李晶輝尤家寶劉 紅張福仁

·綜述·

FLG基因及相關疾病研究進展

李晶輝1，2尤家寶1，2劉 紅1，2張福仁1，2

絲聚蛋白(filaggrin，FLG)基因位于人類染色體1q21．3，其翻譯表達產物與維持皮膚屏障和細胞分化功能密切相關。研究發(fā)現FLG基因的多態(tài)性與特應性皮炎、銀屑病、尋常型魚鱗病等多種疾病發(fā)病相關，本文對近年關于FLG基因及與其相關疾病的研究進行了綜述。

FLG;特應性皮炎;銀屑病;尋常型魚鱗病

中間絲蛋白相關基因(Filaggrin，FLG)的翻譯表達產物Profilaggrin是存在于人表皮角質形成細胞(keratinocyte，KC)內的一種酸性或中性蛋白，參與角質形成細胞終末分化時細胞間交叉聯(lián)結膜的形成，可分解產生大量天然保濕因子(natural moisturizing factors，MNF)，也可啟動KC的凋亡，因此FLG在皮膚屏障功能和角質形成細胞凋亡過程中發(fā)揮著關鍵作用。FLG基因與多種皮膚疾病相關，近年來日益受到國內外學者的關注，現就該基因有關研究作一綜述。

1 FLG的結構及生理特性

1．1 FLG的結構FLG位于染色體1q21．3的表皮分化復合體，由3個外顯子組成，其中1號和2號外顯子較小，3號外顯子較大。1號外顯子(15 bp)位于5＇非翻譯區(qū)，只有非翻譯序列;2號外顯子(159 bp)包含起始密碼子;3號外顯子(12．7～14．7 Kb)為FLG最重要的功能域，編碼S100區(qū)域、B結合區(qū)域以及10～12個絲聚蛋白重復序列［1］。重復序列間在DNA水平的同源性近100%。

FLG是由無活性的絲聚合蛋白原脫磷酸化而成，絲聚合蛋白原是一種磷酸化組氨酸多聚蛋白(約500 kDa)，N端有兩個特殊的區(qū)域:高度保守的S100鈣結合區(qū)和其下游較保守的B區(qū)，緊鄰的是有缺陷的兩個FLG重復區(qū)域，其中間片段是由10～12個FLG組成的重復基因序列［2，3］。

1．2 FLG的生理特性Profilaggrin是FLG基因的翻譯表達產物，其為高度磷酸化且不溶于水的前體蛋白，Profilaggrin合成部位為表皮顆粒層細胞，其合成后參與透明角質顆粒的形成。在分化終末期Profilaggrin由無活性的絲聚蛋白原快速去磷酸化形成可溶性的Filaggrin［2，4］。

Filaggrin由324個氨基酸構成，大小約為38 kDa，是存在于人表皮角質形成細胞內的一種酸性或中性蛋白，是構成真核細胞骨架的基質蛋白，參與角質形成細胞終末分化時細胞間交叉聯(lián)結膜的形成［5］。

Filaggrin的作用主要表現為分解產生大量天然保濕因子，天然保濕因子通過水合作用鎖住皮膚水分;Filaggrin的另一作用為啟動KC的凋亡，使KC從有細胞核的顆粒層細胞轉變?yōu)闊o細胞核的角質層細胞，因此Filaggrin在維持皮膚屏障功能和角質形成細胞凋亡過程中發(fā)揮著關鍵作用［5，7］。

2 FLG基因多態(tài)性與疾病

FLG在表皮屏障中起著非常重要的作用，通過既往的研究，McGrath等人［6］推測FLG基因變異使絲聚合蛋白及MNF含量降低，皮膚屏障功能從根本上出現異常，進而導致天然保濕因子減少或缺失、角質層功能受損引起相關皮膚病變，魚鱗病、特應性皮炎、銀屑病等多種皮膚病的發(fā)生均與FLG基因的突變相關［5，7］。

2．1 FLG與魚鱗病尋常型魚鱗病(ichthyosis vulgaris，IV)是常見的角化異常性遺傳性皮膚病，是魚鱗病中常見的類型，人群發(fā)病率為1/250～1/1000，通常在出生后1年發(fā)病，臨床特征表現為皮膚干燥，四肢伸側及軀干部有灰褐色或深褐色蛇皮狀鱗屑，鱗屑也可呈灰白色，尤以小腿明顯，皮損冬重夏輕;同時伴發(fā)掌紋癥、毛周角化以及遺傳過敏性疾病等，嚴重影響患者的生活質量。

最早關于絲聚蛋白與尋常型魚鱗病的報道始于上世紀80年代［8］，2002年，Fleckman等［9］發(fā)現IV的皮膚顆粒層中角質透明顆粒和FLG缺乏。2006年，Smith等［1］聯(lián)合研究7個分別來自愛爾蘭、蘇格蘭和美國的IV家系，確定了FLG基因為IV的致病基因。

FLG基因常見的突變位點為R501X、2282del4［1］和3321delA、S2554X［10］。其中R501X和2282del4兩個突變位點可誘導形成FLG基因產生未成熟終止密碼子，造成不同程度的表皮角質形成細胞分化和屏障功能障礙，進而引起IV;而3321delA和S2554X這兩種突變通過免疫組織學與超微結構觀察，顯示均可顯著減少表皮角質透明顆粒的表達。

Perusquía－Ortiz等［11，12］通過對不同基因類型的IV患者測定體內表皮滲透屏障功能:表層水分損失(TEWL)，皮膚水合作用和皮膚表面的pH值在純合子或純合子個體中的差異，結果顯示雜合的R501X或2282del4的IV患者臨床表現較輕，純合子或復合雜合子(同時存在兩種基因突變)的臨床表現較重。由這兩種常見的FLG突變引起的IV具有遺傳傾向，遺傳性質為半顯性遺傳，進而確定FLG基因突變缺失是IV的主要病因，致病突變主要為FLG純合子。

2．2 FLG與特應性皮炎特應性皮炎(atopic dermatitis，AD)又稱異位性濕疹或遺傳過敏性皮炎，是一種慢性、復發(fā)性、瘙癢性皮膚病，研究證實其發(fā)病與FLG密切相關。Kezic等［13］采用體內共聚焦拉曼光譜學光譜技術研究表明，未攜帶突變位點的正常對照比攜帶FLG突變位點的AD患者皮損中天然保濕因子濃度顯著降低，經皮失水量明顯增加，進而證實FLG的變異可能引起表皮細胞分化異常，皮膚屏障功能破壞。Presland［14］用小鼠模型成功模擬人類FLG基因C－端截短型變異(5303delA)，發(fā)現受累的小鼠具有鱗片狀尾巴，其顆粒層細胞通透性增加，屏障功能異常，絲聚合蛋白表達量減少，且Fallon等學者［15］證實FLG自發(fā)突變ft/ft小鼠(5303delA)表皮對外來抗原的滲透性增大，皮膚的抵抗力降低，過敏原可通過破損的皮膚屏障進入小鼠體內誘發(fā)Th2型免疫應答，這一證據揭示了與FLG相關的AD的發(fā)病機制。

FLG基因突變對AD病情進程及嚴重性具有一定程度的影響，FLG基因突變是AD早發(fā)及持續(xù)存在的易感因素。Scharschmidt等［16］研究證實，FLG基因缺陷不僅可作為單一因素導致皮膚滲透性功能障礙，破壞細胞旁路屏障功能，而且板層小體分泌功能受損引起的細胞外片狀雙分子層異常亦可導致FLG缺陷，這些結構異常可降低皮膚對刺激物或半抗原的炎癥閾值，形成由“外到內”的AD發(fā)病機制。

Segre等［10，17，18］先后分析了西歐人群、日本種族、中國漢族種群的AD患者，證實FLG基因突變位點較多，其最常見的突變位點是R501X和2282del4，且突變存在明顯的地域差異或種族差異。

2010年，Mildne等［19］利用RNAi技術證實當FLG基因表達降低時，皮膚的透明角質顆粒減少，層狀小體的結構受損，皮膚滲透性增加，NMF、tUCA等小分子物質的生成減少，進而皮膚更易受到紫外線的損傷。然而，2013年，Drongelen等［20］在構建重組人類皮膚模型上敲除FLG基因后，檢測該基因突變對于皮膚的影響，發(fā)現表皮形態(tài)、皮膚角質層的脂類形成和結構、角質層的滲透性未發(fā)生明顯改變。進而，Bisgaard等［21，22］通過研究證實，AD的發(fā)生不僅僅是FLG基因突變的結果，其發(fā)生發(fā)展是基因缺陷和環(huán)境等多因素造成的。

2014年，Otsuka等［23］通過對AD小鼠體內的Filaggrin分析研究發(fā)現，JTC801，ORL1受體拮抗劑－苯甲酰胺鹽酸鹽可高特異性促進FLG基因mRNA和相應蛋白的表達，而其在皮膚角質的構成蛋白中僅針對Filaggrin有效。JTC801的作用位點位于FLG基因的AP－1結合區(qū)，因此通過JTC801的作用促進FLG基因的轉錄，而AD小鼠體內Filaggrin也表達上調。因此，JTC801使AD的基因水平治療成為可能。

多數遺傳性或過敏性疾病與AD的發(fā)病率有一定的關系，因此通過對AD與相關疾病的關系的探索，可更深入地了解FLG基因的功能。

2．3 FLG與銀屑病Hüffmeier等［24］通過研究證實，經免疫組化檢測結果顯示存在FLG突變的銀屑病患者的表皮顆粒層中絲聚蛋白明顯減少，這與銀屑病患者角化過度、角化不全、顆粒層變薄或消失、細胞間隙增寬、炎癥細胞向真皮和表皮浸潤的病理表現程度呈正相關，這一研究證明導致FLG功能喪失的突變位點可導致表皮角化異常，皮膚結構破壞。

Kim等通過研究證實在銀屑病等疾病中，皮膚屏障受損的同時，Ca2+代謝也會受損［25，26］。鈣梯度在皮膚分化過程起著重要的作用，若皮膚缺失Ca2+，則角質細胞僅具有增殖功能，但不能分化。當FLG基因低表達時，鈣離子信號通路和ATP結合運輸系統(tǒng)會發(fā)生改變，說明FLG基因與鈣離子信號通路和ATP結合運輸系統(tǒng)密切相關［27］。

2．4 FLG與其它相關疾病Cifuentes和Weidinger等先后發(fā)現FLG基因與交界型大皰性表皮松解癥(junctional epidermolysisbullosa，JEB)和斑禿(alopecia areata，AA)等疾病的發(fā)病機制存在一定相關性［28，29］。其中通過檢測JEB患者，JEB皮膚中FLG的表達明顯低于正常對照組;通過分析FLG基因的R501X和2282del4位點，發(fā)現若FLG基因突變，則哮喘、AD和IV等疾病會伴隨有AA，然而若患者不存在FLG基因突變，則不伴有AA。這一結果說明FLG基因突變與AA、JEB的發(fā)生存在相關性，但與FLG基因缺失的關系還需進一步論證。

3 小結與展望

中間絲相關蛋白在維持表皮屏障功能中發(fā)揮重要作用，研究證實FLG基因突變可導致尋常性魚鱗病，是AD的高危因子［30－33］，與銀屑病、交界型大皰性表皮松解癥、斑禿等疾病有一定的相關性［24，28，29］。這些研究不僅有助于疾病的確診，亦可從基因水平通過改變FLG基因的表達來改善皮膚的屏障功能。FLG基因是一個炎性相關基因，FLG基因突變缺失可導致皮膚炎癥，目前關于FLG基因與其他炎癥相關疾病的研究較少，對FLG基因可進一步研究探索，以明確FLG基因與炎癥性疾病的關系，探索疾病的發(fā)病機制，為臨床的治療提供依據。

［1］Smith FJ，Irvine AD，Terron－Kwiatkowski A，et al．Loss of function mutations in the gene encoding filaggrin cause ichthyosis vulgaris［J］．Nat Genet，2006，38:337－342．

［2］Osawa R，Akiyama M，Shimizu H．Filaggrin gene defects and the risk of developing allergic disorders［J］．Allergol Int，2011，60(1):1－9．

［3］Sandilands A，Terron－Kwiatkowski A，Hull PR，et al．Comprehensive analysis of the gene encoding filaggrin uncovers prevalent and rare mutations in ichthyosis vulgaris and atopic eczema［J］．Nat Genet，2007，39:650－654．

［4］Sandilands A，Sutherland C，Irvine AD，et al．Filaggrin in the frontline:Role in skin barrier function and disease［J］．J Cell Sci，2009，122(9):1285－1294．

［5］Ginger RS，Blachford S，Rowland J，et al．Filaggrin repeat number polymorphism is associated with a dry skin phenotype［J］．Arch Dermatol Res，2005，297(6):235－241．

［6］McGrath JA，Uitto J．The filaggrin story:Novel insights into skin－barrier function and disease［J］．Trends Mol Med，2008，14:20－27．

［7］Alibardi L，Tschachler E，Eckhart L．Distribution of caspase－14 in epidermis and hair follicles is evolutionarily conserved among mammals［J］．Anat Rec A Discov Mol Cell Evol Biol，2005，286(2):962－973．

［8］Ghorpade A．Inoculation(tattoo)leprosy:a report of 31 cases［J］．J Eur Acad Dermatol Venereol，2002，16:494－499．

［9］Fleckman P，Brumbaugh S．Absence ofthe granular layer and keratohyalin define a morphologically distinct subset of individuals with ichthyosis vulgaris［J］．Exp Dermatol，2002，11: 327－336．

［10］Nomura T，Sandilands AA，kiyama M，et al．Unique mutations in the filaggrin gene in Japanese patients with ichthyosis vulgaris and atopic dermatitis［J］．J Allergy Clin Immunol，2007，119(2):434－440．

［11］Perusquía－Ortiz AM，Oji V，Sauerland MC，et al．Complete filaggrin deficiency in ichthyosis vulgaris is associated with only moderate changes in epidermal permeability barrier function profile［J］．J Eur Acad Dermatol Venereol，2013，27(12):1552－1558．

［12］Li M，Cheng R，Shi M，et al．Analyses of FLG mutation frequency and filaggrin expression in isolated ichthyosis vulgaris(IV)and atopic dermatitis－associated IV［J］．Br J Dermatol，2013，168(6):1335－1338．

［13］Kezic S，Kemperman PM，Koster ES，et al．Loss－of－function mutations in the filaggrin gene lead to reduced level of natural moisturizing factor in thestratum corneum［J］．J Invest Dermatol，2008，128(8):2117－2119．

［14］Presland RB，Boggess D，Lewis SP，et al．Loss of normal profilaggrin and filaggrin in flaky tail(ft/ft)mice:an animal model for the filaggrin－deficient skin disease ichthyosis vulgaris［J］．J Invest Dermatol，2000，115(6):1072－1081．

［15］Fallon PG，Sasaki T，Sandilands A，et al．A homozygous frameshift mutation in the mouse FLG gene facilitates enhanced percutaneous allergen priming［J］．Nat Genet，2009，41(5):602－608．

［16］Scharschmidt TC，Man MQ，Hatano Y，et al．Filaggrin deficiency confers a paracellular barrier abnormality that reduces inflammatory thresholds toirritants and haptens［J］．J Allergy Clin Immunol，2009，124:496－506．

［17］Segre JA．Epidermal barrier formation and recovery in skin disorders［J］．J Clin Invest，2006，116:1150－1158．

［18］Nemoto－Hasebe I，Akiyama M，Nomura T，et al．FLG mutation p．Lys4021x in the C－terminalimperfect filaggrin repeat in Japanese patients with atopic eczema［J］．Br J Dermatol，2009，161:1387－1390．

［19］Mildner M，Jin J，Eckhart L，et al．Knockdown of filaggrin impairs diffusion barrier function and increases UV sensitivity in a human skin model［J］．J Invest Dermatol，2010，130 (9):2286－2294．

［20］Drongelen V，Ramdhani MA，Danso MO，et al．Knockdown of filaggrin does not affect lipid organization and composition in stratum corneum of reconstructed human skin equivalents［J］．Clin Exp Dermatol，2013，22(12):807－812．

［21］Bisgaard H，Simpson A，Palmer CN，et al．Gene－environ-ment interactionin the onset ofeczema in infancy:filaggrin loss－of－functionmutations enhanced by neonatal cat exposure［J］．PLoS Med，2008，5:e131．

［22］Cork MJ，Robinson DA，Vasilopoulos Y，et al．New perspectives onepidermal barrierdysfunction in atopic dermatitis:gene－environmentinteractions［J］．J Allergy Clin Immunol，2006，118:3－21．

［23］Otsuka A，Doi H，Egawa G，et al．Possible new therapeutic strategy to regulate atopic dermatitis through upregulating filaggrin expression［J］．J Allergy Clin Immunol，2014，133 (1):139－146．

［24］Hüffmeier U，Traupe H，Oji V，et al．Loss－of－function variants of the filaggrin gene are not major susceptibility factors for psoriasis vulgaris or psoriatic arthritis in German patients［J］．J Invest Dermatol，2007，127(6):1367－1370．

［25］Kim BE，Howell MD，Guttman E，et al．TNF－αdownregulates filaggrin and loricrin through c－Jun N－terminal kinase:Role for TNF－αAntagonists to improve skin barrier［J］．J Invest Dermatol，2011，131(6):1272－1279．

［26］Lowe S．Pemphigus vulgaris［J］．BMJ，2007，335(7630): 1152－1154．

［27］Winge MC，Hoppe T，Berne B，et al．Filaggrin genotype determines functional and molecular alterations in skin of patients with atopic dermatitis and ichthyosis vulgaris［J］．PLoS One，2011，6(12):1－8．

［28］Cifuentes L，Kiritsi D，Chen W，et al．A case of junctional epidermolysis bullosa with prurigo－like lesions and reduction of collagen XVII and filaggrin［J］．Br J Dermatol，2013，169(1):195－198．

［29］Weidinger S，Rodriguez E，Stahl C，et al．Filaggrin mutations strongly predispose to early－onset and extrinsic atopic dermatitis［J］．J Invest Dermatol，2007，127(3):724－726．

［30］Palmer CN，Irvine AD，Terron－Kwiatkowski A，et al．Common loss－of－function variants of the epidermal barrier protein filaggrin are a major predisposing factor for atopic dermatitis［J］．Nat Genet，2006，38:441－446．

［31］Irvine AD，McLean WH．Breaking the(un)sound barrier: filaggrin is a major gene for atopic dermatitis［J］．J Invest Dermatol，2006，126:1200－1202．

［32］Müller S，Marenholz I，Lee YA，et al．Association of Filaggrin loss－of－function－mutations with atopic dermatitis and asthma in the Early Treatment ofthe Atopic Child(ETAC) population［J］．Pediatr Allergy Immunol，2009，20:358－361．

［33］Van den Oord RA，Sheikh A．Filaggrin gene defects and risk of developing allergic sensitisation and allergic disorders:systematic review and metaanalysis［J］．BMJ，2009，339:b2433．

(收稿:2016－09－18修回:2016－09－27)

Update of FLG gene and related diseases

LIJinghui1，2，YOUJiabao1，2，LIUHong1，2，ZHANGFuren1，2．
1．ShandongProvincialHospitalforSkinDiseases，AffiliatedtoShandongUniversity，Jinan250022，China; 2．ShandongProvincialInstituteofDermatologyandVenereology，ShandongAcademyofMedicalSciencesJinan250022，China
Correspondingauthor:LIJinghui，E－mail:hh3903@sina．com

Filaggrin gene(FLG)，which encodes profilaggrin，is located on human chromosome1q21．3．FLG is associated with the epidermal barrier and the cell differentiation．The polymorphism of FLG gene is closely associated with atopic dermatitis，psoriasis，ichthyosis vulgaris as well as other diseases．The FLG gene and related diseases were reviewed in this article．

FLG;atopic dermatitis;psoriasis;ichthyosis vulgaris

山東省自然科學基金培養(yǎng)基金(編號:ZR2015PH040)山東省自然科學基金聯(lián)合基金(編號:ZR2014YL037)

1山東省皮膚病醫(yī)院，山東大學，濟南，250022 2山東省皮膚病性病防治研究所，山東省醫(yī)學科學院，濟南，250022

李晶輝，E－mail:hh3903@sina．com