表皮分化复合体在寻常型鱼鳞病发病中的机制

李晓燕，安金刚

（1.武警警种学院，北京昌平区南口镇武警警种学院门诊部，北京 102202；2.西安交通大学医学院第二附属医院皮肤科，陕西西安 710004）

表皮分化复合体在寻常型鱼鳞病发病中的机制

李晓燕1，安金刚2

（1.武警警种学院，北京昌平区南口镇武警警种学院门诊部，北京 102202；2.西安交通大学医学院第二附属医院皮肤科，陕西西安 710004）

目的证常的表皮分化对于维护皮肤的屏障功能十分重要。表皮分化复合体定位于人类染色体1q21位点，其编码的蛋白如丝聚合蛋白、兜甲蛋白、S-100等在人类表皮的分化过程中具有决定性的作用。近年来有证据表明表皮分化复合体基因的变异将导致寻常型鱼鳞病。本文将在回顾正常表皮分化过程的基础上，结合最新的研究进展，对表皮分化复合体在寻常型鱼鳞病发病中的作用做一综述。

表皮分化复合体；寻常型鱼鳞病；发病机制

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

机体表皮是一道天然屏障，可以有效地阻止体内水分大量丢失以及外界有害物质的过量吸收。这一重要功能与表皮细胞复杂而精密的分化过程密切相关：分化活跃的基底层细胞依次向上移行，最终形成联结紧密并由脂质包绕的角质层。异常的表皮分化以及病理性的角质化现象在许多皮肤病中都可以见到，鱼鳞病是其中最常见的一种。作为一组以泛发性鳞屑为特征的疾病，大多数鱼鳞病的基因突变位点以及遗传方式都已明确[1]，但是寻常型鱼鳞病的发病基因在相当长的一段时间内并不为人所知。表皮分化复合体(Epidermal differentiation complex，EDC)定位于人类染色体1q21，由数个基因或基因家族构成，这些基因编码的蛋白质决定了表皮分化过程。近来有证据显示EDC中的基因突变在寻常型鱼鳞病的发病过程中起到重要的作用。本文将在回顾正常表皮分化过程的基础上，结合最新的研究进展，对EDC在寻常型鱼鳞病发病中的作用做一综述。

1 表皮的增殖与分化

角质形成细胞由基底层分化至角质层是一个复杂的过程，在分化的不同阶段都有相应的蛋白质表达，如基底层细胞通常表达角蛋白K5和K14。在复杂的细胞间信号通路的共同作用下，大多数基底层细胞逐渐失去增殖能力并向上移行[2-3]。通过棘层后，颗粒层细胞开始表达角蛋白K1、K10以利于角质的形成。除此之外，颗粒层细胞内还产生大量的丝聚合蛋白原。后者裂解形成大约37 kDa的丝聚合蛋白可以聚合角蛋白中间丝，形成致密的角蛋白纤维束，使细胞成扁平的鳞状[4]。兜甲蛋白、外皮蛋白、毛透明蛋白、SPRRs（富含脯氨酸小蛋白）等结构蛋白也在同期表达。最终在转谷氨酰胺酶的作用下，上述蛋白交联形成角质包膜。脂质被分泌于包膜之上，增强皮肤的屏障作用。在健康个体中，基底层细胞的增殖与角质层的脱落之间存在着动态的平衡，但是在一些皮肤病中，这种平衡遭到了破坏。

2 表皮分化复合体

跨度为2Mb的EDC定位于在人类染色体1q21，其中包含了至少45条决定表皮分化的基因。这些基因有的编码角质包膜成分，如兜甲蛋白、外皮蛋白、SPRRs；有的编码S100A家族的钙结合蛋白、晚期角质包膜蛋白(Late cornified envelope，LCE)、毛透明蛋白、丝聚合蛋白[5]。

兜甲蛋白和外皮蛋白是角质包膜的主要成分。兜甲蛋白基因突变导致一种罕见的遗传性皮肤病——残毁性掌跖角皮病，临床以弥漫性角化过度为特征[6]。SPRRs与兜甲蛋白、外皮蛋白之间存在着高度的基因同源性，SPRRs家族包含3个亚家族(SPRR1、SPRR2、SPRR3)，共计17种不同的蛋白质成分。除作为结构蛋白之外，SPRRs还具有基因调节功能，可以抑制细胞增殖、促进分化[7]。在一些角化过度、角化不全性皮肤病中SPRR1和SPRR2高表达，如寻常型银屑病、扁平苔癣；SPRR3在一些表皮肿瘤中的表达量是升高的。

S100A蛋白是一种钙激活的信号蛋白，分子量较低，含有两个钙结合EF-hand模体。15种编码S100A蛋白家族成员(S100A1～S100A14，S100A16)的基因位于EDC[8]。在一些炎症性皮肤病、银屑病以及皮肤肿瘤中，部分S100A蛋白表达量增高，如S100A2、A7、A8、A9、A15。另外在损伤修复的过程中，S100A8、A9的表达也出现上调。

EDC中还包含18种编码不同LCE的基因。LCE与前述蛋白具有高度的基因同源性，表达于表皮分化的晚期。多功能的毛透明蛋白和蛋白丝聚合蛋白在表皮角质化过程中发挥了重要的作用，这两种蛋白的基因被认为由编码角质包膜蛋白与S100蛋白的基因融合而成，结构上多见特异性模体的串联重复[9]。

总之，EDC中包含了一组在结构和进化上都发挥了重要作用的基因，这些基因相互协作共同决定了表皮的分化过程。

3 EDC在寻常型鱼鳞病发病中的作用

寻常型鱼鳞病是一种常见的遗传性皮肤病，常在患者出生后几个月内发病，临床表现为下腹部、四肢广泛分布的鳞屑，手掌纹理增厚。毛发角化病也经常见到。组织学上颗粒层变薄或缺如。在6 051例学龄儿童的流行病学调查中显示，每250例中有一例发病，病情轻重不一。

20年前，有学者首次提出EDC编码的丝聚合蛋白可能在寻常型鱼鳞病发病中起到重要作用[10]。免疫组织化学染色显示相对于正常对照，丝聚合蛋白在患者表皮中的表达量随病情的严重程度而减低，重症患者甚至缺如。近来更多的证据表明患者丝聚合蛋白原在mRNA水平上下降明显，推测其原因可能与转录后的调控缺陷有关。动物模型也支持这一观点[11]，一系名为“鳞尾”(Flaky tail，ft)的隐性突变小鼠表型与寻常型鱼鳞病极其相似。发病的纯合子小鼠(ft/ft）出生后不久即表现为皮肤干燥，覆有弥漫性鳞屑，鼠尾呈环状，爪有缢痕。深入的研究表明该系小鼠表达异常的丝聚合蛋白原，从而不能形成透明角质颗粒，也难以水解成丝聚合蛋白。“鳞尾”鼠发生突变的致病基因，与同位于3号染色体上的编码鼠兜甲蛋白、丝聚合蛋白原的基因位置邻近。Zhong等[12]对2例中国家系进行连锁分析后认为寻常型鱼鳞病的发病基因位于人类染色体1q22，Compton等[13]认为缺失颗粒层的鱼鳞病患者致病基因包含EDC。

可见丝聚合蛋白(FLG)基因的变异在寻常型鱼鳞病发病中的作用十分明确，但是EDC基因尤其是FLG基因的结构复杂性大大限制了人类对突变位点的确认。FLG基因含有三个外显子：1号外显子(15bp)并不被翻译；2号外显子(159bp)含有翻译起始位点；3号外显子(12～14 kb)含有N端结构域以及10～12个长为1 kb的重复序列(编码丝聚合蛋白的蛋白水解片段)[14]。事实上全长扩增3号外显子或者仅仅设计其中10～12个重复序列的引物都十分困难。为此Smith等[15]设计了长链PCR技术并成功扩增了3号外显子，虽然没有能够进行全长测序，他们仍然在14例寻常型鱼鳞病家系中发现了R501X以及2282del4两处突变。两处突变都可以导致终止密码子的提前形成，并最终阻断丝聚合蛋白的合成。对家系疾病谱的分析表明对于纯合子个体，该病属于半显性遗传。2例杂合子个体并没有表现出任何临床症状，说明该病为不完全外显率。在欧洲人群中两处突变等位基因的共显率为4%左右。Sandilands等[16]分析了6例爱尔兰寻常型鱼鳞病家系，进一步证实了上述观点，并发现了一处新的突变点3702delG。当3702delG与R501X共显时，患者的临床症状更加严重。Gruber等[14]的研究发现21例重症寻常型鱼鳞病患者中有15例存在R501X以及2282del4突变，但是被研究对象无论是纯合子、复合杂合子甚至单纯杂合子都有严重表型，除此之外，尚有6例患者不存在上述突变。这就提示在这些患者中可能存在着新的等位或非等位基因变异。最近有研究者首次报导非欧洲血统人群中的研究结果，日本寻常型鱼鳞病家系不存在R501X以及2282del4突变，其特征性的突变是3321delA以及S2554X[17]。这两处突变同样使得终止密码子提前形成，组织病理显示患者的角质层几乎完全消失。总之，虽然在欧洲以及东方人群中FLG突变位点并不相同，FLG基因变异在寻常型鱼鳞病发病中的作用是明确的。当然更多的研究需要深入展开，如前述所有的突变位点都出现于3号外显子的重复序列中，决定N末端结构的序列中是否存在新的变异尚未可知。

4 结语与展望

寻常型鱼鳞病是一种常见的遗传性皮肤病，可以严重影响患者的工作学习。以往由于发病机制不明，治疗手段单一，疗效并不满意。最新的研究显示EDC中FLG基因突变将导致寻常型鱼鳞病的发生，这一发现明确了疾病的发病机制，为寻常型鱼鳞病的基因治疗打下良好的基础。可以相信随着后基因组时代的到来，人类攻克寻常型鱼鳞病等遗传性皮肤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]刘玉梅,高歆婧,田歆,等.残毁型掌跖角化病GJB2和LOR基因突变研究[J].中华医学遗传学杂志,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)

安金刚。E-mail：anjg2008@126.com