廖 倩，于春水，汪瀚文

1 皮肤屏障

皮肤是人体内最大的器官，总重量大约占个体体重的16%，也是抵御外界不良因素侵扰的第一道防线。Kabashima-Kubo等[1]的研究表明，皮肤屏障不仅阻止了病原体的入侵，而且对角质层、角质形成细胞结构组成及免疫细胞抗原的介导进行了整合。皮肤屏障在防御外界有害因素损伤及维持内环境稳态中起重要作用，包括物理屏障、色素屏障、神经屏障和免疫屏障等。其中90%的皮肤屏障功能依靠角质层形成，角质层屏障的主要成分是角质层及其角质包膜（砖泥）和细胞间的脂质双分子层（灰泥）。“砖墙-灰泥模型”（brick and mortar）是现在公认的表皮角质层屏障结构模型，同时覆盖在这层模型之外还有一层水脂膜（hydro-lipid fi lm），与砖墙结构共同构成了皮肤的物理性屏障。Addor[2]研究认为角质层具有活跃的新陈代谢和自我调节能力，对激发炎症反应中的角质形成细胞、血管生成、纤维素增生起到调节的作用，调节作用的大小主要取决于刺激的强度。

2 角质层（stratum corneum，SC）

2.1 角质形成细胞

角质层具有独特的多层结构，是由角质形成细胞通过核分裂、分化、退化直至消失，经由基底层、棘细胞层、颗粒细胞层、透明层（仅见于掌跖等表皮较厚部位），最后形成无生命的角质形成细胞。角质形成细胞呈叠瓦状垂直分布，有效阻止细胞外基质过度伸展，减少了皮肤水分的丢失。细胞外Ca2+的浓度有利于角质形成细胞的分化和增殖，且兜甲蛋白（loricrin，LOR）、内披蛋白（involucrin，IVL）、丝聚合酶原（pro fi laggrin，pFLG）的表达与胞外Ca2+浓度也密切相关[3]。

2.2 角蛋白

角蛋白是表皮的主要结构蛋白，也是角质形成细胞的标志成分。角蛋白不同阶段的表达代表了表皮细胞分化的不同阶段，表达随表皮向终末分化的过程而改变。表皮基底层是未分化的细胞，具有分裂增殖能力，表达特异性角蛋白5/14（即K5 /K14），而当细胞上升至棘细胞层即可发现特异性分化蛋白K1 /K10 的表达。Roth等[4]在研究中发现，通过调节小鼠皮肤K1与K10的缺失，从而增加角化包膜（corni fi ed envelope，CE）的易脆性而影响皮肤屏障功能。在表皮层缺乏K1与缺乏K10的小鼠组别中，缺乏K1的组别中出现了小鼠围产儿死亡；即使小鼠的皮肤屏障是完整的，但缺乏K1的小鼠会出现经表皮水分丢失（trans epidermal water loss，TEWL）上升，提示皮肤屏障功能受损。Choate等[5]研究在K1中确认了一新的基因突变，和先天性网状鱼鳞病样红皮病（congenital reticular ichthyosiform erythroderma，CRIE，也称ichthyosis with confetti，IWC）导致的K10突变类似，K1的突变导致丝聚体碳末端的框移突变，该多肽链30位点氨基酸残基取代了碳末端22位点的氨基酸；突变的K1导致了细胞质中丝状体网坍塌并错置于胞核中。与K10突变导致CRIE一样，K1突变的逆转需要通过有丝分裂重组。由于此突变逆转（回复突变）未见于其他致病性角蛋白变异，作者的研究结果表明K1和K10丝状体碳末端框移突变在CRIE回复性突变嵌合体中高频出现。

3 角化包膜

CE也称交叉连接膜、边缘带以及周边带，它的形成标志着角质形成细胞分化的终末产物——角质形成细胞的产生，是表皮作为一种防御屏障的基础。CE主要由丝聚合蛋白（ fi laggrin，FLG）、IVL、LOR等构成，这些蛋白广泛交叉连接，并受到角质形成细胞转谷氨酰胺酶（transglutaminase keratinocyte，TGK/TG1）的调节。CE相关蛋白的形成与角质形成细胞的增生和分化密切相关，只有当前者的正常基因编码表达和后者之间达到精准平衡，表皮才能正常形成并角质化[3]。2012年Yoneda等[6]发现丝聚合酶原氮端结构域（pro fi laggrin N-terminal domain，PND）的表达与角质形成细胞的终末分化密切相关；在活的有机体内PND和LOR与K10相互作用，这些作用可能与CE和皮肤屏障的形成有关。

3.1 角质形成细胞转谷氨酰胺酶

转谷氨酰胺酶（transglutaminase，TG）目前在人类中发现的有8种类型，是一组Ca2+结合及Ca2+依赖性酶。其中TG1（或者角质形成细胞TG，TGK)、TG2（或者组织TG，TGC）、TG3（或者表皮TG，TGE）、TG5（或者TGX）存在于表皮及其附属器及鳞状复层上皮组织。TGK在正常表皮中仅分布于棘细胞层的中上部直至角质层的起始, 在FLG 的参与下催化角质套膜蛋白如IVL、包绕角蛋白纤维束, 组成表皮特异的角质层屏障结构。Liu等[7]发现，2,3,7,8-四氯二苯并二恶英（2,3,7,8-tetrachlorodibenzo-p-dioxin，TCDD）可以通过上调TGK而刺激表皮的分化。

3.2 丝聚合蛋白

FLG又称为微丝凝聚蛋白，主要存在于表皮颗粒层和透明层，由表皮颗粒层的透明角质颗粒中无活性的pFLG经一些特异性磷酸酶和蛋白酶催化转化而来。它可以和角蛋白中间丝蛋白互相作用，聚集成角蛋白纤维束，从而形成最外层角质形成细胞的扁平支架结构。到目前为止，亚洲和欧洲已发现大约40个FLG 突变位点，且它具有明显的地域性和种群性。Gutowska-Owsiak等[8]认为，白细胞介素（IL）-17A下调了FLG的表达和细胞黏附相关的基因。Batista等[9]研究发现在成人特应性皮炎（atopic dermatitis，AD）中，不仅观察到FLG和紧密连接蛋白1（claudin，CLD）的表达下降，而且发现FLG的表达和疾病的严重程度呈负相关。Kabashima-Kubo等[1]发现，在AD患者中，高浓度的IgE组比低浓度组更易引起FLG的突变；由于FLG的减少或缺失引起的皮肤屏障功能障碍，可能会导致经皮肤引起的过敏反应增加。Thomsen等[10]在异卵双生双胞胎中发现，携带FLG突变基因胎儿比不携带此等位基因胎儿更易患AD。根据基于亚洲人群（包括韩国人、日本人、中国人、新加坡华人）的FLG基因突变谱回顾分析发现：诸如p.R501*、c.3321delA、 p.S1515*、p.S3296*和 p.K4022*FLG等突变普遍均能在至少2个上述人群中发现，而FLG基因无义突变罕见于上述各人群[11]。

3.3 内披蛋白

IVL主要表达于棘细胞层上部与颗粒层，是角质形成细胞分化的标志性蛋白，位于CE的外层，与含有-OH的神经酰胺共价结合，由此将脂质基质和角化细胞连接起来而发挥作用。Theerawatanasirikul等[12]发现了在犬类皮肤中依赖于互补DNA（complementary deoxyribonucleic acid，cDNA）序列来衡量表达产物的4种特定基因引物，即IVL、FLG、K10、K5，这一系列引物的探索，有利于更深层次分子研究犬类皮肤疾病的mRNA和蛋白的定量测定，并且此研究是关于正常犬类皮肤CE基因表达和免疫组化相关性的首篇报道[3]。

Moravcová等[13]发现，在中波紫外线（ultraviolet radiation b，UVB）照射的角质形成细胞中，会引起K1和K10表达增加及IVL减少。Gnanaraj等[14]发现在银屑病中，丙硫氧嘧啶(propylthiouracil，PTU）不仅可以通过调节使过度表达的IVL下降，还可以调节过早成熟的IVL。在银屑病患者的角质形成细胞中，IVL是上升的；而无论是银屑病患者或正常角质形成细胞中，IL-13、IL-17A、内皮素-1、肿瘤坏死因子-α、干扰素-γ均能升高IVL水平[15]。IVL表达异常与对称性肢端角化病（symmetrical acrokeratoderma，SAK）、板层状鱼鳞病（lamellar ichthyosis）等有关。

3.4 兜甲蛋白

LOR主要表达于颗粒层与角质层，是最终分化的CE的主要构成成分，大约占其蛋白量的80%。Ishitsuka等[16]研究发现，后期角化包膜蛋白1（late corni fi ed envelope 1 protein）可以通过用免疫电子显微镜来定位敲除LOR的细胞包膜，而被当作互补成分，同时也发现后期角化包膜基因1可以使皮肤中敲除LOR小鼠的核因子NF-E2相关因子2（nuclear factor erythroid 2 related factor 2，Nrf2）转录水平上升。在AD患者中可能由于病变程度与选取皮损部位的不同，关于IVL和LOR的表达研究结论也并不相同[17]。 2012年Kawachi等[18]发现通过蛋白免疫印迹（Western blotting）分析得出与未分化的角质形成细胞相比，转录因子GATA-3（GA-TA-binging protein-3）在分化的角质细胞中含量更高；共转染实验发现GATA-3和基因c-fos与 sp1通过互助的方式正性调节角质形成细胞分化中LOR的基因转录。有研究发现LOR的异常表达在口腔黏膜下纤维化颊黏膜（oral submucous fi brosis，OSF）发生发展和癌变过程中可能发挥了重要作用[19]。LOR基因突变所致的皮肤病有火棉胶婴儿、进行性对称性红斑角化症（symmetrical progressive erythrokeratoderma，PSEK）及变异性残毁性掌跖角化症（Vohwinkel syndrome，VS）等；LOR表达异常的皮肤病有AD、银屑病等。

4 结语

本文主要对皮肤屏障的分化蛋白做一综述，随着对各种分化蛋白研究的进一步了解，能对皮肤屏障有更深入认识。

【参 考 文 献】

[1] Kabashima-Kubo R, Nakamura M, Sakabe J, et al. A group of atopic dermatitis without IgE elevation or barrier impairment shows a high Th1 frequency: possible immunological state of the intrinsic type [J].J Dermatol Sci, 2012, 67(1):37-43.

[2] Addor FA. Skin barrier in rosacea [J]. An Bras Dermatol, 2016,91(1):59-63.

[3] 胡珍, 于春水. 皮肤屏障功能的研究进展 [J]. 中华临床医师杂志(电子版), 2013, 7(7):3101-3103.

[4] Roth W, Kumar V, Beer HD, et al. Keratin 1 maintains skin integrity and participates in an inflammatory network in skin through interleukin-18 [J]. J Cell Sci, 2012, 125(pt 22):5269-5279.

[5] Choate KA, Lu Y, Zhou J, et al. Frequent somatic reversion of KRT1 mutations in ichthyosis with confetti [J]. J Clin Invest, 2015,125(4):1703-1707.

[6] Yoneda K, Nakagawa T, Lawrence OT, et al. Interaction of the profilaggrin N-terminal domain with loricrin in human cultured keratinocytes and epidermis [J]. J Invest Dermatol, 2012,132(4):1206-1214.

[7] Liu J, Zhang CM, Coenraads PJ, et al. Abnormal expression of MAPK, EGFR, CK17 and TGk in the skin lesions of chloracne patients exposed to dioxins [J]. Toxicol Lett, 2011, 201(3):230-234.

[8] Gutowska-Owsiak D, Schaupp AL, Salimi M, et al. IL-17 downregulates filaggrin and affects keratinocyte expression of genes associated with cellular adhesion [J]. Exp Dermatol, 2012,21(2):104-110.

[9] Batista DI, Perez L, Orfali RL, et al. Pro fi le of skin barrier proteins( fi laggrin, claudins 1 and 4) and Th1/Th2/Th17 cytokines in adults with atopic dermatitis [J]. J Eur Acad Dermatol Venereol, 2015,29(6):1091-1095.

[10] Thomsen SF, Elmose C, Szecsi PB, et al. Filaggrin gene loss-offunction mutations explain discordance of atopic dermatitis within dizygotic twin pairs [J]. Int J Dermatol, 2016, 55(12):1341-1344.

[11] Park J, Jekarl DW, Kim Y, et al. Novel FLG null mutations in Korean patients with atopic dermatitis and comparison of the mutational spectra in Asian populations [J]. J Dermatol, 2015, 42(9):867-873.

[12] Theerawatanasirikul S, Suriyaphol G, Thanawongnuwech R, et al. Histologic morphology and involucrin, filaggrin, and keratin expression in normal canine skin from dogs of diあerent breeds and coat types [J]. J Vet Sci, 2012, 13(2):163-170.

[13] Moravcová M, Libra A, Dvo áková J, et al. Modulation of keratin 1, 10 and involucrin expression as part of the complex response of the human keratinocyte cell line HaCaT to ultraviolet radiation[J].Interdiscip Toxicol, 2013, 6(4):203-208.

[14] Gnanaraj P, Dayalan H, Elango T, et al. Downregulation of involucrin in psoriatic lesions following therapy with propylthiouracil, an antithyroid thioureylene: immunohistochemistry and gene expression analysis [J]. Int J Dermatol, 2015, 54(3):302-306.

[15] Chen JQ, Man XY, Li W, et al. Regulation of involucrin in psoriatic epidermal keratinocytes: the roles of ERK1/2 and GSK-3beta [J].Cell Biochem Biophys, 2013, 66(3):523-528.

[16] Ishitsuka Y, Huebner AJ, Rice RH, et al. Lce1 family members are Nrf2-target genes that are induced to compensate for the loss of loricrin [J]. J Invest Dermatol, 2016, 136(8):1656-1663.

[17] 毕淑英, 张俊红, 岳颖, 等. 儿童表皮兜甲蛋白及内披蛋白的表达与特应性皮炎的发病机制探讨 [J]. 空军医学杂志, 2015, 31(1):26-28.

[18] Kawachi Y, Ishitsuka Y, Maruyama H, et al. GATA-3 regulates diあerentiation-speci fi c loricrin gene expression in keratinocytes [J].Exp Dermatol, 2012, 21(11):859-864.

[19] 李宁, 翦新春, 许春娇. 兜甲蛋白和细胞色素P450 3A5在口腔黏膜下纤维化中的表达及意义 [J]. 华西口腔医学杂志, 2009, 27(1):29-33.