李瑤， 孫樂棟

(南方醫(yī)科大學珠江醫(yī)院皮膚性病科，廣東 廣州 510280)

皮膚是覆蓋于人體最外層的屏障，其獨特的結(jié)構(gòu)保護人體免受外界抗原的入侵，是人體最大的器官。表皮作為皮膚的最外層，其最上層的角質(zhì)層于皮膚屏障功能的重要性不言而喻。

特應性皮炎(atopic dermatitis, AD)是一種以濕疹樣皮損、異常干燥、頑固性瘙癢為主要臨床表現(xiàn)的慢性、反復發(fā)作性、炎癥性疾病。越來越多的研究表明，皮膚屏障的改變是AD的一個重要特征，也與其發(fā)病機制有密切聯(lián)系。了解皮膚屏障的異常改變在AD發(fā)病中的作用有助于進一步確定適當?shù)钠琳闲迯筒呗浴?/p>

1 角質(zhì)層的形成

表皮細胞中，角質(zhì)形成細胞占80%以上，在分化的過程中產(chǎn)生角蛋白、黏多糖等以維持皮膚的正常滲透。經(jīng)過一系列分化過程，由最初的基底層逐漸演變到最外的角質(zhì)層，構(gòu)成了其獨特的多層結(jié)構(gòu)。角質(zhì)層(stratum corneum,SC)由角質(zhì)形成細胞經(jīng)過一系列嚴格調(diào)控的角化作用形成。在顆粒層時，角質(zhì)形成細胞產(chǎn)生角質(zhì)透明蛋白顆粒和板層體，角質(zhì)透明蛋白顆粒含有FLG、loricrin和角蛋白絲等SC的細胞內(nèi)成分，而板層體含有脂質(zhì)等SC的細胞外成分。在SC中，角質(zhì)形成細胞去核并扁平化，垂直堆積，嵌入膨脹的細胞外基質(zhì)中，此時在SC中已去核的角質(zhì)形成細胞被稱為角質(zhì)細胞，角質(zhì)細胞的細胞膜被角質(zhì)化包膜替代。板層體分泌脂質(zhì)到角質(zhì)細胞的細胞間隙中并進行填充。SC結(jié)構(gòu)常被描述為類似于磚塊和灰漿，其中角質(zhì)細胞為磚塊，細胞間脂質(zhì)層為灰漿。正常的屏障結(jié)構(gòu)一方面可以保護機體免受外界環(huán)境的有害刺激，另一方面可以阻止組織內(nèi)水分等重要成分的喪失。在AD患者的皮損及非皮損部位，角質(zhì)層結(jié)構(gòu)蛋白異常、脂質(zhì)減少、通透性增加、經(jīng)表皮水分丟失量增加而水合作用下降，皮膚屏障功能出現(xiàn)異常[1-2]。

2 關(guān)鍵結(jié)構(gòu)蛋白——絲聚蛋白在AD中表達減少

絲聚蛋白(Filaggrin, FLG)是一種結(jié)構(gòu)蛋白，是形成角化包膜和維持細胞間凝聚力的基礎[3]。絲聚合蛋白原是富含組氨酸的高度磷酸化的多肽，在顆粒層/角質(zhì)層的界面上，絲聚合蛋白原被去磷酸化并水解加工成多種絲聚蛋白單體，這些單體與角蛋白絲結(jié)合并聚集到角質(zhì)細胞骨架內(nèi)的角蛋白原纖維中，從而有助于角質(zhì)層的機械強度和完整性[4]。

FLG的分解產(chǎn)生丙氨酸、吡咯烷酮羧酸和咪唑丙烯酸等親水性氨基酸，這些天然保濕因子(natural moisturizing factor,NMFs)在維持SC的水合作用和表面pH值起著關(guān)鍵作用，也可調(diào)節(jié)與脫皮、屏障通透性和抗菌肽的產(chǎn)生有關(guān)的蛋白酶的活性[3,5]。此外，NMFs通過與角蛋白和角蛋白絲的相互作用維持皮膚的彈性[4]。因此，臨床上?？捎^察到AD患者的皮膚干燥，且柔韌性減低。FLG缺乏導致表皮pH值升高，促進絲氨酸蛋白酶活性，降解SC橋粒，抑制神經(jīng)酰胺(ceramide,CER)的產(chǎn)生，角化包膜的形成存在缺陷；還導致角質(zhì)細胞水合減少，水分過多流失，造成干燥、魚鱗狀的皮膚表現(xiàn)[6]。一個或兩個FLG等位基因的遺傳缺失或突變導致表皮FLG減少(雜合)或完全缺失(純合)[7]。在FLG-/-基因型小鼠模型中，ILC2s數(shù)量顯著增加，出現(xiàn)自發(fā)性的AD樣炎癥，并損害肺功能[8]。在中度至重度的AD病例中，大約50%歸因于FLG基因突變[9]。除了遺傳變異外，IL-4、IL-13等TH2細胞因子和外界環(huán)境因子也可下調(diào)FLG的表達。與FLG水平正常的人相比，F(xiàn)LG水平降低的人更早地出現(xiàn)AD癥狀且時間更為持久[10]。這說明了角質(zhì)層絲聚蛋白獲得性缺失在AD發(fā)病機制中的重要性[11]。

3 重要組分——脂質(zhì)在AD中的量變和質(zhì)變

CER、膽固醇及游離脂肪酸(free fat acid,FFA)是角質(zhì)層的主要脂質(zhì)。CER含量最多，是脂質(zhì)基質(zhì)的重要組成部分，有助于預防表皮水分流失。CER的數(shù)量和其鏈長對脂質(zhì)雙層結(jié)構(gòu)和皮膚屏障功能至關(guān)重要。研究表明，炎癥細胞因子降低了CER合成酶的表達。

在AD中，CER含量降低且短鏈CER比例上升[12]，這與脂質(zhì)組織異常和皮膚屏障功能下降有關(guān)。角質(zhì)層脂質(zhì)特性的變化與疾病嚴重程度相關(guān)。研究發(fā)現(xiàn)，CER鏈長變短加劇皮膚表面水分流失，對屏障功能的影響遠大于CER亞類的變化所造成的影響[13]。

同樣，F(xiàn)FA鏈的長度也影響脂質(zhì)基質(zhì)的構(gòu)象順序。長鏈脂肪酸有助于維持SC結(jié)構(gòu)，而短鏈脂肪酸則破壞脂質(zhì)晶格[14]。AD病變內(nèi)的脂質(zhì)失衡是由Th2反應誘導的延長酶的表達下調(diào)引起的，而延長酶是FA鏈延長的關(guān)鍵酶[14-15]。

FLG的分解產(chǎn)物有助于維持SC的酸性pH值，而SC的酸性pH值反過來又調(diào)節(jié)參與合成CER的各種酶的活性[7]。那么SC脂質(zhì)是否受FLG基因型的影響成為一個問題。在AD患者中，根據(jù)FLG基因進行細分，發(fā)現(xiàn)SC脂質(zhì)組成沒有顯著差異。FLG基因突變對SC脂質(zhì)沒有直接影響，而可能是通過影響絲聚蛋白表達的其他因素來間接影響SC脂質(zhì)[13]。炎癥、絲聚蛋白、SC脂質(zhì)和延長酶活性之間的相互作用還需要進一步的研究。

4 角質(zhì)化包膜在AD中的異常形成

角質(zhì)化包膜(cornified envelope，CE)是一種堅韌的蛋白質(zhì)脂質(zhì)聚合物屏障結(jié)構(gòu)，形成于細胞質(zhì)膜下方，位于角質(zhì)細胞的表面[16]。它由高度交聯(lián)的不溶性蛋白和附著在其上的細胞外脂質(zhì)組成，是SC的一個重要物理屏障。細胞內(nèi)Ca2+的增加會誘導表皮角質(zhì)細胞的終末分化，其主要靶標是谷氨酰胺轉(zhuǎn)胺酶(TGase)。隨著細胞內(nèi)Ca2+水平的升高，角質(zhì)形成細胞產(chǎn)生envoplakin、periplakin和involucrin等蛋白，并通過TG1和TG5相互交聯(lián)，同時為角蛋白絲和橋粒蛋白提供結(jié)合位點，增強了角質(zhì)細胞的機械強度。此外，來自顆粒層的loricrin和富含脯氨酸的小蛋白家族，通過谷氨酰胺轉(zhuǎn)胺酶等的作用，最終與角質(zhì)化包膜中的involucrin支架緊密交聯(lián)，進一步增強了CE的機械穩(wěn)定性。除了envoplakin、periplakin、involucrin、 loricrin和角蛋白絲等相關(guān)蛋白，TG1還將細胞外神經(jīng)酰胺等脂質(zhì)結(jié)合到involucrin的支架上[16-17]。

編碼CE蛋白的基因聚集在位于1q21號染色體上的表皮分化復合體(epidermal differentiation complex,EDC)中[18]。EDC基因包括S100A家族、loricrin、involucrin、SPRR角化包膜前體蛋白家族和S100融合型蛋白[16]。多數(shù)EDC基因顯示出高度同源的序列相似性，表明CE由“冗余”機制組成，即一個EDC蛋白的缺失可以由其他蛋白表達的增加來進行補償[18]。編碼envoplakin、periplakin、 involucrin等基因的單基因敲除小鼠沒有表現(xiàn)出任何異常的表皮表型。這三個基因的三重敲除導致角質(zhì)化包膜的超微結(jié)構(gòu)異常、脂質(zhì)含量下降、蛋白酶的表達降低，使表皮屏障功能缺陷[19]。在特應性皮炎中，角化包膜蛋白的表達發(fā)生改變，如involucrin和loricrin，以及S100蛋白的表達減少。SPRR3是一種CE前體蛋白，在AD皮損中表達減少，其可能通過改變角質(zhì)化包膜支架，損害脂質(zhì)，使角質(zhì)化包膜變薄。SPRR3 的mRNA水平下降與AD的早期發(fā)作有關(guān)，AD病程較重的患者病灶皮膚的SPRR3蛋白水平低于病程較輕的AD患者[17]。結(jié)構(gòu)研究表明，特應性皮炎的SC內(nèi)聚性差，不僅與SPRR缺陷有關(guān)，還與其他幾個CE前體缺陷有關(guān)。

5 SC的脫屑過程及其相關(guān)調(diào)控蛋白在AD中活性異常

在SC的表層，角質(zhì)細胞不斷脫落，這種現(xiàn)象被稱為脫屑。細胞角質(zhì)化和脫屑的過程必須相互協(xié)調(diào)進行，以維持適當?shù)腟C厚度。這種連續(xù)不斷的脫落過程有助于清除有害微生物或傳染性病毒。角質(zhì)層中膽固醇硫酸鹽對角質(zhì)細胞脫屑有重要作用，過量的膽固醇硫酸鹽抑制脫屑而其水解則促進脫屑。其次，多種蛋白酶參與調(diào)控角質(zhì)細胞脫屑這一過程，它們分解連接角質(zhì)細胞的角化橋粒，從而使角化細胞從皮膚表面脫落，其中主要的蛋白酶是激肽釋放酶相關(guān)肽酶(kallikrein-related peptidase,KLK)。KLK除了分解角化橋粒鈣黏蛋白使角質(zhì)細胞脫落，還可激活蛋白酶激活受體-2，加重皮膚炎癥[20-21]。

KLK受表面pH值的影響，其活性隨表面pH值的升高而增強，同時，KLK的酶活性也受蛋白酶抑制劑的嚴格調(diào)控，如SPINK5基因編碼的絲氨酸蛋白酶抑制劑(LEKTI)。KLK和LEKTI儲存在板層體中，從顆粒層逐漸釋放到角質(zhì)層細胞間質(zhì)中相互作用。在英國和亞洲人群中，SPINK5基因多態(tài)性與AD存在顯著的相關(guān)性[22-23]。部分AD患者存在SPINK5基因突變導致LEKTI缺失，KLK5、KLK7活性增強，表皮過度脫落。在SPINK5基因敲除小鼠的SC中發(fā)現(xiàn)KLK5活性升高，CDSN降解增加，小鼠表皮屏障功能缺陷[24]。蛋白酶及其抑制劑共同作用維持著表皮角質(zhì)層正常的脫屑過程，進而保護了表皮屏障的動態(tài)平衡狀態(tài)[25]。

6 AD皮膚微生物區(qū)的生態(tài)紊亂

皮膚為各種微生物提供了生態(tài)位，通過Th17細胞免疫反應和抗菌肽(antimicrobial peptides,AMPs)的分泌來滋養(yǎng)共生菌群并阻止病原菌的生長，多種微生物的相互平衡可以維持皮膚的正常狀態(tài)[26]。皮膚微生物的生態(tài)失衡是AD的一個標志。AD患者皮膚細菌的多樣性隨著金黃色葡萄球菌的增加和表皮葡萄球菌的減少而降低[27]。皮膚微生物區(qū)的這種變化可能與皮膚保護機制的缺陷有關(guān)。

AMPs在皮膚免疫防御系統(tǒng)中有重要意義，可直接殺傷病原體、促進傷口愈合、細胞分化和再上皮化，調(diào)節(jié)宿主的炎癥反應，與皮膚菌群協(xié)同相互作用，在維持皮膚屏障功能方面起著至關(guān)重要的作用[28]。皮膚中AMP的主要細胞來源是角質(zhì)形成細胞、肥大細胞、嗜中性粒細胞、皮脂腺細胞和外分泌腺的上皮細胞，構(gòu)成了主要的抗菌防御機制。其中HBD-2和IL-37是主要的AMP，具有廣譜抗菌活性[29]。在特應性皮炎的皮膚病灶處，角質(zhì)形成細胞內(nèi)抗菌肽的產(chǎn)生是受抑制的[29]。與cathelin相關(guān)抗菌肽的敲除小鼠表現(xiàn)出通透性屏障恢復的延遲[30]。

AD患者皮膚的AMP生成量顯著降低，Nomura等[31]提出AMP的減少是由Th2細胞因子IL-4和IL-13對其的抑制作用引起。AMP的減少降低了AD患者皮膚屏障的抗菌功能，導致皮膚對金黃色葡萄球菌等致病菌的敏感性增加[32]。而金黃色葡萄球菌產(chǎn)生的絲氨酸蛋白酶能夠消化上皮屏障，釋放腸毒素，并誘導促炎細胞因子如IL-4、IL- 12和IL-22的分泌，導致AMP水平的進一步下降[10,33]。

除了金黃色葡萄球菌的高定植率外，AD患者還容易并發(fā)皮膚的病毒性感染。LL-37是皮膚中一種重要的AMP，具有抗病毒活性[34]。LL-37缺陷的小鼠皮膚中HSV-2的復制活躍[35]。在AD患者中，LL-37水平越低的患者越容易并發(fā)皰疹性皮疹[36]。此外，馬拉色菌感染也容易發(fā)生于AD患者[37]。

除了抗菌肽的減少外，皮膚表面pH值升高，F(xiàn)FA、神經(jīng)酰胺代謝物和鞘氨醇等抗菌活性物質(zhì)的減少也使AD患者皮膚感染的風險增高。

7 結(jié)語

特應性皮炎發(fā)病機制復雜，涉及免疫、環(huán)境和遺傳等多方面因素。其中，皮膚屏障功能異常與AD的發(fā)病有密不可分的關(guān)系，也是AD發(fā)病的研究熱點之一。FLG等蛋白表達的異常、細胞間脂質(zhì)含量的下降、角質(zhì)化包膜的異常結(jié)構(gòu)和角質(zhì)細胞的反常脫落都可以引起表皮角質(zhì)層屏障功能的變化，進而引發(fā)或促進AD的發(fā)生和發(fā)展。深入了解表皮角質(zhì)層屏障功能在AD中的作用可為今后的研究和治療提供新的思路。