角質形成細胞與特應性皮炎相關研究進展

吳媛媛 鄭 潔 肖風麗

特應性皮炎(atopic dermatitis，AD)是由遺傳因素和環境因素交互作用引起的慢性、復發性、炎癥性皮膚病。與AD皮膚中炎癥和免疫應答的放大和持續有關的角質形成細胞(keratinocytes，KC)可以被誘導分泌促炎介質以應答各種刺激，從而促進或維持皮膚炎癥。本文就KC在皮膚屏障、皮膚炎癥、先天免疫系統以及金黃色葡萄球菌定植這幾個方面與AD的相關研究進展進行論述。

1 角質形成細胞在AD皮膚屏障功能中的作用

KC作為皮膚角質層中的重要細胞，能產生一些細胞角蛋白以及黏多糖等維持皮膚的正常滲透，在AD患者皮損及非皮損部位，KC分化異常導致角蛋白的表達亦出現異常。

1.1 絲聚蛋白(filaggrin，FLG) FLG是由KC產生的源自絲聚蛋白原的蛋白質, 是角質層重要的結構蛋白，KC的功能異常會導致FLG表達降低。FLG缺陷會影響到很多通路，干擾KC的分化，破壞KC的結構，損害緊密連接結構[1]，使皮膚保持水分的能力減弱，角質層酸化，酯類結構改變，增加感染的風險，從而導致皮膚屏障功能失調。FLG對發揮皮膚屏障功能角質層的形成和水合起關鍵作用，FLG缺乏導致皮膚屏障異常，造成水分過多流失(表現為干燥、魚鱗狀皮膚)，過敏原滲透誘發炎癥和變應性免疫應答以及金黃色葡萄球菌的皮膚定植[2]。在AD皮損中檢測到IL-4和IL-13也導致KC中FLG的表達降低[3]。AD皮損中FLG缺陷會導致角化包膜形成的缺陷,保持角質層水合的能力降低，并且pH平行升高。pH值升高增強了激肽釋放酶(kallikreins，KLKs)5和7的活性，導致透明角質顆粒(Keratohyalin granules)的過度降解和角質層完整性和內聚性的降低[4]。

1.2 緊密連接蛋白 表皮中的緊密連接(tight junction，TJ)屬于另一組涉及細胞黏附的結構，在表皮顆粒細胞層中形成屏障，并且在皮膚損傷后其表達迅速增加，它們對于表皮的分化和角質化至關重要。TJ是由KC主動產生的跨膜和胞內蛋白質的復合物形成的，包括：克勞丁蛋白(claudin，CLDN)，閉合蛋白，閉合帶1和2，連接黏附分子-1和multiPDZ-1蛋白[5]。除了屏障功能外，TJ蛋白還參與KC的增殖、分化、細胞粘附和細胞凋亡。在炎癥性皮膚中，由于KC的異常，TJ蛋白質通常會受到影響。Batista等[6]和Gruber等[7]描述了在成年AD病變皮膚中存在著CLDN-1表達水平的降低，且CLDN-1的表達和Th2的存在之間呈反比關系。不同CLDN-1表達水平的小鼠模型顯示，CLDN-1誘導的屏障功能改變在AD的發病機制和嚴重程度中起作用[8]。這些結果表明，由于CLDN-1減少導致TJ處的損傷，導致AD患者第二次物理屏障的功能障礙。

2 角質形成細胞在促進或維持AD皮膚炎癥中的作用

2.1 胸腺基質淋巴細胞生成素(thymic stromal lymphopoietin，TSLP) TSLP是一種IL-7樣細胞因子，在病變的AD皮膚中由KC大量表達，而在非病變AD皮膚或來自健康供體的正常皮膚中不表達，TSLP能通過樹突狀細胞引發天然T細胞分化為Th2細胞，并激活樹突狀細胞分泌Th2募集趨化因子，是將屏障表面的先天反應與Th2主導的獲得性免疫反應相關聯的關鍵因素，因為它可作用于多種效應細胞，導致皮膚過敏性炎癥，因此被認為是過敏反應的總開關[9]。進一步的研究表明TSLP觸發IL-5誘導和嗜酸粒細胞募集，并且TSLP誘導的小鼠AD表型是T細胞依賴性的，但不依賴IL-4/IL-13。這些研究表明，TSLP具有以Th2依賴性和獨立性方式驅動AD發病機制的潛力，同時誘導患者的“瘙癢周期”[10]。以前的研究已經報道了急慢性AD皮損以及AD患者血清活檢組織中TSLP的水平增加。AD皮損中的KC過表達TSLP，觸發AD進展和特應性行程(atopic march)的基礎路徑。因此除了早期防止AD皮膚屏障缺陷外，TSLP的選擇性抑制可能是阻斷特應性行程的關鍵干預策略[4]。

2.2 腫瘤壞死因子α(TNF-α) TNF-α是在調節炎癥反應中起關鍵作用的促炎細胞因子。用脂多糖(LPS)或紫外線刺激人KC可產生TNF-α，后者通過誘導各種不同細胞的細胞因子分泌來介導炎癥和免疫應答。微陣列分析(Microarray analysis)表明，用TNF-α處理人KC不僅誘導與免疫和炎癥反應相關的基因轉錄，而且與組織重塑、細胞運動、細胞周期調節和細胞凋亡有關，這表明TNF-α具有功能多樣性[11]。皮膚中還存在一種TNF樣弱誘導細胞凋亡機制，其可與TNF-α協同誘導KC凋亡，導致AD患者皮膚病變的發展[12]。有研究顯示，Th2細胞因子和促炎細胞因子TNF-α聯合導致角質層細胞間水腫，減少了角質層兜甲蛋白 mRNA的表達，降低長鏈游離脂肪酸和酯連接的鄰羥基神經酰胺的水平，從而影響皮膚屏障脂質組織。與健康皮膚相比，單獨或與Th2細胞因子聯合的TNF-α誘導了在AD皮損中觀察到的屏障脂質的異常[13]。

2.3 白細胞介素-1α和白細胞介素-1β 長期以來，IL-1β是由上皮細胞和KC等數種細胞產生的炎癥細胞因子，并且在AD病變中高表達。幾項研究表明IL-1β在AD皮損中可以由KC響應環境刺激而產生。另外，皮膚屏障缺陷可能是AD中KC產生IL-1β的另一個驅動因素[14]。 KC產生的IL-1α可以以旁分泌的方式作用于附近成纖維細胞并促進其增殖，且IL-1在KC中的自分泌信號傳導有助于產生細胞因子IL-6，IL-8和TNF-α。皮膚損傷后，損傷的KC釋放預存的IL-1α，IL-1α與其受體的結合激活促炎細胞因子(IL-6，TNF-α)和趨化因子(IL-8)的炎癥通路，將嗜中性粒細胞吸引到傷口中[15]。 雖然AD是一種“Th2細胞免疫”相關性疾病，但是其誘導需要IL-1，主要是被識別為AD皮膚生物標志物的IL-1α。對食物敏感的兒童AD患者表現出IL-1α分泌增強。在AD中，UV-B通過影響KC的炎癥小體而誘導IL-1β表達，當IL-1β相關的炎癥小體功能異常時，也會導致IL-1β在皮膚中的水平增加[16]。

2.4 白細胞介素18 KC和肥大細胞響應暴露于過敏原或病原體(如：屋塵螨和金黃色葡萄球菌)而產生IL-18。且金黃色葡萄球菌定殖似乎有助于這種IL-18的產生，特別是在具有相對較低的IgE產生的AD患者組中[17]。已觀察到這種促炎細胞因子的表達在傷口愈合的早期階段增加。創傷愈合期間IL-18主要由傷口邊緣的KC產生。已經確定IL-18是細胞因子和趨化因子產生的誘導物，因此有助于將免疫細胞吸引到傷口區域[15]。 IL-18通過誘導NF-κB核轉位而結合IL-18R受體復合物來發揮其活性。在急性AD皮損中，IL-18刺激嗜堿性粒細胞、肥大細胞和CD4+T細胞產生不含IL-12的Th2細胞因子。在慢性AD皮損中，IL-18刺激Th1細胞產生IFN-γ。IL-18有助于CD4+T細胞和天然殺傷T細胞依賴性IgE的產生[18，19]。最近，孕婦血清和臍帶血中的IL-18被認為是兒童AD的易感因素[20]。血清IL-18和IL-18受體水平升高已被認為可能是AD嚴重程度的生物標志物，但需要進一步的研究來證實這一觀點[21]。

3 角質形成細胞在AD中調節先天免疫系統的作用

KC可表達模式識別受體(pattern recognition receptor，PRR)識別病原體，啟動固有免疫反應，分泌或表達細胞因子、抗菌肽等參與獲得性免疫。固有免疫發揮防御作用的關鍵是通過相應的PRR對病原相關分子模式(PAMP)的識別。PRR主要有Toll樣受體(TLRs)這種組成形式[22]。 TLRs識別配體后，可以誘導信號通路的激活，引發大量促炎因子基因的表達，從而激發固有免疫細胞釋放炎癥因子和趨化因子，促進樹突狀細胞的成熟，增加血管通透性，募集白細胞至感染和損傷部位。遺傳分析發現，位于細胞內的部分TLR2多態性(p.Arg753Gln)與金黃色葡萄球菌的感染有關，更重要的是，這種基因型與AD表型有關，即攜帶這種多態性的AD患者具有更嚴重的疾病表型，且具有對金黃色葡萄球菌超抗原和屋塵螨過敏原IgE抗體升高的特征[23]。

4 角質形成細胞在AD皮膚的金黃色葡萄球菌定植中的作用

眾所周知，AD患者經常出現細菌和病毒感染性皮膚病。這種皮膚感染傾向可能與AD皮膚中先天保護機制的實質性缺陷有關[24]。衍生自KC的抗菌肽(antimicrobial peptides，AMP)(例如導管素，防御素和S100)在針對各種微生物的化學屏障功能中起重要作用。免疫組織化學研究表明，與銀屑病相比，急慢性AD患者皮損中導管素和β-防御素2的表達都降低，但AD和健康人之間兩者的表達沒有顯著差異。在這些研究中報道的AMP表達缺乏可能解釋了金黃色葡萄球菌在AD患者中皮膚感染的易感性[11]。雖然人β-防御素1(human β-defensin 1，HDB1)由正常人KC表達，但皮膚炎癥誘導HBD2，HBD3和LL37的表達，且這組抗菌肽在AD患者的KC中顯著降低。AMP表達和分泌減少可能有助于增加AD患者皮膚對病毒、細菌和真菌的易感性[25]。

AD使金黃色葡萄球菌的皮膚定殖增加，并可導致疾病嚴重程度增加。研究顯示金黃色葡萄球菌刺激人類KC增加其內源性蛋白酶活性，這種增加的蛋白酶活性與KLK mRNA的表達增加一致，其中KLK6、KLK13和KLK14的表達顯著增加。在金黃色葡萄球菌暴露之前通過靶向小干擾RNA沉默抑制KC中這些KLK的mRNA阻斷了蛋白酶活性的增加。暴露于金黃色葡萄球菌的KC表現出增強的橋粒芯糖蛋白1和FLG的降解，KLK6、KLK13和KLK14的小干擾RNA部分阻斷了這種降解。這些數據說明金黃色葡萄球菌通過刺激KC內源性蛋白水解活性直接影響皮膚屏障完整性，并定義了金黃色葡萄球菌可能影響皮膚疾病的先前未知的機制[26]。

總之, 越來越多的證據證實，KC通過影響細胞因子、趨化因子、黏附分子等炎癥相關調節因子的網絡性調節，參與AD炎癥的發生和維持。KC在皮膚免疫和屏障等方面與AD的發生和發展十分密切，通過對KC參與AD皮膚炎癥發生中各個環節的干預可能為AD的藥物治療提供新的思路，為AD患者提供有效的治療方案。