特應性皮炎相關細胞因子對皮膚屏障的影響

張南 王蓮 劉蓮 張自暉 蔣獻

四川大學華西醫院皮膚科，成都 610041

特應性皮炎（atopic dermatitis，AD）發病機制復雜，可能與遺傳、環境、免疫和皮膚屏障功能改變有關，而免疫異常是其發病的關鍵環節。既往認為，AD為經典Th1/Th2失衡疾病，但隨著新CD4+T細胞亞群Th17、Th22細胞的發現，證實這4種T細胞亞型均可通過分泌各種細胞因子在AD的不同階段參與致病［1］。這些細胞因子在AD不同病程時期分泌量不同，在不同人種、年齡和疾病嚴重程度AD患者中的組成也不同，如亞洲AD患者Th17細胞明顯極化［2］；AD兒童中存在Th1和Th2細胞失衡，而成年AD患者皮膚中Th22細胞數更高［3］；重度AD患者外周血Th2和Th22細胞增加，但Th17細胞增加不明顯［4］。這些失調的細胞因子能從多角度影響皮膚屏障功能，包括下調角質形成細胞分化基因的表達，改變皮膚屏障結構。本文就AD中細胞因子對皮膚屏障的影響做一綜述。

一、表皮屏障

表皮中的許多結構及成分對皮膚屏障功能有重要作用，包括角蛋白、絲聚蛋白、角化包膜、細胞間連接、蛋白酶及蛋白酶抑制劑、脂質等，當它們的功能和結構被破壞時，皮膚屏障功能將被削弱。

角蛋白是角質形成細胞的主要結構蛋白，屬于分化標志物。表皮細胞分化過程中還伴隨絲聚蛋白、內披蛋白、兜甲蛋白、小分子富含脯氨酸蛋白等的表達。絲聚蛋白與角蛋白形成致密的纖維束，構成堅韌的骨架結構，兜甲蛋白、內披蛋白、小分子富含脯氨酸蛋白在轉谷氨酰胺酶的催化作用下交叉形成不溶于水的角化包膜。絲聚蛋白原在酶解作用下裂解為絲聚蛋白單體，在角質層上部，被降解產生天然保濕因子，是維持角質層水合和表皮酸堿度的關鍵，這個過程由胱天蛋白酶14、鈣蛋白酶1和博來霉素調節［5］。

細胞間連接包括角質層的角化橋粒和緊密連接，角化橋粒包括角化橋粒蛋白、橋粒芯糖蛋白、橋粒糖蛋白，緊密連接主要包括密封蛋白、閉合蛋白、帶狀閉合蛋白1～3。角質細胞的脫落主要是由激肽釋放酶5和7水解角化橋粒調節，這些蛋白酶的活性隨pH增加而增強。其活性也受多種蛋白酶抑制劑嚴格調控，包括絲氨酸蛋白酶抑制劑Kazal-5型基因編碼的淋巴Kazal-5型絲氨酸蛋白酶抑制劑［6］。

角質層主要的脂質成分包括神經酰胺、脂肪酸和膽固醇，它們形成滲透屏障，能防止蒸發失水。神經酰胺作用最為關鍵，其中ω羥基神經酰胺不可或缺，其存在于每個角質細胞表面，通過轉谷氨酰胺酶1與內披蛋白支架結合［5］。神經酰胺合成途徑包括從頭合成途徑及酶解途徑。從頭合成途徑關鍵酶為絲氨酸棕櫚酰轉移酶；酶解途徑主要酶包括鞘磷脂酶和葡萄糖基神經酰胺酶。

二、表皮分化復合物

表皮分化復合物基因呈簇狀分布于染色體1q21上，編碼主要分化蛋白和參與角化包膜的形成。其中包括絲聚蛋白、內披蛋白、兜甲蛋白、小分子富含脯氨酸蛋白和鈣結合蛋白1～13（S100A1-A13）。表皮分化復合物與表皮的終末分化密切相關。［7］

三、Th2型細胞因子對皮膚屏障的影響

Th2細胞是AD發病中的主要免疫細胞，在AD的疾病進程中主要分泌白細胞介素4（IL-4）、IL-5、IL-13、IL-31，其中IL-4、IL-13和IL-31對皮膚屏障功能影響研究較為廣泛。

1.IL-4：Danso等［8］發現，IL-4能降低絲聚蛋白、兜甲蛋白和角蛋白10基因及蛋白水平。正常人角質形成細胞和HaCaT中，IL-4、IL-13顯著減少絲聚蛋白、淋巴Kazal-5型絲氨酸蛋白酶抑制劑和半胱天冬酶14 mRNA表達，同時增加激肽釋放酶5和7、通道活化的絲氨酸蛋白酶1 mRNA表達［9］。重組人表皮角化模型中［10］，IL-4下調絲氨酸棕櫚酰轉移酶2和葡萄糖基神經酰胺酶基因的轉錄，且下調葡萄糖基神經酰胺酶的酶活性，鞘磷脂酶基因表達減少，但其酶活性卻輕微增加。這些改變導致神經酰胺合成減少，其中ω羥基神經酰胺下降最為顯著，從而進一步破壞角質層的完整性。

Morizane等［11］用IL-4刺激正常人表皮角質形成細胞后，激肽釋放酶7的mRNA表達和酶活性均增加，從而促進角化橋粒蛋白的降解，破壞角質層連接，增加經皮水分丟失。但Hatano等研究表明［12］，IL-4注射后的小鼠角質層中角化橋粒含量減少，IL-4能減少橋粒芯糖蛋白1基因和蛋白的表達，激肽釋放酶7基因表達增加，但總絲氨酸蛋白酶活性未改變，提示IL-4可不依賴激肽釋放酶直接調節細胞間凝聚力。另有研究顯示，IL-4處理的人原代角質形成細胞中角化橋粒蛋白基因表達減少［13］。IL-4除了影響角化蛋白表達，還能減少緊密連接分子的表達。IL-4和IL-13分別處理人角質形成細胞后，均出現細胞表面E鈣黏蛋白和β聯蛋白表達減少［14］。此外，IL-4還能顯著抑制密封蛋白1在人皮膚中的表達［15］。

2.IL-13：AD患者的血清和皮損中IL-13表達水平升高。IL-13受體包括1個與IL-4相同的受體IL-4Rα及另外2個同源受體IL-13Rα1和IL-13Rα2，故IL-13和IL-4可通過共同受體發揮類似的作用，兩者均可降低表皮分化復合物基因的表達，促進角質細胞的脫落，增加經皮水分丟失。［16］

IL-4、IL-13對角質形成細胞的影響是多途徑的。Amano等［17］通過基因本體論發現，IL-4和IL-13均下調角質形成細胞分化相關基因組，siRNA沉默信號轉導和轉錄激活因子3（STAT3）后，絲聚蛋白和兜甲蛋白mRNA的表達上調，而沉默STAT6對絲聚蛋白和兜甲蛋白無明顯影響，推測IL-4和IL-13可通過STAT3通路調節角質形成細胞分化。近期的分子機制研究發現［18］，STAT6競爭性地抑制p300/CBP與兜甲蛋白轉錄復合體的結合，從而抑制兜甲蛋白基因的轉錄。此外，IL-4和IL-13還能刺激角質形成細胞表達胸腺基質淋巴細胞生成素，通過激活角質形成細胞STAT3和細胞外信號調節激酶，抑制絲聚蛋白的表達［19］。胸腺基質淋巴細胞生成素在急性和慢性AD皮損中表達增加，能激活樹突細胞以促進IL-4、IL-13分泌，加劇Th2炎癥反應的應答。

Dupilumab是抗IL-4Rα受體拮抗劑，能阻斷IL-4及IL-13活性，是目前第一個用于治療成人中重度AD的生物制劑，在2 447例成人AD患者的Ⅲ期試驗中取得較好的臨床療效，濕疹面積嚴重指數、AD評分、皮膚生活質量評分和瘙癢等級評分均有改善［20］。

3.IL-31：AD皮損中IL-31 mRNA和蛋白水平均升高，外周血IL-31水平與AD患者的病情嚴重度成正比，且主要介導瘙癢產生［21］。IL-31也影響角質形成細胞分化、細胞連接和脂質水平。皮膚3D模型中［22］，IL-31下調絲聚蛋白、半胱天冬酶14、激肽釋放酶7、橋粒糖蛋白1和2、橋粒芯糖蛋白1和4基因表達。Singh等［23］在重組人IL-31（rIL-31）注射后的小鼠模型中發現，IL-31可促進基底細胞增殖并誘導表皮增厚，小鼠表皮明顯增厚，且Ki-67陽性細胞數增加；IL-31還能增加其他促進增殖和皮膚重塑的細胞因子表達，包括IL-6、IL-1β等；同時，rIL-31注射后小鼠經皮水分丟失值在第7和14天均較注射生理氯化鈉溶液對照組明顯升高，提示屏障功能破壞。IL-31還影響緊密連接E鈣黏蛋白、β聯蛋白、密封蛋白1的表達［13-14］，并能減少ω-羥基神經酰胺水平，影響脂質組成［8］。

四、Th22細胞因子對皮膚屏障的影響

Th2型細胞因子的作用并不能解釋慢性AD患者的表皮增厚，Th22細胞的浸潤和大量IL-22的產生進一步推動了疾病向慢性期轉化，在這一階段，IL-22與γ干擾素（IFN-γ）共同誘導表皮增生。

Th22細胞主要分泌IL-22，其在急性期表達增加，且含量與AD的嚴重程度呈正相關［24］。IL-22轉基因小鼠表皮較野生型小鼠增厚，且IL-22處理后的人類表皮模型，橋粒芯糖蛋白1、鈣調蛋白樣蛋白5、角蛋白10基因表達減少［25］。角蛋白10是終末分化的角質形成細胞的特征，其缺乏會造成表皮完整性受損。鈣調蛋白樣蛋白5是一種鈣結合蛋白，與轉谷氨酰胺酶3相互作用，影響角化包膜的形成。此外，加入IL-22的人原代角質形成細胞中［26］，除絲聚蛋白原、角蛋白1和10基因表達減少外，另一分化標志物激肽釋放酶7基因的表達也減少，提示IL-22抑制角質形成細胞分化，且抑制細胞間連接，使橋粒糖蛋白1基因表達減少，導致滲透性增加。Boniface等［27］發現，IL-22誘導角質形成細胞增生，導致重組人表皮增厚，而這種效應并不是由于基底細胞增殖增加，而是因表皮分化被抑制引起。將IL-22Tg（+）轉基因小鼠浸入甲苯胺藍溶液，小鼠皮膚完全著色，提示皮膚通透性明顯增加，且暴露于屋塵螨過敏原后易出現皮炎表現，進一步PCR檢測發現，IL-22能減少原代角質形成細胞中絲聚蛋白2、密封蛋白1和轉谷氨酰胺酶3基因表達［28］。

五、Th1細胞因子對皮膚屏障的影響

在AD慢性期，極化Th1細胞產生IFN-γ。正常人角質形成細胞和永生化上皮角質形成細胞（HaCaT）中，與IL-4、IL-13作用相反，IFN-γ能顯著增加絲聚蛋白和淋巴Kazal-5型絲氨酸蛋白酶抑制劑mRNA的表達，顯著減少激肽釋放酶5和7、通道活化的絲氨酸蛋白酶1 mRNA表達，同時增加胱天蛋白酶14 mRNA表達［9］。IFN-γ可上調E鈣黏蛋白和β聯蛋白表達，增加角質形成細胞間的連接［13］。此外，IFN-γ通過上調絲氨酸棕櫚酰轉移酶1和2、鞘磷脂酶及葡萄糖基神經酰胺酶轉錄，并增加葡萄糖基神經酰胺酶活性，從而增加角質層神經酰胺水平，這些結果與IFN-γ減少經皮水分丟失一致［10］。培養的角質形成細胞中，IFN-γ下調長鏈脂肪酸延長酶以及神經酰胺合成酶mRNA的表達，從而使神經酰胺中游離脂肪酸鏈長度減少，這些改變引起脂質組成異常并導致皮膚屏障破壞［29］。

六、Th17細胞因子對皮膚屏障的影響

Th17細胞是近年來新發現的CD4+T細胞亞群，主要產生IL-17和IL-22，是角質形成細胞中抗菌肽的重要調節因子。急性AD患者外周血和皮損中Th17細胞數量增加，但慢性AD患者Th17細胞產生的IL-17減少，這種現象被認為是Th2細胞因子抑制了Th17細胞的產生和活化［30］，從而減少抗菌肽的產生，這可能解釋了為什么AD患者較銀屑病患者易發生感染。

培養的人角質形成細胞中，IL-17可減少絲聚蛋白原和其加工酶的基因表達，且蛋白印跡法表明，IL-17能降低絲聚蛋白單體含量［31］。3D皮膚模型中，IL-17處理后表皮變薄，絲聚蛋白及其DNA水平較空白對照組降低，且S100A7表達明顯上調，S100A7是一個控制細胞增殖和分化的蛋白，且具有抗菌肽活性。同時還觀察到IL-17能抑制分化相關標志物絲聚蛋白2、兜甲蛋白、角蛋白10的表達［32］。體外培養的角質形成細胞中，IL-17可下調密封蛋白7、E鈣黏蛋白、帶狀閉合蛋白2以及各種整合素基因表達，同時組織染色觀察到E鈣黏蛋白、帶狀閉合蛋白1蛋白水平下降，削弱了角質形成細胞間的連接［33］。人皮膚類似物模型中，IL-17下調帶狀閉合蛋白1、密封蛋白1和4蛋白的表達［34］。

七、上皮細胞來源細胞因子對皮膚屏障的影響

胸腺基質淋巴細胞生成素、IL-33和IL-25可由上皮細胞分泌，這3種細胞因子均可誘發Th2型炎癥反應，且可相互作用促進炎癥發展。除間接損傷皮膚屏障外，近期研究表明，IL-25和IL-33可直接影響屏障功能。IL-25是一種新發現的細胞因子，屬于IL-17家族，也被稱為IL-17E。在AD患者皮損中［35］，IL-25及其受體IL-17Rh1含量均升高，用IL-25處理正常人原代角質形成細胞后，絲聚蛋白mRNA水平下降。IL-33是IL-1家族成員，由于其在組織損傷、生理應激狀態或皮膚搔抓后釋放，故被稱為“預警素”，在AD患者的皮膚和小鼠AD樣皮損中表達上調。在單層培養的角質形成細胞中［36］，IL-4上調IL-33 mRNA表達，IL-33明顯下調絲聚蛋白和內披蛋白mRNA表達，且經IL-33處理的人表皮類似物中有核細胞層厚度明顯減少，但在3D皮膚模型中未觀察到IL-33對分化相關蛋白基因表達的影響。另一研究顯示［37］，IL-33能減少皮膚絲聚蛋白水平。因此，IL-33可能直接或間接引起表皮屏障損傷，從而在AD局部炎癥反應中起關鍵作用。

八、結語

除Dupilumab外，抗IL-13單克隆抗體Lebrikizumab和Tralokinuma、抗IL-31單克隆抗體Nemolizumab、抗IL-22抗體Fezakinumab在二期臨床試驗中證實均可改善AD患者嚴重程度評分及皮膚受累面積［38］。近年來，生物靶向治療的進展使得細胞因子在AD發病中的作用受到關注。本文僅綜述了部分細胞因子對皮膚物理屏障影響的進展，更多的免疫因子對物理屏障、微生物屏障（如金黃色葡萄球菌）、化學屏障（如抗菌肽）的影響有待進一步研究。免疫網絡龐大而錯綜復雜，很難完全預測每一細胞因子在疾病中的單一作用，無論免疫失調和屏障受損何者為因果，免疫與屏障之間的關系都值得進一步探究，以便更深入了解AD的發病機制，探索更有效的治療方法。