王嵐琦 鞠強
200127上海交通大學醫(yī)學院附屬仁濟醫(yī)院皮膚科
·綜述·
玫瑰痤瘡發(fā)生的免疫學研究進展
王嵐琦 鞠強
200127上海交通大學醫(yī)學院附屬仁濟醫(yī)院皮膚科
玫瑰痤瘡是一種常見的累及面部的慢性炎癥性皮膚病,臨床表現為面中部突出區(qū)短暫紅斑或持續(xù)性紅斑(3個月以上)、丘疹、膿皰及血管擴張,皮疹有明顯散發(fā)于口周傾向。常見的臨床分型為紅斑毛細血管擴張型(erythematotelangiectatic rosacea,ETR),丘疹膿皰型(papulopustular rosacea,PPR),肥大增生型(phymatous rosacea,PhR)和眼型(ocular)[1]。導致玫瑰痤瘡的病因及發(fā)病機制尚未完全明了,內源性因素如遺傳背景、皮膚屏障功能破壞、神經血管失調及免疫失衡等參與疾病的發(fā)生發(fā)展;此外,環(huán)境因素也與玫瑰痤瘡密切相關,已知明確的誘發(fā)因素有紫外線、酒精、辛辣刺激、冷熱、表皮毛囊蠕螨等。在內外因素共同作用下,圍繞皮膚血管發(fā)生免疫及炎癥反應是玫瑰痤瘡發(fā)生的主線[2]。
病原體識別受體識別病原體相關分子模式或損傷相關分子模式。Toll樣受體(Toll-like receptor,TLR)是病原體識別受體家族中重要的組成部分,皮膚細胞主要表達TLR2和TLR4,尤其是TLR2被發(fā)現在多種皮膚細胞如角質形成細胞等表面表達[3],近年來證實TLR在玫瑰痤瘡的發(fā)生中起重要作用。Cathelicidin是一種重要的抗菌肽,它在脊椎動物中高度保守,一些哺乳動物有多種cathelicidin基因,在人類CAMP是僅有編碼cathelicidin的基因,它編碼相對分子質量18 000 hCAP18的前蛋白[4]。通過KLK-5水解作用,無活性的hCAP18轉化為有活性的LL37[5]。LL37的促炎和促血管生成作用[6]均與玫瑰痤瘡發(fā)生相關。TLR和抗菌肽均有雙重作用,一方面抗病原微生物感染保護機體[7],另一方面其活化后產生的細胞因子、趨化因子及招募的免疫細胞促進機體的炎癥反應[8]。兩種作用的失衡導致疾病的發(fā)生、加重。同時TLR2過度活化促進LL37的表達上調,活性加強,進一步加重免疫失衡,導致玫瑰痤瘡的發(fā)生[9-10]。
1.Toll樣受體(Toll-like receptor,TLR):玫瑰痤瘡患者皮損處角質形成細胞表面高表達TLR2[11]。臨床常見的玫瑰痤瘡誘發(fā)因素如紫外線、冷熱、酒精、辛辣食物等均可誘發(fā)內質網應激及活化未折疊蛋白反應[12],內質網應激可通過轉錄因子(ATF4)促進TLR2的表達[13]。另一方面,紫外線將維生素D轉化為其活性形式,上調TLR2 mRNA表達[14],這可以解釋玫瑰痤瘡好發(fā)于暴露在紫外線下的面部。長期外用糖皮質激素藥膏導致紅斑、毛細血管擴張等類似玫瑰痤瘡的皮疹,這種現象也可能與TLR2的表達相關。有研究提示,糖皮質激素自身或協(xié)同腫瘤壞死因子α(TNF-α)或痤瘡丙酸桿菌能強烈誘導人原代角質形成細胞表面TLR2的表達[15]。表皮毛囊蠕螨的感染密度在玫瑰痤瘡患者皮損中增高,毛囊蠕螨中分離出的奧列倫芽孢桿菌是TLR2強有力的激活物[8],82.6%的紅斑毛細血管擴張型玫瑰痤瘡患者血清對奧列倫芽孢桿菌蛋白(相對分子質量62 000、83 000)發(fā)生免疫應答,而正常人僅有26.9%。同時免疫反應呈陽性的患者面部毛囊蠕螨密度高于正常人[16]。
TLR2活化后,促進角質形成細胞分泌細胞因子和趨化因子如TNF-α、白細胞介素1β(IL-1β)、白細胞介素8(IL-8)等[8],IL-8趨化白細胞聚集至皮膚[17],這與玫瑰痤瘡患者皮損處大量白細胞浸潤的病理特點相吻合;IL-1β和TNF-α促進血管內皮生長因子(VEGF)表達[18],可解釋玫瑰痤瘡患者的血管高反應性。TLR2還參與NOD樣受體家族蛋白3(NOD-like receptor protein3,NLRP3)炎癥小體的活化[8],介導IL-1β釋放和后續(xù)的炎癥反應,促進玫瑰痤瘡患者皮疹發(fā)生。TLR2激活后通過維生素D途徑上調表皮絲氨酸蛋白酶(KLK-5)的表達[11],同時TLR2活化后導致鈣內流,促進鈣依賴性KLK-5釋放[14]。KLK-5參與抗菌肽cathelicidin翻譯后修飾,將無活性的抗菌肽前體轉化為有活性的LL37[5],參與玫瑰痤瘡發(fā)生。
2.抗微生物肽LL37:抗菌肽主要由皮膚角質形成細胞產生,保護機體對抗多種病原體感染(如細菌、真菌、病毒等)[4]。一方面LL37產生趨化因子誘導白細胞、單個核細胞、T細胞局部聚集[19],另一方面,LL37通過激活表皮生長因子受體(EGFR),進而活化VEGF,導致血管增生擴張及炎癥介質外滲[20]。因此LL37不僅具有抗菌活性,也兼具“報警”功能,這使得其在皮膚固有免疫中具有重要作用[21]。
研究發(fā)現,LL37在玫瑰痤瘡患者皮損處不僅大量表達,而且呈現出更大分子量模式,表面增強激光解吸電離飛行時間質譜檢查顯示,玫瑰痤瘡患者皮損處LL37在3 000~3 500 M/Z、4 500 M/Z處均出現特異性肽段峰值,而正常人皮膚在此區(qū)段則無顯示[11]。LL37多肽皮下注入BALB/c小鼠可誘導出類似玫瑰痤瘡的皮損和病理變化,如毛細血管擴張、紅斑及炎癥。但是在CAMP基因敲除的小鼠中并不能再誘導出皮膚炎癥[11]。
人角質形成細胞中LL37的過度表達與維生素D途徑[22]、內質網應激[23]、TLR2活化等多種信號通路相關[9-10]??咕腸athelicidin基因CAMP啟動子區(qū)存在維生素D反應原件(vitamin D responsive element,VDRE),活性維生素D與受體結合后“打開”CAMP啟動子區(qū)VDRE,促進cathelicidin的表達[22]。紫外線照射活化維生素D通路進一步增加cathelicidin的表達,或許是玫瑰痤瘡好發(fā)面部的原因[14]。除此之外,玫瑰痤瘡的多種誘發(fā)因素均可引起內質網應激,通過下游NF-kB-C/EBPα信號通路上調抗菌肽cathelicidin的表達[23]。TLR2活化后通過下游MyD88-ASK1激活絲裂原活化蛋白激酶p38也促進LL37的表達[9-10]。
因此,天然免疫在玫瑰痤瘡發(fā)病中起到關鍵作用,在外界環(huán)境因素刺激下,表皮角質形成細胞中KLK-5表達及活性上調,促進具有生物活性LL37的產生,同時TLR2的活化進一步放大了該過程。
1.T細胞:組織病理研究顯示,玫瑰痤瘡患者皮損處T細胞浸潤,以CD4+T細胞為主[24-25],在疾病的不同階段細胞浸潤數量不同,丘疹膿皰型患者皮損中CD4+T細胞比例高于紅斑毛細血管擴張型和肥大增生型。轉錄組研究顯示,玫瑰痤瘡患者皮損中Th1細胞和Th17細胞相關轉錄因子及細胞因子基因轉錄上調,Th1相關轉錄因子STAT1及細胞因子IFNG、細胞受體IL12R1、CCR5與Th17相關細胞因子IL-22、趨化因子CCL20、細胞受體CD8A mRNA水平明顯上升(PPR>PhR>ETR)。免疫組化結果與之相符。趨化因子CCR5、CCL20可以吸引更多的Th1、Th17細胞聚集在皮損處。IL-17A作為Th17重要的細胞因子,在玫瑰痤瘡患者皮損處高表達,強有力地刺激LL37的產生[26],同時通過VEGF促血管生成[27]。
轉錄組和免疫組化研究并沒有發(fā)現Th2和調節(jié)性T細胞(Treg)相關細胞因子及細胞受體上調[25]。這是否說明玫瑰痤瘡中參與炎癥反應的主要是Th1和Th17細胞,還需要進一步研究驗證。
2.B細胞/漿細胞:轉錄組研究顯示,在丘疹膿皰型和肥大增生型患者皮損處B細胞相關基因CD20、PAX5、CD24基因有所上升。CD20免疫組化染色僅在紅斑毛細血管擴張中可見,但同正常對照相比并無統(tǒng)計學意義。而表達于漿細胞表面的CD79+在紅斑毛細血管擴張型、丘疹膿皰型和肥大增生型患者中均有表達,在肥大增生型中呈強陽性染色,這與轉錄組學中高達170倍增加的免疫球蛋白輕/重鏈表達一致[25]。但可以產生抗體的漿細胞在玫瑰痤瘡發(fā)病中究竟起到何作用還有待進一步研究。
值得注意的是,CD4+T細胞、B細胞、漿細胞僅在丘疹膿皰型和肥大增生型中高表達,這是否提示這兩型玫瑰痤瘡的發(fā)病過程中獲得性免疫不可或缺,還需要進一步研究明確。
綜上所述,免疫(包括天然免疫與獲得性免疫)在玫瑰痤瘡的發(fā)生機制中起重要作用。玫瑰痤瘡患者對環(huán)境刺激敏感,多種誘發(fā)因素(如紫外線、冷熱、酒精等)可能通過維生素D途徑或激活內質網應激誘導抗菌肽cathelicidin的表達,上調KLK5的表達和酶活性,促進具有生物學活性LL37的產生。TLR2信號通路可協(xié)同促進這一過程。LL37一方面通過EGFR促血管生成,另一方面通過趨化炎癥細胞產生促炎作用。這兩種作用共同導致皮膚出現紅斑、毛細血管擴張、丘疹、膿皰等表現。天然免疫的激活導致后續(xù)獲得性免疫活化,Th1/Th17途徑參與其中,而漿細胞是否參與疾病的發(fā)生還需要進一步深入研究。這一過程不是單向的,而是形成了免疫環(huán)路,炎癥反應不斷放大,最終導致玫瑰痤瘡的發(fā)生發(fā)展。
[1]Two AM,Wu W,Gallo RL,et al.Rosacea:part I.Introduction,categorization,histology,pathogenesis,and risk factors[J].J Am Acad Dermatol,2015,72(5):749-758;quiz 759-760.DOI:10.1016/j.jaad.2014.08.028.
[2]Woo YR,Lim JH,Cho DH,et al.Rosacea:molecular mechanisms and management of a chronic cutaneous inflammatory condition[J].Int J Mol Sci,2016,17(9):pii:E1562.DOI:10.3390/ijms17091562.
[3]Liu Y,Yin H,Zhao M,et al.TLR2 and TLR4 in autoimmune diseases:a comprehensive review[J].Clin Rev Allergy Immunol,2014,47(2):136-147.DOI:10.1007/s12016-013-8402-y.
[4]Gallo RL,Ono M,Povsic T,et al.Syndecans,cell surface heparan sulfate proteoglycans,are induced by a proline-rich antimicrobial peptide from wounds[J].Proc Natl Acad Sci U S A,1994,91(23):11035-11039.
[5]Yamasaki K,Schauber J,Coda A,et al.Kallikrein-mediated proteolysis regulates the antimicrobial effects of cathelicidins in skin[J].FASEB J,2006,20(12):2068-2080.DOI:10.1096/fj.06-6075com.
[6]Yamasaki K,Gallo RL.Rosacea as a disease of cathelicidins and skin innate immunity[J].J Investig Dermatol Symp Proc,2011,15(1):12-15.DOI:10.1038/jidsymp.2011.4.
[7]Oliveira-Nascimento L,Massari P,Wetzler LM.The role of TLR2 in infection and immunity[J].Front Immunol,2012,3:79.DOI:10.3389/fimmu.2012.00079.
[8]Casas C,Paul C,Lahfa M,et al.Quantification ofDemodex folliculorumby PCR in rosacea and its relationship to skin innate immune activation[J].Exp Dermatol,2012,21(12):906-910.DOI:10.1111/exd.12030.
[9]Li X,Jiang S,Tapping RI.Toll-like receptor signaling in cell proliferation and survival[J].Cytokine,2010,49(1):1-9.DOI:10.1016/j.cyto.2009.08.010.
[10]Sayama K,Komatsuzawa H,Yamasaki K,et al.New mechanisms ofskin innate immunity:ASK1-mediated keratinocyte differentiation regulates the expression of beta-defensins,LL37,and TLR2.Eur J Immunol,2005,35(6):1886-1895.
[11]Yamasaki K,Kanada K,Macleod DT,et al.TLR2 expression is increased in rosacea and stimulates enhanced serine protease production by keratinocytes[J].J Invest Dermatol,2011,131(3):688-697.DOI:10.1038/jid.2010.351.
[12]Melnik BC.Endoplasmic reticulum stress:key promoter of rosacea pathogenesis[J].Exp Dermatol,2014,23(12):868-673.DOI:10.1111/exd.12517.
[13]Shimasaki S,Koga T,Shuto T,et al.Endoplasmic reticulum stress increases the expression and function of toll-like receptor-2 in epithelial cells[J].Biochem Biophys Res Commun.,2010,402(2):235-240.DOI:10.1016/j.bbrc.2010.09.132.
[14]Morizane S,Yamasaki K,Kabigting FD,et al.Kallikrein expression and cathelicidin processing are independently controlled in keratinocytes by calcium,vitamin D(3),and retinoic acid[J].J Invest Dermatol,2010,130(5):1297-1306.DOI:10.1038/jid.2009.435.
[15]ShibataM,KatsuyamaM,OnoderaT,etal.Glucocorticoidsenhance Toll-like receptor 2 expression in human keratinocytes stimulated withPropionibacterium acnesor proinflammatory cytokines[J].J Invest Dermatol,2009,129(2):375-382.DOI:10.1038/jid.2008.237.
[16]Jarmuda S,McMahon F,Zaba R,et al.Correlation between serum reactivity toDemodex-associatedBacillus oleroniusproteins,and altered sebum levels andDemodexpopulations in erythematotelangiectatic rosacea patients[J].J Med Microbiol,2014,63(Pt 2):258-262.DOI:10.1099/jmm.0.065136-0.
[17]Mukaida N,Harada A,Matsushima K.Interleukin-8(IL-8)and monocyte chemotactic and activating factor(MCAF/MCP-1),chemokines essentially involved in inflammatory and immune reactions[J].Cytokine Growth Factor Rev,1998,9(1):9-23.
[18]Maloney JP,Gao L.Proinflammatory cytokines increase vascular endothelial growth factor expression in alveolar epithelial cells[J].Mediators Inflamm,2015,2015:387842.DOI:10.1155/2015/387842.
[19]De Yang,Chen Q,Schmidt AP,et al.LL-37,the neutrophil granule-and epithelial cell-derived cathelicidin,utilizes formyl peptide receptor-like 1(FPRL1)as a receptor to chemoattract human peripheral blood neutrophils,monocytes,and T cells[J].J Exp Med,2000,192(7):1069-1074.
[20]Kittaka M,Shiba H,Kajiya M,et al.Antimicrobial peptide LL37 promotes vascular endothelial growth factor-A expression in human periodontal ligament cells[J].J Periodontal Res,2013,48(2):228-234.DOI:10.1111/j.1600-0765.2012.01524.x.
[21]Li N,Yamasaki K,Saito R,et al.Alarmin function of cathelicidin antimicrobial peptide LL37 through IL-36γ induction in human epidermal keratinocytes[J].J Immunol,2014,193(10):5140-5148.DOI:10.4049/jimmunol.1302574.
[22]Antal AS,Dombrowski Y,Koglin S,et al.Impact of vitamin D3 on cutaneous immunity and antimicrobial peptide expression[J].Dermatoendocrinol,2011,3(1):18-22.DOI:10.4161/derm.3.1.14616.
[23]Park K,Elias PM,Shin KO,et al.A novel role of a lipid species,sphingosine-1-phosphate,in epithelial innate immunity[J].Mol Cell Biol,2013,33(4):752-762.DOI:10.1128/MCB.01103-12.
[24]Brown TT,Choi EY,Thomas DG,et al.Comparative analysis of rosacea and cutaneous lupus erythematosus:histopathologic features,T-cell subsets,and plasmacytoid dendritic cells[J].J Am Acad Dermatol,2014,71(1):100-107.DOI:10.1016/j.jaad.2014.01.892.
[25]Buhl T,Sulk M,Nowak P,et al.Molecular and morphological characterization of inflammatory infiltrate in rosacea reveals activation of Th1/Th17 pathways[J].J Invest Dermatol,2015,135(9):2198-2208.DOI:10.1038/jid.2015.141.
[26]Sakabe J,Umayahara T,Hiroike M,et al.Calcipotriol increases hCAP18 mRNA expression but inhibits extracellular LL37 peptide production in IL-17/IL-22-stimulated normal human epidermal keratinocytes[J].Acta Derm Venereol,2014,94(5):512-516.DOI:10.2340/00015555-1775.
[27]Gerber PA,Buhren BA,Steinhoff M,et al.Rosacea:the cytokine and chemokine network[J].J Investig Dermatol Symp Proc,2011,15(1):40-47.DOI:10.1038/jidsymp.2011.9.
鞠強,Email:qiangju401@sina.com
國家自然科學基金(81472894、81502718)
10.3760/cma.j.issn.0412-4030.2017.03.018
2016-12-14)
(本文編輯:顏艷)