角質(zhì)形成細胞與2型炎癥互作在特應(yīng)性皮炎發(fā)病機制中的作用

張睿文, 黃小寶, 王芳

中山大學(xué)附屬第一醫(yī)院,廣東 廣州 510080

特應(yīng)性皮炎(atopic dermatitis,AD)是以2型免疫反應(yīng)為主導(dǎo)的慢性炎癥性皮膚病,以皮膚干燥、反復(fù)發(fā)作的濕疹樣皮疹和劇烈瘙癢為基本特征[1]。近年來,AD患病率在全球范圍內(nèi)持續(xù)增長,影響15%～20%的兒童[2]及3%～10%的成人[3-4]。可見,AD已成為全球性健康問題,不僅給患者及其家屬造成巨大的疾病負擔,也給人類健康管理帶來沉重的經(jīng)濟與社會負擔。

雖然AD的病理生理學(xué)機制復(fù)雜,涉及多個因素[1],但皮膚屏障功能障礙和2型炎癥反應(yīng)起著主導(dǎo)作用。角質(zhì)形成細胞(keratinocyte,KC)是構(gòu)成皮膚屏障的主要成分,屏障破壞使得皮膚對病原微生物及過敏原的通透性增加,在這些物質(zhì)刺激下,KC通過釋放細胞因子和趨化因子,作用于皮膚常駐免疫細胞以及趨化浸潤的2型炎癥細胞,引起或加劇皮膚2型炎癥反應(yīng)?？梢?受損的皮膚屏障是引起皮膚免疫失衡的機制之一。同時,2型炎癥細胞釋放的2型炎癥因子將反作用于KC上相應(yīng)的受體,促使其結(jié)構(gòu)和/或成分發(fā)生進一步改變,加劇皮膚屏障功能的破壞。由此可見,KC與2型炎癥之間存在相互關(guān)系,可能對AD癥狀的加重具有重要作用,而打破這二者之間的惡性循環(huán)可能是控制AD病情的重要切入點。

瘙癢作為AD的主要癥狀,常以惡性“瘙癢-搔抓循環(huán)”為特征。最新研究表明,2型炎癥因子通過激活感覺神經(jīng)元上的受體介導(dǎo)瘙癢[5],而KC釋放的表皮因子除具有激活2型炎癥的作用之外,也被證實具有直接致癢效應(yīng)[6-8]。因此,瘙癢癥狀可能也是KC與2型炎癥相互作用的體現(xiàn)之一。

本文通過闡述皮膚屏障生理學(xué)、KC在AD炎癥與瘙癢中的作用、2型炎癥對KC的影響,以及AD創(chuàng)新藥物對皮膚屏障功能的修復(fù)作用等,解析KC與皮膚2型炎癥的互作關(guān)系在AD發(fā)病機制中的重要性,以期為AD的研究及治療提供新思路。

1 皮膚具有屏障作用與感覺功能

皮膚是保護人體免受外界有害成分入侵的第一道屏障,其屏障功能主要由表皮實現(xiàn)。表皮細胞中KC占80%以上,其經(jīng)歷增殖、分化和角化的過程形成結(jié)構(gòu)化表皮。細胞間脂質(zhì)在KC分化過程中形成,主要包括膽固醇、游離脂肪酸和神經(jīng)酰胺(ceramide, CER)。其中,CER是維持皮膚屏障功能必不可少的脂類,在減少經(jīng)表皮水分丟失(transepidermal water loss, TEWL)和保持皮膚水分含量中起重要作用。

不同分化階段的KC表達不同的角蛋白(keratin, K)。K1和K10是已知正常表皮中KC終末分化的早期標志物,而K6、K16和K17在過度增殖或再生的表皮中表達[9]。在晚期分化過程中,KC可合成絲聚蛋白(filaggrin, FLG)、兜甲蛋白(loricrin, LOR)和內(nèi)披蛋白(involucrin, IVL)等屏障相關(guān)蛋白。FLG是KC的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)蛋白,與LOR、IVL共同形成角化包膜,后者是維持角質(zhì)層細胞形態(tài)與功能的重要結(jié)構(gòu)。

除了作為物理屏障與免疫屏障,皮膚也是感覺器官,受周圍感覺神經(jīng)高度支配。感覺神經(jīng)元在表皮形成表皮內(nèi)游離神經(jīng)末梢(intraepidermal free nerve endings, IEFNs)。IEFNs在KC之間傳遞溫度、疼痛和瘙癢等皮膚感覺,但最近的研究表明,KC也可作為機械或化學(xué)等刺激的感覺傳感器,并直接與IEFNs交流[10-11]。

2 KC在AD皮膚屏障破壞中的作用

臨床上用于評價皮膚屏障功能的客觀指標主要是皮膚生理指標,如TEWL和水分含量。AD患者表現(xiàn)為皮膚TEWL增加與水分減少,該現(xiàn)象與KC中脂質(zhì)和屏障蛋白的含量改變相關(guān)[12]。AD患者皮膚中脂質(zhì)的改變主要是神經(jīng)酰胺的數(shù)量和組成變化,研究發(fā)現(xiàn)無論是AD患者的皮損還是非皮損部位,神經(jīng)酰胺譜的組成與健康對照組相比都有顯著性差異,且神經(jīng)酰胺亞類的比值水平與TEWL、表皮水分含量相關(guān),這證明表皮分化改變可引起AD皮膚屏障功能失調(diào)[13]。Sho等[14]也發(fā)現(xiàn)AD中神經(jīng)酰胺譜紊亂的現(xiàn)象,并且表明AD緩解期的角質(zhì)層神經(jīng)酰胺譜可能是預(yù)測后續(xù)病情惡化的生物標志物。

較多研究均發(fā)現(xiàn)AD患者皮膚中FLG、LOR及IVL等屏障蛋白的表達下調(diào)[15-16],這將直接導(dǎo)致皮膚屏障的破壞,成為AD發(fā)病機制的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。研究證實了FLG突變與嬰兒期濕疹和AD有關(guān)[17]。KC結(jié)構(gòu)和/或成分的改變最終可導(dǎo)致AD患者皮膚屏障功能缺陷。

3 KC異常加重AD炎癥

KC對AD炎癥的加重作用主要表現(xiàn)在通過釋放表皮因子、炎癥因子等直接作用于皮膚免疫細胞,包括2型炎癥細胞,如肥大細胞、嗜堿性粒細胞、2型固有淋巴樣細胞(type 2 innate lymphoid cell, ILC2)和Th2細胞[18-19],從而啟動、活化、加劇皮膚免疫向2型免疫偏移。除此之外,KC釋放的表皮因子、酶類等也被發(fā)現(xiàn)能夠直接激活感覺神經(jīng),引起瘙癢。同時,激活的感覺神經(jīng)通過釋放神經(jīng)肽、神經(jīng)遞質(zhì)反作用于KC和皮膚免疫細胞,加重免疫反應(yīng)。因此,KC、2型炎癥細胞、感覺神經(jīng)三者彼此聯(lián)系,形成AD的神經(jīng)免疫機制(圖1)。

FLG：絲聚蛋白;LOR：兜甲蛋白;IVL：內(nèi)披蛋白;TSLP：胸腺基質(zhì)淋巴細胞生成素;RANTES：受激活調(diào)節(jié)正常T細胞表達和分泌因子;TARC：胸腺和活化調(diào)節(jié)趨化因子;NGF：神經(jīng)生長因子;SP：P物質(zhì);KLK：激肽釋放酶;CGRP：降鈣素基因相關(guān)肽;HDP：宿主防御肽;hBD：人β-防御素;LC：朗格漢斯細胞;MC：肥大細胞;Baso：嗜堿性粒細胞;Eos：嗜酸性粒細胞;ILC2：2型固有淋巴樣細胞;DC：樹突狀細胞;Th：輔助性T細胞

3.1 表皮因子

在AD患者的皮損中,KC產(chǎn)生的表皮因子(或警報素)主要有胸腺基質(zhì)淋巴細胞生成素(thymic stromal lymphopoietin, TSLP)、白介素(interleukin, IL)-25和IL-33。TSLP已被證實為變應(yīng)性炎癥的“主開關(guān)”[20],其通過樹突狀細胞誘導(dǎo)原始T細胞向Th2細胞分化,對2型免疫偏倚的誘導(dǎo)起著關(guān)鍵作用。TSLP在AD患者皮膚中的表達與疾病的嚴重程度、表皮屏障破壞的程度有關(guān)[21]。而IL-25通過直接激活I(lǐng)LC2促進IL-13的產(chǎn)生,引起AD病變皮膚中Th2細胞的募集,最終導(dǎo)致2型炎癥的發(fā)生發(fā)展[22]。在皮膚特異性過表達IL-33的轉(zhuǎn)基因小鼠中,可觀察到ILC2、肥大細胞和嗜酸性粒細胞浸潤的AD樣表型[23]。IL-33還可促進KC自身和Th2細胞分別釋放TSLP和IL-31,從而放大Th2反應(yīng)[19]。IL-25和IL-33不僅可以直接促進2型炎癥的發(fā)生,而且還通過下調(diào)FLG的表達加劇皮膚屏障受損,從而在炎癥反應(yīng)和皮膚屏障功能破壞之間建立聯(lián)系[24-25]。另一方面,KC釋放的TSLP可直接作用于感覺神經(jīng)元誘發(fā)強烈的瘙癢[6]。一項小鼠模型研究表明,IL-33通過受體ST2直接激活感覺神經(jīng)元引發(fā)瘙癢,并且可能使神經(jīng)敏化,以促進慢性瘙癢[7]。

3.2 表皮因子外的炎癥因子

攜帶FLG突變的AD患者中IL-1β和IL-18的水平在角質(zhì)層中升高,并且與TEWL呈正相關(guān)[26]。研究表明IL-1β可能是通過誘導(dǎo)TSLP和減少皮膚屏障蛋白而獲得AD表型的早期關(guān)鍵介質(zhì)[27]。AD病變部位顯示多種趨化因子的增加,主要來源于KC,包括趨化因子CC配體2(chemokine C-C ligand, CCL2)/單核細胞趨化蛋白(monocyte chemoattractant protein, MCP)-1、CCL5/受激活調(diào)節(jié)正常T細胞表達和分泌因子(regulated upon activation normal T-cell expressed and secreted, RANTES)、CCL11/eotaxin、CCL17/胸腺和活化調(diào)節(jié)趨化因子(thymus and activation-regulated chemokine, TARC)以及CCL26/eotaxin-3等,這些趨化因子可招募和活化固有免疫細胞和T細胞[18],促使其產(chǎn)生細胞因子誘導(dǎo)Th2細胞極化,進一步擴大2型炎癥效應(yīng)。

3.3 其他酶類與肽類物質(zhì)

激肽釋放酶(kallikreins, KLK)是新發(fā)現(xiàn)的致癢細胞因子,皮膚中高表達的KLKs主要由KC分泌。Chavarria-Smith等[28]發(fā)現(xiàn)AD患者表皮中KLK5和KLK7的表達上調(diào)。先前的研究表明,KLK5通過激活蛋白酶激活受體2(protease-activated receptor 2, PAR2)導(dǎo)致瘙癢[29]。最新研究證實KLK7在小鼠AD樣皮膚和人類AD皮膚中過表達,且通過非炎癥機制促進AD相關(guān)的瘙癢[30]。

除了神經(jīng)系統(tǒng)本身以外,KC也是神經(jīng)生長因子(nerve growth factor, NGF)的重要來源。一項免疫組化研究觀察到,在AD患者KC中有更高水平的NGF,且表皮神經(jīng)纖維密度較高[31]。Roggenkamp等[32]證實了NGF是KC介導(dǎo)的神經(jīng)突生長增加的關(guān)鍵參與者。NGF可增加神經(jīng)纖維釋放P物質(zhì)(substance P, SP)和降鈣素基因相關(guān)肽(calcitonin gene-related peptide, CGRP)等,從而導(dǎo)致神經(jīng)源性炎癥,如SP能夠直接結(jié)合肥大細胞上的MRGPRX2受體,引起肥大細胞脫顆粒;SP還可作用于KC,增加IL-1β、IL-6和NGF的產(chǎn)生[33]。CGRP則通過增加IL-4、CCL17和CCL22的產(chǎn)生并減少IFN-γ的產(chǎn)生來增強Th2反應(yīng)[34]。

4 AD炎癥破壞角質(zhì)形成細胞功能

已知FLG的功能缺失突變是AD最強的遺傳危險因素,但研究顯示沒有FLG突變的AD患者皮膚中FLG表達減少也很明顯[35]。除此之外,Cole等[36]發(fā)現(xiàn)沒有攜帶FLG突變的AD兒童也存在脂質(zhì)代謝過程的失調(diào)。所以說,除了遺傳因素,還有其他機制參與皮膚屏障破壞的發(fā)生發(fā)展,即獲得性皮膚屏障功能障礙。

在AD中,由Th2細胞、ILC2等2型炎癥細胞分泌的炎癥因子包括IL-4、IL-5、IL-13、IL-31等。KC表達IL-4和IL-13的受體復(fù)合物IL-4Rα/IL-13Rα1[37],且IL-4和IL-13均可結(jié)合IL-4Rα/IL-13Rα1并激活下游Janus激酶(Janus kinase,JAK)1/酪氨酸激酶(tyrosine kinase,TYK)2/JAK2,然后激活信號轉(zhuǎn)導(dǎo)和轉(zhuǎn)錄激活因子(signal transducer and activator of transcription,STAT)6/STAT3。研究證明,AD患者皮膚KC和真皮神經(jīng)纖維中可檢測到IL-31的受體IL-31RA[38]。因此,2型炎癥因子可通過直接作用于KC上相應(yīng)的受體,成為AD皮損持續(xù)和加重的促成因素之一。

研究證明,2型炎癥因子可通過改變KC間脂質(zhì)成分、減少屏障蛋白等多種途徑進一步破壞AD患者的皮膚屏障功能[39]。研究發(fā)現(xiàn)IL-4和IL-13是導(dǎo)致AD中FLG表達減少的原因之一[15]。IL-31可減少FLG、K10和IVL的表達[40]。此外,2型炎癥因子還可促進短鏈脂肪酸和短鏈神經(jīng)酰胺的產(chǎn)生[41],加劇表皮屏障缺陷。IL-4和IL-13還可刺激KC表達TSLP,進一步聯(lián)系了皮膚屏障缺陷與Th2極化[42]。綜上所述,2型炎癥與獲得性皮膚屏障破壞之間的確存在相互聯(lián)系。

隨后的研究進一步闡明了2型炎癥導(dǎo)致KC功能異常的具體作用機制。Kim等[16]首次證明通過STAT6依賴機制,IL-4和IL-13可下調(diào)AD皮膚中LOR和IVL的表達。還有學(xué)者提出,IL-13/IL-4-受體-JAK激酶軸的激活可下調(diào)FLG、LOR和IVL的表達[37]。Berdyshev等[41]也發(fā)現(xiàn)IL-4和IL-13以STAT6依賴的方式通過抑制超長鏈脂肪酸延伸酶(elongation of very long chain fatty acids, ELOVL)3和ELOVL6造成皮膚屏障的破壞?？偟膩碚f,KC與2型炎癥之間相互作用的惡性循環(huán)可導(dǎo)致AD的發(fā)生發(fā)展。

5 靶向創(chuàng)新藥物對AD皮膚屏障的修復(fù)作用

近年來,許多靶向創(chuàng)新藥物已應(yīng)用于中重度AD的臨床治療,無論是生物制劑還是小分子藥,對于AD的抗炎和止癢作用已得到臨床驗證。不少臨床研究顯示,AD患者應(yīng)用新型靶向藥物之后,皮膚屏障功能得到改善,屏障蛋白的含量增加[43-51](表1)。

表1 靶向創(chuàng)新藥物對AD患者的抗炎及皮膚屏障修復(fù)作用的既往報道總結(jié)Table 1 Summary of previous reports on the anti-inflammatory and skin barrier repair effects of targeted innovative drugs on AD

度普利尤單抗(Dupilumab)是一種雙靶點人源化單克隆抗體,通過特異性結(jié)合IL-4Rα亞基抑制IL-4/IL-13的信號傳導(dǎo)。已有多篇報道證明了Dupilumab在AD中的抗炎和皮膚屏障修復(fù)作用[43-49]。JAK-STAT通路由配體或細胞因子與各種受體,包括JAK1、JAK2、JAK3和TYK2結(jié)合后的信號級聯(lián)反應(yīng)組成,參與多種AD相關(guān)細胞因子的信號傳導(dǎo),介導(dǎo)下游炎癥反應(yīng)[50]。Amano等[51]通過AD樣皮炎小鼠模型證明JAK抑制劑可直接抑制KC中STAT3和STAT6的激活,進而改善皮膚屏障功能。臨床研究方面,JADE MOA(NCT03915496)是一項應(yīng)用阿布昔替尼(Abrocitinib)治療AD的臨床試驗,研究者分析了活檢皮膚中關(guān)鍵生物標志物治療前后的表達變化,其中,表皮增生(K16)和Th2免疫反應(yīng)(CCL17、CCL18、CCL26)等標志物與治療前的水平相比均有所下降(https：//clinicaltrials.gov/study/NCT03915496)。

6 結(jié)語與展望

在AD 2型免疫為主導(dǎo)的微環(huán)境中,KC與2型炎癥之間密切交互作用,造成疾病的發(fā)生、發(fā)展與復(fù)發(fā)。靶向創(chuàng)新藥物在展示抗炎治療的同時,可能同時有效修復(fù)皮膚屏障,是AD治療的有力武器。相信隨著對疾病發(fā)病機制的深入研究,更多創(chuàng)新型藥物將有望在抗炎、修復(fù)屏障方面雙管齊下,成為實現(xiàn)AD治療與管理的重要手段。