制性Tregs的積累可引起皮膚遲發(fā)性超敏反應(yīng)的下降,在衰老過程中,小鼠和人類皮膚中Tregs的數(shù)量增加[28]。

2.3 免疫細胞的相互作用

B細胞、T細胞、LC和肥大細胞之間在UVR誘導(dǎo)的免疫抑制中具有互作機制。UVR可以通過損傷LC來抑制局部免疫反應(yīng),并通過抑制效應(yīng)性和記憶性T細胞,同時激活調(diào)節(jié)性T細胞和B細胞來減弱全身免疫[29]。UVR還可抑制糖酵解并減少表皮中ATP (adenosine triphosphate)的產(chǎn)生,而ATP是免疫細胞發(fā)揮功能和產(chǎn)生免疫調(diào)節(jié)因子所必需的[30]。LC的激活狀態(tài)受UVR的影響,而T細胞的效應(yīng)功能部分取決于LC的激活狀態(tài)。UVR通過抑制皮膚CD4+及CD8+效應(yīng)T細胞功能以及 APC 對 Treg 細胞的誘導(dǎo)過程,誘發(fā)免疫抑制,UVR還可上調(diào)活化B細胞數(shù)量,活化的B細胞分泌IL-10并抑制DC功能[16,31]。

2.4 局部免疫及系統(tǒng)免疫改變

UV不僅可誘發(fā)局部免疫反應(yīng),而且可誘發(fā)系統(tǒng)免疫改變。例如,UVR光療對多發(fā)性硬化癥患者具有全身免疫調(diào)節(jié)的作用[32]。動物模型研究發(fā)現(xiàn),高劑量UVB暴露的BALB/c小鼠在脾臟(遠離暴露于UVR的部位)呈遞抗原的能力受損,這種UVR誘導(dǎo)的全身效應(yīng)很可能是由于UVR誘導(dǎo)角質(zhì)形成細胞釋放各種可溶性介質(zhì)所導(dǎo)致[16]。此外,臨床試驗中也發(fā)現(xiàn),紫外線輻射同樣可以誘導(dǎo)全身免疫調(diào)節(jié)[33],暴露在紫外線輻射下的角質(zhì)細胞可以產(chǎn)生人體80% 的維生素D,而維生素D可以降低抗原提呈細胞的免疫原性功能,刺激調(diào)節(jié)性T細胞的產(chǎn)生和功能,并通常抑制免疫反應(yīng)[34]。

3 UV輻射改變T細胞共抑制、共刺激信號

3.1 共抑制信號PD-1/PD-L1

近年來,免疫檢查點阻斷在治療包括UV暴露所致黑色素瘤在內(nèi)的人類惡性腫瘤的免疫療法備受關(guān)注[35-36]。不論是急性或是長期暴露于紫外線照射,PD-L1在人體皮膚中的表達均顯著上調(diào)[37-39]。與年輕的皮膚相比,在老年皮膚的CD4+和CD8+T細胞PD-1的表達增加,這表明衰老的T細胞更容易受到通過PD-1信號的抑制[40]。研究證實,光老化皮膚T細胞發(fā)生功能衰竭,其特點是功能活性下降和抑制性受體表達的增加,如PD-1/PD-L1軸、CTLA-4、LAG3、Tim-3、TIGIT/CD96/CD226等[35,41-43]。一項關(guān)于利用UVB免疫抑制效應(yīng)治療銀屑病的最新研究顯示,cis-UCA 可誘導(dǎo)PD-L1 介導(dǎo)的LC免疫抑制[44]。

3.2 共抑制信號CTLA4

細胞毒性T淋巴細胞相關(guān)蛋白4(CTLA4)也是一種有效的共抑制受體,作為免疫檢查點,通過與T細胞共刺激受體CD28競爭其共享配體CD80和CD86(分別稱為B7-1和B7-2)的結(jié)合,抑制細胞毒性T淋巴細胞的激活。研究發(fā)現(xiàn),CTLA4在UVB暴露下的表皮黑素細胞中顯著上調(diào)[45],從而導(dǎo)致T細胞功能耗竭,引發(fā)受損細胞的免疫逃逸[46]。因此,這些T細胞共抑制信號的誘導(dǎo)可能參與了UVR對免疫的抑制,使皮膚免疫微環(huán)境中的細胞在UV輻射發(fā)生過程中逃避免疫監(jiān)視,導(dǎo)致細胞損傷甚至凋亡,從而造成機體免疫功能受損,發(fā)展為急性和慢性光損傷、光線性角化病、皮膚腫瘤等各種光相關(guān)疾病[47]。

3.3 共刺激信號CD28

CD28是T淋巴細胞表面表達的共刺激分子,對T細胞的活化起到重要作用。其與抗原呈遞細胞上的B7分子結(jié)合,介導(dǎo)T細胞的共刺激并促進其存活、增殖以及產(chǎn)生細胞因子[48-49]。研究表明,患有遺傳性 T 細胞 CD28 缺陷的人易感染皮膚瘤病毒,角質(zhì)形成細胞中 HPV-2 和 HPV-4 的控制依賴于 T 細胞 CD28 共激活途徑[50]。研究證實,CD80/CD86-CD28/CD152信號在預(yù)防UVB誘導(dǎo)的免疫抑制和腫瘤形成中具有重要作用,但一項單獨靶向CD28信號的體內(nèi)實驗卻發(fā)現(xiàn),敲低CD28信號減少了紫外線引起的DNA損傷和炎癥反應(yīng),可能通過p53途徑改善DNA修復(fù)從而降低了整體DNA損傷[51]。

4 影響紫外線輻射誘導(dǎo)皮膚免疫異常的其他因素

對紫外線照射的免疫反應(yīng)差異可能取決于紫外線的波長和劑量,但也與宿主遺傳、潛在皮膚狀況的存在以及性別有關(guān)[52]。研究表明,皮膚白皙者比皮膚色素較多者更易發(fā)生紫外線誘導(dǎo)的接觸性超敏反應(yīng)(contact hypersensitivity, CHS)抑制,患皮膚癌的風(fēng)險更高[10]。還有研究通過評估皮膚中的肥大細胞數(shù)量,進一步證明了先天免疫參數(shù)的差異在確定人類皮膚癌風(fēng)險方面的重要作用,即真皮肥大細胞數(shù)量越高,患基底細胞癌和黑色素瘤的風(fēng)險越高[53-54]。無論是動物實驗還是人體實驗,UVR在男性中的免疫抑制作用大于女性;雌性小鼠在紫外線照射后炎癥水平更高,但患皮膚癌的風(fēng)險更低,在長期暴露于UVB后,雄性小鼠比雌性小鼠更早患上腫瘤,腫瘤數(shù)量更多,腫瘤的組織學(xué)分級也更高,C57BL/6小鼠和BALB/c小鼠對UVR的炎癥和氧化反應(yīng)也有所差別[55-56]。由此可見,紫外線輻射引起的免疫抑制是多方面多因素綜合作用的結(jié)果,并且具有個體差異性。

5 結(jié)語與展望

綜上所述,免疫微環(huán)境的穩(wěn)態(tài)失衡是皮膚慢性光損傷的重要機制之一。UV對皮膚免疫的作用,不僅發(fā)生于皮膚而且還會影響全身免疫,涉及先天免疫系統(tǒng)和適應(yīng)性免疫多種機制,但至今為止,對UV致皮膚免疫微環(huán)境失衡的機制尚未完全清楚。深入研究慢性光損傷皮膚的免疫微環(huán)境失衡時空變化及機制,不僅可拓展皮膚衰老學(xué)說,填補日光致人皮膚免疫異常機制的部分空白,也可為預(yù)防或延緩光老化、探索光相關(guān)性皮膚病、免疫性皮膚病、皮膚腫瘤的治療干預(yù)新靶點、新手段、新技術(shù)提供思路。