表皮分化復合體在尋常型魚鱗病發病中的機制

李曉燕，安金剛

（1.武警警種學院，北京昌平區南口鎮武警警種學院門診部，北京 102202；2.西安交通大學醫學院第二附屬醫院皮膚科，陜西西安 710004）

表皮分化復合體在尋常型魚鱗病發病中的機制

李曉燕1，安金剛2

（1.武警警種學院，北京昌平區南口鎮武警警種學院門診部，北京 102202；2.西安交通大學醫學院第二附屬醫院皮膚科，陜西西安 710004）

目的證常的表皮分化對于維護皮膚的屏障功能十分重要。表皮分化復合體定位于人類染色體1q21位點，其編碼的蛋白如絲聚合蛋白、兜甲蛋白、S-100等在人類表皮的分化過程中具有決定性的作用。近年來有證據表明表皮分化復合體基因的變異將導致尋常型魚鱗病。本文將在回顧正常表皮分化過程的基礎上，結合最新的研究進展，對表皮分化復合體在尋常型魚鱗病發病中的作用做一綜述。

表皮分化復合體；尋常型魚鱗病；發病機制

【Key words】Epidermal differentiation complex;Ichthyosis vulgaris;Pathogenesis

機體表皮是一道天然屏障，可以有效地阻止體內水分大量丟失以及外界有害物質的過量吸收。這一重要功能與表皮細胞復雜而精密的分化過程密切相關：分化活躍的基底層細胞依次向上移行，最終形成聯結緊密并由脂質包繞的角質層。異常的表皮分化以及病理性的角質化現象在許多皮膚病中都可以見到，魚鱗病是其中最常見的一種。作為一組以泛發性鱗屑為特征的疾病，大多數魚鱗病的基因突變位點以及遺傳方式都已明確[1]，但是尋常型魚鱗病的發病基因在相當長的一段時間內并不為人所知。表皮分化復合體(Epidermal differentiation complex，EDC)定位于人類染色體1q21，由數個基因或基因家族構成，這些基因編碼的蛋白質決定了表皮分化過程。近來有證據顯示EDC中的基因突變在尋常型魚鱗病的發病過程中起到重要的作用。本文將在回顧正常表皮分化過程的基礎上，結合最新的研究進展，對EDC在尋常型魚鱗病發病中的作用做一綜述。

1 表皮的增殖與分化

角質形成細胞由基底層分化至角質層是一個復雜的過程，在分化的不同階段都有相應的蛋白質表達，如基底層細胞通常表達角蛋白K5和K14。在復雜的細胞間信號通路的共同作用下，大多數基底層細胞逐漸失去增殖能力并向上移行[2-3]。通過棘層后，顆粒層細胞開始表達角蛋白K1、K10以利于角質的形成。除此之外，顆粒層細胞內還產生大量的絲聚合蛋白原。后者裂解形成大約37 kDa的絲聚合蛋白可以聚合角蛋白中間絲，形成致密的角蛋白纖維束，使細胞成扁平的鱗狀[4]。兜甲蛋白、外皮蛋白、毛透明蛋白、SPRRs（富含脯氨酸小蛋白）等結構蛋白也在同期表達。最終在轉谷氨酰胺酶的作用下，上述蛋白交聯形成角質包膜。脂質被分泌于包膜之上，增強皮膚的屏障作用。在健康個體中，基底層細胞的增殖與角質層的脫落之間存在著動態的平衡，但是在一些皮膚病中，這種平衡遭到了破壞。

2 表皮分化復合體

跨度為2Mb的EDC定位于在人類染色體1q21，其中包含了至少45條決定表皮分化的基因。這些基因有的編碼角質包膜成分，如兜甲蛋白、外皮蛋白、SPRRs；有的編碼S100A家族的鈣結合蛋白、晚期角質包膜蛋白(Late cornified envelope，LCE)、毛透明蛋白、絲聚合蛋白[5]。

兜甲蛋白和外皮蛋白是角質包膜的主要成分。兜甲蛋白基因突變導致一種罕見的遺傳性皮膚病——殘毀性掌跖角皮病，臨床以彌漫性角化過度為特征[6]。SPRRs與兜甲蛋白、外皮蛋白之間存在著高度的基因同源性，SPRRs家族包含3個亞家族(SPRR1、SPRR2、SPRR3)，共計17種不同的蛋白質成分。除作為結構蛋白之外，SPRRs還具有基因調節功能，可以抑制細胞增殖、促進分化[7]。在一些角化過度、角化不全性皮膚病中SPRR1和SPRR2高表達，如尋常型銀屑病、扁平苔癬；SPRR3在一些表皮腫瘤中的表達量是升高的。

S100A蛋白是一種鈣激活的信號蛋白，分子量較低，含有兩個鈣結合EF-hand模體。15種編碼S100A蛋白家族成員(S100A1～S100A14，S100A16)的基因位于EDC[8]。在一些炎癥性皮膚病、銀屑病以及皮膚腫瘤中，部分S100A蛋白表達量增高，如S100A2、A7、A8、A9、A15。另外在損傷修復的過程中，S100A8、A9的表達也出現上調。

EDC中還包含18種編碼不同LCE的基因。LCE與前述蛋白具有高度的基因同源性，表達于表皮分化的晚期。多功能的毛透明蛋白和蛋白絲聚合蛋白在表皮角質化過程中發揮了重要的作用，這兩種蛋白的基因被認為由編碼角質包膜蛋白與S100蛋白的基因融合而成，結構上多見特異性模體的串聯重復[9]。

總之，EDC中包含了一組在結構和進化上都發揮了重要作用的基因，這些基因相互協作共同決定了表皮的分化過程。

3 EDC在尋常型魚鱗病發病中的作用

尋常型魚鱗病是一種常見的遺傳性皮膚病，常在患者出生后幾個月內發病，臨床表現為下腹部、四肢廣泛分布的鱗屑，手掌紋理增厚。毛發角化病也經常見到。組織學上顆粒層變薄或缺如。在6 051例學齡兒童的流行病學調查中顯示，每250例中有一例發病，病情輕重不一。

20年前，有學者首次提出EDC編碼的絲聚合蛋白可能在尋常型魚鱗病發病中起到重要作用[10]。免疫組織化學染色顯示相對于正常對照，絲聚合蛋白在患者表皮中的表達量隨病情的嚴重程度而減低，重癥患者甚至缺如。近來更多的證據表明患者絲聚合蛋白原在mRNA水平上下降明顯，推測其原因可能與轉錄后的調控缺陷有關。動物模型也支持這一觀點[11]，一系名為“鱗尾”(Flaky tail，ft)的隱性突變小鼠表型與尋常型魚鱗病極其相似。發病的純合子小鼠(ft/ft）出生后不久即表現為皮膚干燥，覆有彌漫性鱗屑，鼠尾呈環狀，爪有縊痕。深入的研究表明該系小鼠表達異常的絲聚合蛋白原，從而不能形成透明角質顆粒，也難以水解成絲聚合蛋白。“鱗尾”鼠發生突變的致病基因，與同位于3號染色體上的編碼鼠兜甲蛋白、絲聚合蛋白原的基因位置鄰近。Zhong等[12]對2例中國家系進行連鎖分析后認為尋常型魚鱗病的發病基因位于人類染色體1q22，Compton等[13]認為缺失顆粒層的魚鱗病患者致病基因包含EDC。

可見絲聚合蛋白(FLG)基因的變異在尋常型魚鱗病發病中的作用十分明確，但是EDC基因尤其是FLG基因的結構復雜性大大限制了人類對突變位點的確認。FLG基因含有三個外顯子：1號外顯子(15bp)并不被翻譯；2號外顯子(159bp)含有翻譯起始位點；3號外顯子(12～14 kb)含有N端結構域以及10～12個長為1 kb的重復序列(編碼絲聚合蛋白的蛋白水解片段)[14]。事實上全長擴增3號外顯子或者僅僅設計其中10～12個重復序列的引物都十分困難。為此Smith等[15]設計了長鏈PCR技術并成功擴增了3號外顯子，雖然沒有能夠進行全長測序，他們仍然在14例尋常型魚鱗病家系中發現了R501X以及2282del4兩處突變。兩處突變都可以導致終止密碼子的提前形成，并最終阻斷絲聚合蛋白的合成。對家系疾病譜的分析表明對于純合子個體，該病屬于半顯性遺傳。2例雜合子個體并沒有表現出任何臨床癥狀，說明該病為不完全外顯率。在歐洲人群中兩處突變等位基因的共顯率為4%左右。Sandilands等[16]分析了6例愛爾蘭尋常型魚鱗病家系，進一步證實了上述觀點，并發現了一處新的突變點3702delG。當3702delG與R501X共顯時，患者的臨床癥狀更加嚴重。Gruber等[14]的研究發現21例重癥尋常型魚鱗病患者中有15例存在R501X以及2282del4突變，但是被研究對象無論是純合子、復合雜合子甚至單純雜合子都有嚴重表型，除此之外，尚有6例患者不存在上述突變。這就提示在這些患者中可能存在著新的等位或非等位基因變異。最近有研究者首次報導非歐洲血統人群中的研究結果，日本尋常型魚鱗病家系不存在R501X以及2282del4突變，其特征性的突變是3321delA以及S2554X[17]。這兩處突變同樣使得終止密碼子提前形成，組織病理顯示患者的角質層幾乎完全消失。總之，雖然在歐洲以及東方人群中FLG突變位點并不相同，FLG基因變異在尋常型魚鱗病發病中的作用是明確的。當然更多的研究需要深入展開，如前述所有的突變位點都出現于3號外顯子的重復序列中，決定N末端結構的序列中是否存在新的變異尚未可知。

4 結語與展望

尋常型魚鱗病是一種常見的遺傳性皮膚病，可以嚴重影響患者的工作學習。以往由于發病機制不明，治療手段單一，療效并不滿意。最新的研究顯示EDC中FLG基因突變將導致尋常型魚鱗病的發生，這一發現明確了疾病的發病機制，為尋常型魚鱗病的基因治療打下良好的基礎。可以相信隨著后基因組時代的到來，人類攻克尋常型魚鱗病等遺傳性皮膚病的前景是令人鼓舞的。

[1]Craiglow BG.Ichthyosis in the newborn[C]//Seminars in perinatology.WB Saunders,2013,37(1):26-31.

[2]Dai X,Segre JA.Transcriptional control of epidermal specification and differentiation[J].Curr Opin Genet Dev,2004,14:485-491.

[3]Metallo CM,Ji L,de Pablo JJ,et al.Directed differentiation of human embryonic stem cells to epidermal progenitors[M]//Epidermal Cells.Humana Press,2010:83-92.

[4]Segre JA.Epidermal barrier formation and recovery in skin disorders[J].J Clin Invest,2006,116(5):1150-1158.

[5]De Guzman Strong C,Conlan S,Deming CB,et al.A milieu of regulatory elements in the epidermal differentiation complex syntenic block:implications for atopic dermatitis and psoriasis[J].Human molecular genetics,2010,19(8):1453-1460.

[6]劉玉梅,高歆婧,田歆,等.殘毀型掌跖角化病GJB2和LOR基因突變研究[J].中華醫學遺傳學雜志,2013,30(2):203-206.

[7]Zimmermann N,Doepker MP,Witte DP,et al.Expression and regulation of small proline-rich protein 2 in allergic inflammation[J]. Am J Respir Cell Mol Biol,2005,32(5):428-435.

[8]Eckert RL,Broome AM,Ruse M et al.S100 proteins in the epidermis[J].J Invest Dermatol,2004,123(1):23-33.

[9]McGrath JA.Profilaggrin,dry skin,and atopic dermatitis risk:size matters[J].Journal of Investigative Dermatology,2012,132(1): 10-11.

[10]Gruber R,Elias P M,Crumrine D,et al.Filaggrin genotype in ichthyosis vulgaris predicts abnormalities in epidermal structure and function[J].The American journal of pathology,2011,178(5): 2252-2263.

[11]Kypriotou M,Boéchat C,Huber M,et al.Spontaneous Atopic Dermatitis-Like Symptoms in a/a ma ft/ma ft/J Flaky Tail Mice Appear Early after Birth[J].PloS one,2013,8(7):e67869.

[12]Zhong W,Cui B,Zhang Y et al.Linkage analysis suggests a locus of ichthyosis vulgaris on 1q22[J].J Hum Genet,2003,48(7): 390-392.

[13]Compton JG,DiGiovanna JJ,Johnston KA,et al.Mapping of the associated phenotype of an absent granular layer in ichthyosis vulgaris to the epidermal differentiation complex on chromosome[J].Exp Dermatol,2002,11(6):518-526.

[14]Gruber R,Elias PM,Crumrine D,et al.Filaggrin genotype in ichthyosis vulgaris predicts abnormalities in epidermal structure and function[J].The American Journal of Pathology,2011,178(5): 2252-2263.

[15]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(3):337-342.

[16]Sandilands A,O'Regan GM,Liao H,et al.Prevalent and rare mutations in the gene encoding filaggrin cause ichthyosis vulgaris and predispose individuals to atopic dermatitis[J].J Invest Dermatol, 2006,126(8):1770-1775.

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

Role of epidermal differentiation complex in ichthyosis vulgaris.

LI Xiao-yan1,AN Jin-gang2.1.Outpatient Department,the Armed Police Command College,Nankou County,Changping District,Beijing 102202,CHINA;2. Department of Dermatology,the Second Affiliated Hospital of Xi'an Jiaotong University Health Science Center,Xi'an 710004,Shaanxi,CHINA

Undisturbed epidermal differentiation is crucial for maintaining the function of an intact skin as a barrier.The epidermal differentiation complex(EDC)is a cluster of genes on chromosome 1q21 encoding proteins that fulfils important functions in terminal differentiation in the human epidermis,including filaggrin,loricrin,S100 proteins and others.Recently,evidence emerged that variation within EDC genes plays an important role in the pathogenesis of ichthyosis vulgaris.This review gives an overview of the processes that take place during normal epidermal differentiation,describes the organization of the EDC,and summarizes the latest findings implicating EDC variation in the pathogenesis of ichthyosis vulgaris.

R758.5+2

A

1003—6350（2014）05—0711—03

10.3969/j.issn.1003-6350.2014.05.0275

2013-07-31)

安金剛。E-mail：anjg2008@126.com