经表皮水分流失与皮肤屏障的遗传学研究

汪小蒙 杨 森,2

皮肤对危险物质的进入和水的流出有独特的障碍，对维持机体内环境的稳定起着重要的作用，尽管有其屏障功能，但仍有水分不断蒸发，这些蒸发水大部分来自底层组织，通过角质层到外部环境，经表皮水分流失(TEWL)值是反映水分从皮肤表面蒸发量的大小，是评价皮肤屏障功能的生理参数之一，在皮肤屏障功能研究中应用广泛，影响皮肤屏障功能的环境因素相关的研究很多，而关于遗传因素的研究则相对较少，皮肤屏障的遗传学研究从遗传角度解释皮肤屏障的人群差异及功能受损机制，为理解皮肤屏障受损原因乃至治疗皮肤疾病等提供了新的思路。

1 TEWL与皮肤屏障

1.1 TEWL与皮肤屏障的关系 人体皮肤是身体与环境之间的主要屏障，皮肤的屏障性质主要存在于表皮外层15 μm，即角质层，由角质细胞及脂质构成，其主要功能为防止水分流失以及避免环境中的化合物渗入至表皮层和真皮层而引发免疫反应。皮肤可以防止紫外线辐射，并分别通过色素沉淀和角化过程作为TEWL的屏障[1]， TEWL是测量水份从真皮和表皮的较深水合层向皮肤表面扩散的通量密度，通常以g/m2·h表示，用于确定表皮渗透性屏障状态，评价皮肤屏障功能[2]，有确切的证据表明，TEWL增加与皮肤屏障功能障碍相关，而正常或减少的TEWL被认为是完整或恢复的皮肤屏障的指标[3]。

1.2 TEWL的影响因素

TEWL值受角质层的状态和功能的影响，作为衡定皮肤屏障功能最重要的参数之一,TEWL值可能受到解剖部位、出汗量、皮肤表面温度、个体异质性、空气对流、环境温度、环境湿度和仪器等影响，此外还有研究指出TEWL值会受被测者的心理压力、吸烟、皮肤微循环功能等因素影响[4-6]。不同年龄段的人群，TEWL值也有所不同，老年人的TEWL值较年轻人低，其原因可能是：(1)老年皮肤的角质层较厚；(2)老年皮肤的角质层中含有更多的氢键结合水分子；(3)老年皮肤的角质层具有更高的有序脂质组织；(4)老年皮肤的角质层具有较高的天然保湿因子浓度[7]。足月新生儿的TEWL值较成人高，其原因是婴幼儿与成年人角质层的结构差异以及皮肤乳头的密度和分布不同，从而导致婴幼儿皮肤屏障功能较弱，并表现为水处理性能较差[8]，早产儿的TEWL值也被发现较足月新生儿高[9]。德国一项研究对18～64岁健康人群的TEWL值进行了meta分析，研究结果显示TEWL值的最低部位是乳房区域的皮肤，为2.3 g/m2·h，最高部位是腋窝区域的皮肤，为44.0 g/m2·h[10]。 一项足月新生儿TEWL值的研究显示，足月新生儿的早期有一个完整的内外皮肤屏障，其TEWL值显示正态分布(7.06±3.41 g/m2·h)，这项研究建立了一个规范的健康足月婴儿TEWL值的数据库[11]。以上这些研究为健康人群的皮肤屏障功能的参数标准值提供了重要参考。

2 TEWL与皮肤屏障相关基因

皮肤屏障相关基因有很多，包括中间丝相关蛋白(filaggrin，FLG)、紧密连接蛋白1(claudin-1，CLDNl)、角质层糜蛋白酶(human tissue kallikreins7，KLK7)、肥大细胞糜蛋白酶(mastcell chymase，CMA1/MCC)、丝氨酸肽酶抑制剂Kazal 5型(serine peptidase inhibitor Kazal type 5,SPINK5) 和胱胺蛋白(cystatin A，CSTA)等，皮肤屏障相关基因的突变，均可导致皮肤屏障功能缺陷，使受损皮肤TEWL值升高，从而导致特应性皮炎等相关疾病发生，在皮肤屏障的遗传学研究中发现，某些基因的突变或缺失与TEWL值的升高或降低存在相关性，从而证明这些基因在维护皮肤屏障功能中起着重要作用,以下列举研究中发现的几种与TEWL值相关的基因。

2.1 FLG与TEWL FLG编码由角质形成细胞产生的丝聚蛋白，其单体的交联将角蛋白丝聚集成紧密束。在角质层的下层，FLG通过肽基精氨酸脱亚氨酶(PAD)1，PAD3，半胱天冬酶14，钙蛋白酶1和博来霉素水解酶进一步加工成吸湿氨基酸极其衍生物，其衍生物称为天然保湿因子，在角质层水合中起主要作用，负责角质层的强度和完整性，并调节皮肤对水和抗原的渗透性[12,13]。丝聚蛋白(FLG)基因的突变存在于高达50%的中度至重度特应性皮炎患者中[14]，而在一项婴儿特应性湿疹的研究中显示FLG突变与TEWL增加显着相关[15]，表明婴儿特应性湿疹的发生与FLG突变有关。

2.2 SPINK5与TEWL SPINK5编码蛋白质产物淋巴上皮型Kazal型相关抑制剂(LEKTI)，是一种丝氨酸蛋白酶抑制剂，其作用是抑制丝氨酸蛋白酶激肽释放酶5(KLK5)，LEKTI与KLL7、KLK14共同参与调节脱屑过程[16]。皮肤屏障的完整性被认为是抗IgE介导的食物过敏的关键保护因素，在一项研究SPINK5变体和IgE介导的食物过敏之间的遗传关联研究中，TEWL的分析数据初步证实了与食物过敏相关的SPINK5单核苷酸多态性对皮肤屏障通透性有隐性作用，研究显示SPINK5变体rs9325071与食物过敏有关，并且证实了该SNP与升高的TEWL相关联[17]。

2.3 CLDN与TEWL CLDN为细胞间的连接蛋白，对皮肤屏障起重要作用，同时还参与细胞的增殖与分化[18,19]， CLDN1编码的蛋白质为表皮紧密连接蛋白-1，该蛋白质对于经皮水分流失起重要作用[20]，在小鼠身上敲除Cldn-1后可导致TEWL增加，并导致小鼠出生后第一天内死亡[21]，TEWL的增加不是因为紧密连接屏障功能降低[22]，而是因为角质层水分渗透性的增加[23]。还有研究显示CLDN1表达在特应性皮炎患者的皮损中下调，这些变化是由炎症引发,CLDN1(3q28)的基因变异与特应性皮炎发生的风险及疾病的严重程度相关[24,25]。

2.4 PPARG、ACACB与TEWL PPARG(Peroxisome proliferator-activated receptor gamma)过氧化物酶体增殖物激活γ受体在皮肤生理中的作用是激活aVects细胞增殖，调节细胞分化，免疫应答和细胞凋亡[26,27]。ACACB(Acetyl coenzyme A carboxylase beta)乙酰辅酶A羧化酶β的作用是参与游离脂肪酸合成，小鼠的皮肤屏障破坏后可测得该酶的mRNA表达增加[28]。在一项研究保湿剂影响皮肤屏障功能的机制实验中发现， PPARG和ACACB mRNA表达与TEWL呈线性负相关[29]，从而为鉴定其在正常屏障功能中的作用提供了重要依据。

2.5 S100A8与TEWL S100A8属于S100家族蛋白质，在特应性皮炎的急性期起着重要作用[36]，国外一项研究发现，在Serpinb3a KO小鼠中发现S100A8的诱导显着减弱，且TEWL与S100A8 mRNA表达水平相关，从而推测Serpinb3a可能影响S100A8表达，并引起TEWL增加[37]。

2.6 TEWL与其他相关基因 在皮肤屏障功能的遗传学研究的动物模型中，发现某些基因的突变或缺失会影响其TEWL值。例如过度表达KLK7的老鼠所测量的TEWL值降低[30]，在敲除基因N-WASP后的小鼠身上可以发现其屏障功能缺陷及TEWL增加，并出现特应性皮炎样炎症[31]，Ctip2在老鼠表皮中的选择性消融后可导致表皮增生受损，TEWL增加[32]，BLT2基因缺陷的小鼠表现出较高的TEWL[34]。最新一项研究设计一种转基因小鼠模型，使其在角蛋白14启动子的控制下过度表达与单纯疱疹VP16结构域连锁的人类PXR基因，研究结果显示转基因小鼠TEWL增加，表明PXR的活化可能导致皮肤屏障受损[35]。

这些研究通过发现某些基因与TEWL之间的相关性，从而在一定程度上证明了这些基因对于维持表皮稳态和保护性屏障的形成中起着重要作用，为了解人类皮肤屏障功能的遗传因素提供了有利参考。

3 TEWL与皮肤屏障功能的遗传学研究

为了检测遗传变异与经表皮失水率之间的潜在相关性，国内一项研究首次对基底TEWL进行了全基因组关联研究(GWAS)，发现位于9号染色体9q34.3区域的一系列突变位点与TEWL密切相关，这些位点位于一个3.34kb的强连锁区域内，最显著的信号rs11103631位于FCN1与OLFM1基因之间[38]，表观遗传学研究结果显示包含该信号的连锁不平衡区段表现出不同的的活性增强子标志，从而影响纤维胶凝蛋白1(FCN1)的表达。FCN1在基底角质细胞中表达，参与调控老化人群的皮肤屏障修复[40],该位点的突变会导致经皮失水率增高，使屏障功能减退，故推测rs11103631突变是通过改变FCN1基因的表达，进一步影响皮肤屏障功能。该研究是首次针对汉族健康人群的皮肤屏障功能进行全基因组关联研究，从遗传角度解释了人群的皮肤屏障功能之间的差异性。

国外另一项研究为了解皮肤表皮屏障功能恢复情况，在角质层剥离后的2 h,6 h,18 h,30 h和72 h 5个时间点进行TEWL测量，并收集表皮样品提取总RNA，使用DermArray cDNA进行微阵列分析。结果显示老年人的屏障恢复较年轻人延迟，表皮cDNA微阵列的分析显示延迟原因可能与KRT6B及SPPR1B基因(编码角质蛋白)延迟诱导有关，在这项研究中，TEWL测量提供了屏障恢复动力学的宏观视图，是屏障功能的总体评估，而微阵列分析按时间顺序确定了表皮恢复期间发生的主要分子过程，加深了对基础表皮恢复过程中各种生物功能的理解，二者相结合，为研究皮肤的屏障功能提供了更全面的信息[40]。

4 结语

皮肤屏障的遗传学研究从遗传角度解释皮肤屏障受损机理及人群差异，经表皮水分流失(TEWL)作为一种简单、无创的测量内在皮肤屏障功能的工具，运用范围广泛，将TEWL与皮肤屏障的遗传学研究有机的融合在一起，为探索皮肤屏障的遗传因素提供了新的方法和思路，未来在皮肤屏障的遗传学研究中的应用会越来越广泛。