皮膚免疫應答研究進展

汪長星

（浙江大學醫學院附屬第二醫院 病理科，浙江 杭州 310000）

0 前言

皮膚是人體最大的器官且具有多種類型細胞，細胞間通過網絡聯系維持多項活動，例如免疫應答以實現耐受，抵抗疾病，傷口修復、血管生成等。其中最重要的作用是其抵御暴露外部和內部有害環境的免疫功能。皮膚的免疫應答功能為炎癥、自身免疫病、癌癥等的治療帶來了新的思路和希望。很長一段時間皮膚僅被認為是隔絕內外的屏障。Streilein 首先提出了皮膚免疫的概念，隨后Egawa等進一步發現皮膚是外周淋巴器官[1]。皮膚的免疫系統定位表皮和真皮，包括幾種主要的免疫細胞，例如朗格漢斯細胞、黑素細胞定位表皮，樹突狀細胞，巨噬細胞，T 細胞等位于深層的真皮。

1 JAK/STAT 信號通路

Janus 激酶家族是蛋白酪氨酸激酶家族，介導細胞因子及生長因子產生信號，并通過其下游信號通路傳遞下去。配體與受體結合后激活JAK 蛋白，發生自體磷酸化隨后磷酸化相關受體，磷酸化的JAKs招募STAT 家族轉錄因子，隨后STAT 以同二聚體或異二聚體形式發生聚合并轉位至核內從而調節基因轉錄。不同類型的配體從細胞因子（比如IL-1）到激素（例如促紅細胞生成素）均可活化該通路從而誘導組織生理改變。其中有些分子與皮膚病的產生有著直接或間接的聯系。整條通路參與到皮膚病的發生發展和形成中。哺乳動物JAK 家族包括JAK1、JAK2、JAK3 及TYK2，其中JAK1 及JAK2 在全身各處均可表達，而JAK3 主要在造血細胞中表達。STAT 家族包括STAT1-4、STAT5A/B 及STAT6。因作用的細胞因子和生長因子不同參與反應的JAKs 和STATs 也不同，他們的結合具有高度特異性[2]。

JAK/STAT 信號通路對皮膚免疫的重要性最好的詮釋就是攜帶編碼JAK 或STAT 突變基因的人類會罹患皮膚病，例如牛皮癬、特應性皮炎、斑禿、白癜風及黑色素瘤。JAK3 失去功能的突變將導致重癥聯合免疫缺陷綜合征(severe combined immunodeficiency syndrome,SCID)[3]。SCID 患 者缺乏T 細胞、NK 細胞、功能性B 細胞。由于這些嚴重的免疫缺陷將導致復發性皮膚膿腫、廣泛念珠菌病及嚴重脂溢性皮炎。缺乏TYK2 將嚴重影響IL-12/STAT4 及IFN/STAT1 信號通路，從而產生IFNγ+TH1細胞。由于TYK2也參與IL23/STAT3信號通路，缺陷患者將會出現IL-17+TH17 細胞減少現象。不幸的是TYK2 缺陷將導致皮膚出現嚴重的結核分枝桿菌，葡萄球菌和皰疹病毒的感染[4]。人及小鼠的STAT3突變均可導致高IgE 綜合征（hyper IgE syndrome,HIES），其特征為濕疹性皮疹且皮膚及肺易感染葡萄球菌、念珠菌或皰疹病毒[5]。非功能性STAT3 突變導致的皮膚黏膜的改變是多樣的，例如IL-6 等通過STAT3 作用的細胞因子將不能調節目標基因比如IL-17 家族基因，而這對皮膚的免疫非常重要。JAK/STAT 信號通路通過不同途徑影響皮膚免疫，在皮膚免疫中起著至關重要的作用，其缺陷將導致各種皮膚疾病。

2 TLRs 信號通路

TLRs 受體是非常重要的模式識別受體，包括TLR1-10，可活化NF-κB 信號通路從而開啟固有免疫應答且有助于獲得性免疫應答的發展，從而在機體的抗感染過程中發揮作用。人TLRs 在不同類型的免疫細胞中均有表達，例如樹突狀細胞、巨噬細胞、單核細胞、自然殺傷細胞等。與此同時TLRs也可表達于皮膚角質細胞、軟骨細胞、內皮細胞及成纖維細胞中。TLRs 信號通路包括經典途徑和非經典途徑，既MyD88 途徑和TRIF 途徑。MyD88 途徑即TLR 受體活化后經MyD88 可以招募白細胞介素1 受體相關激酶(interleukin-1 receptor(IL-1R)associated kinase,IRAKs)，活化絲裂原活化蛋白激酶激酶（Mitogen-activated protein kinase kinase kinase,MAP3K），隨后活化NF-κB、p38 和c-Jun 氨基末端激酶（c-Jun N-terminal kinase,JNK）。

大量研究闡述了TLRs 受體在人表皮細胞中的表達及功能[6,7]。研究表明在TLRs 配體促進下皮膚表皮角質形成細胞中檢測到除TLR7/8/9 之外受體的表達。其中TLR4 的表達一直是充滿爭議的，K?llisch G 及其同事研究發現在原代角質形成細胞中TLR4 既非組成型表達亦非功能性表達。HaCaT 細胞可表達TLR4及CD14mRNA 但是并不能對LPS 的刺激做出反應，可能是因為缺乏MD-2 的表達。TLR5 可識別細菌鞭毛，研究表明它既可以表達于原代細胞也能表達于細胞系中，活化后可誘導NF-κB 轉位和IL-8分泌。近期有研究表明皮膚成纖維細胞中的TLR呈功能性表達且表達量較角質形成細胞更多。他們發現人皮膚成纖維中可表達10 種TLRs。所有TLRs 的活化均可誘導IL-6、IL-8 及MMP-18（分別代表細胞因子、趨化因子和MMPs）的生成且呈劑量依賴性。其中TLR1/2、3、4 活化后可顯著上調MMP-1（對炎癥、細胞遷移、組織損傷重塑起重要作用），誘導IκBα 磷酸化并活化細胞外信號調節激 酶（extracellular-signal regulated kinase,ERK）。比較特別的是TLR1/2 經配體活化后IL-6 及IL-8mRNA 水平較角質形成細胞有更明顯的升高，反映了TLR1 和2 在成纖維細胞和角質形成細胞之間的差異。我們已知皮膚經照射后UV 可直接活化生長因子或細胞因子受體從而活化AP-1 并上調MMP-1，導致皮膚的光老化。由于UV 照射后的產物可被TLRs受體識別并誘導皮膚成纖維細胞中MMP-1 的大量表達，我們認為UV 可通過活化TLR 信號通路間接上調MMP-1 表達，從而導致皮膚出現光老化。最近有研究表明某些TLR4 內源性配體在硬皮病患者中是上調的，提示其可能參與到硬皮病形成過程。另有研究表明皮膚內皮細胞也可檢測到10 中TLR 基因的表達。綜上所述，TLRs 在體皮膚各層細胞中的高度表達可能影響機體多項生理病理進程。

3 IL-1 家族細胞因子

IL-1 家族細胞因子是固有免疫和炎癥的中樞介質，具有多種局部和全身效應的多效細胞因子，在多發性炎癥疾病中起關鍵作用。家族可分為促炎類和抗炎類，促炎類包括IL-1a、IL-1b、IL-18、IL-33、IL-36a、IL-36b、IL-36γ；抗炎類包括IL-1Ra、IL-36Ra、IL-37、IL-38[8]。這些細胞因子通過與在機體穩定狀態下的表達和活化受到精密的調控，一旦表達或活化不受控了將引起病理性炎癥應答或增強炎癥應答的強度。IL-36、IL-37、IL-38 是最新發現的家族成員，他們定位于2 號染色體，在2001年首次被克隆出來。

IL-36a、IL-36b、IL-36g 及IL-36Ra 的原始形式是沒有抗炎或者促炎作用的，只有經過活化后才具備相應的功能[9]。近期有研究表明中性粒細胞蛋白酶是IL-36 群體成員主要的調節因子，每種酶具有各自不同的特異性和親和力。IL-36a、IL-36b、IL-36γ 通過其受體激活NF-κB 和MAPK 途徑產生大量的細胞因子（例如IL-8 或IL-6）、趨化因子等炎癥介質，從而介導炎癥反應，參與慢性炎癥和自身免疫性疾病的病理生理過程，特別是與銀屑病的形成息息相關[10]。而IL-36Ra 抑制促炎活性與ILRrp2 的親和力強于激動作用。

IL-36 與IL-36Ra 均在皮膚中表達但在銀屑病中表達增多。皮膚角質細胞、巨噬細胞及樹突狀細胞均有表達。IL-36 在促炎細胞因子或TLR 激動劑刺激后出現上調，另外在克羅恩病患者的抗TNF 誘導的銀屑病中也出現了上調，另有研究表明其可能參與過敏性皮炎、脫發和金德勒綜合征。銀屑病的病變特征是角質形成細胞過度增殖和分化的改變，因此促炎介質調節因子的釋放作用于免疫細胞產生皮膚炎癥自我放大的循環。而IL-36 細胞因子與IL-17相互作用負性調節角質形成細胞的分化并誘導促炎表型及皮膚病變的產生。一旦IL-36 活化，樹突狀細胞將過表達活化的標志物，例如IL-1b、IL-12 等細胞因子及趨化因子的表達。同時朗格漢尼斯細胞及M2 巨噬細胞也出現促炎活化現象。IL-36R 主要在極化的T 細胞中表達。由于銀屑病被認為是T 細胞調節的病理疾病所以IL-36 在其中所起的非常關鍵。

I L-3 7 有6 個不同的外顯子編碼5 中異構體（IL-37a、b、c、d 和e）其中IL-37b 是迄今為止了解最為全面的。與家族其他成員類似IL-37 的N端不含信號肽，但是含有一個caspase-1 剪切位點，用于調節突變和抗炎活性。當caspase-1 突變缺失后IL-37 入核結合Smad3 形成復合物調節下游基因轉錄的功能就受損了。2002 年首次發現IL-37 以低親和力與IL-18Ra 結合發揮其抑制作用，然后這一結果是頗有爭議的，另有發現稱IL-37 可以結合IL-18BP 招募IL-18Rb 抑制IL-18R 復合物的形成。進一步研究表明IL-37 可結合IL-18Rα 招募下游信號蛋白觸發胞內信號轉變從而抑制炎癥并在不同的病理情況下調節炎癥和免疫應答。另外IL-37 可以轉位到核內結合DNA 從而調節基因轉錄，這一活性是依賴caspase-1 及核周Smad3-IL-37 復合物的形成。IL-37 對皮膚炎癥的抑制作用可通過銀屑病證明，在銀屑病病損皮膚中表達更少，且可下調銀屑病小鼠IL-8、IL-6 表達。

與IL-37 類似，IL-38 可大范圍下調IL-1、IL-36 及TLR 調節的炎癥應答但是與IL-37 的間接作用不同，IL-38 可直接結合IL-36R 從而減少IL-36依賴的IL-8 的生成。有趣的是全長的IL-38 可以上調IL-6 的生成，但是剪切的形式可以通過抑制JNK信號通路下調IL-6 的生成。IL-38mRNA 在發炎的皮膚中表達顯著減少。現有的研究認為缺乏IL-38 可能導致持續的慢性炎癥應答例如牛皮癬。

4 總結及展望

JAK/STAT 信號通路的研究為進一步研究其作用機制、基本免疫機制及新藥開發提供了新的視角，從而能夠準確的干預與疾病相關的各項因素。盡管JAK/STAT 抑制劑并未獲得證書，但是其中部分JAK/STAT 途徑的抑制劑已用于臨床研究中。可預見的未來JAK/STAT 抑制劑應用于皮膚病學中，緩解深受困擾的皮膚病患者的病痛。

現有的研究結果對TLRs 受體在皮膚表皮組織，真皮組織，及成纖維細胞的表達及作用做了全面系統的概述，這些結果可能用于檢測不同的病原體或損傷的信號同時對不同類型的病原體產生應答反應可能使其成為多種疾病的檢測或治療的靶點同時也為新藥的研發提供了新的想法。

IL-1 受體家族的IL-36 具促炎作用，而IL-37及IL-38 對皮膚的抗炎免疫應答作用在皮膚疾病銀屑病中不僅表達不同且產生了截然不同的作用。全世界有大量的銀屑病患者，而這些研究可以為藥物作用的靶點研究或其抑制劑或激動劑或相關小分子藥物研究鋪平道路，或可以此為依據發現新的治療方案。