特应性皮炎相关细胞因子对皮肤屏障的影响

张南 王莲 刘莲 张自晖 蒋献

四川大学华西医院皮肤科，成都 610041

特应性皮炎（atopic dermatitis，AD）发病机制复杂，可能与遗传、环境、免疫和皮肤屏障功能改变有关，而免疫异常是其发病的关键环节。既往认为，AD为经典Th1/Th2失衡疾病，但随着新CD4+T细胞亚群Th17、Th22细胞的发现，证实这4种T细胞亚型均可通过分泌各种细胞因子在AD的不同阶段参与致病［1］。这些细胞因子在AD不同病程时期分泌量不同，在不同人种、年龄和疾病严重程度AD患者中的组成也不同，如亚洲AD患者Th17细胞明显极化［2］；AD儿童中存在Th1和Th2细胞失衡，而成年AD患者皮肤中Th22细胞数更高［3］；重度AD患者外周血Th2和Th22细胞增加，但Th17细胞增加不明显［4］。这些失调的细胞因子能从多角度影响皮肤屏障功能，包括下调角质形成细胞分化基因的表达，改变皮肤屏障结构。本文就AD中细胞因子对皮肤屏障的影响做一综述。

一、表皮屏障

表皮中的许多结构及成分对皮肤屏障功能有重要作用，包括角蛋白、丝聚蛋白、角化包膜、细胞间连接、蛋白酶及蛋白酶抑制剂、脂质等，当它们的功能和结构被破坏时，皮肤屏障功能将被削弱。

角蛋白是角质形成细胞的主要结构蛋白，属于分化标志物。表皮细胞分化过程中还伴随丝聚蛋白、内披蛋白、兜甲蛋白、小分子富含脯氨酸蛋白等的表达。丝聚蛋白与角蛋白形成致密的纤维束，构成坚韧的骨架结构，兜甲蛋白、内披蛋白、小分子富含脯氨酸蛋白在转谷氨酰胺酶的催化作用下交叉形成不溶于水的角化包膜。丝聚蛋白原在酶解作用下裂解为丝聚蛋白单体，在角质层上部，被降解产生天然保湿因子，是维持角质层水合和表皮酸碱度的关键，这个过程由胱天蛋白酶14、钙蛋白酶1和博来霉素调节［5］。

细胞间连接包括角质层的角化桥粒和紧密连接，角化桥粒包括角化桥粒蛋白、桥粒芯糖蛋白、桥粒糖蛋白，紧密连接主要包括密封蛋白、闭合蛋白、带状闭合蛋白1～3。角质细胞的脱落主要是由激肽释放酶5和7水解角化桥粒调节，这些蛋白酶的活性随pH增加而增强。其活性也受多种蛋白酶抑制剂严格调控，包括丝氨酸蛋白酶抑制剂Kazal-5型基因编码的淋巴Kazal-5型丝氨酸蛋白酶抑制剂［6］。

角质层主要的脂质成分包括神经酰胺、脂肪酸和胆固醇，它们形成渗透屏障，能防止蒸发失水。神经酰胺作用最为关键，其中ω羟基神经酰胺不可或缺，其存在于每个角质细胞表面，通过转谷氨酰胺酶1与内披蛋白支架结合［5］。神经酰胺合成途径包括从头合成途径及酶解途径。从头合成途径关键酶为丝氨酸棕榈酰转移酶；酶解途径主要酶包括鞘磷脂酶和葡萄糖基神经酰胺酶。

二、表皮分化复合物

表皮分化复合物基因呈簇状分布于染色体1q21上，编码主要分化蛋白和参与角化包膜的形成。其中包括丝聚蛋白、内披蛋白、兜甲蛋白、小分子富含脯氨酸蛋白和钙结合蛋白1～13（S100A1-A13）。表皮分化复合物与表皮的终末分化密切相关。［7］

三、Th2型细胞因子对皮肤屏障的影响

Th2细胞是AD发病中的主要免疫细胞，在AD的疾病进程中主要分泌白细胞介素4（IL-4）、IL-5、IL-13、IL-31，其中IL-4、IL-13和IL-31对皮肤屏障功能影响研究较为广泛。

1.IL-4：Danso等［8］发现，IL-4能降低丝聚蛋白、兜甲蛋白和角蛋白10基因及蛋白水平。正常人角质形成细胞和HaCaT中，IL-4、IL-13显著减少丝聚蛋白、淋巴Kazal-5型丝氨酸蛋白酶抑制剂和半胱天冬酶14 mRNA表达，同时增加激肽释放酶5和7、通道活化的丝氨酸蛋白酶1 mRNA表达［9］。重组人表皮角化模型中［10］，IL-4下调丝氨酸棕榈酰转移酶2和葡萄糖基神经酰胺酶基因的转录，且下调葡萄糖基神经酰胺酶的酶活性，鞘磷脂酶基因表达减少，但其酶活性却轻微增加。这些改变导致神经酰胺合成减少，其中ω羟基神经酰胺下降最为显著，从而进一步破坏角质层的完整性。

Morizane等［11］用IL-4刺激正常人表皮角质形成细胞后，激肽释放酶7的mRNA表达和酶活性均增加，从而促进角化桥粒蛋白的降解，破坏角质层连接，增加经皮水分丢失。但Hatano等研究表明［12］，IL-4注射后的小鼠角质层中角化桥粒含量减少，IL-4能减少桥粒芯糖蛋白1基因和蛋白的表达，激肽释放酶7基因表达增加，但总丝氨酸蛋白酶活性未改变，提示IL-4可不依赖激肽释放酶直接调节细胞间凝聚力。另有研究显示，IL-4处理的人原代角质形成细胞中角化桥粒蛋白基因表达减少［13］。IL-4除了影响角化蛋白表达，还能减少紧密连接分子的表达。IL-4和IL-13分别处理人角质形成细胞后，均出现细胞表面E钙黏蛋白和β联蛋白表达减少［14］。此外，IL-4还能显著抑制密封蛋白1在人皮肤中的表达［15］。

2.IL-13：AD患者的血清和皮损中IL-13表达水平升高。IL-13受体包括1个与IL-4相同的受体IL-4Rα及另外2个同源受体IL-13Rα1和IL-13Rα2，故IL-13和IL-4可通过共同受体发挥类似的作用，两者均可降低表皮分化复合物基因的表达，促进角质细胞的脱落，增加经皮水分丢失。［16］

IL-4、IL-13对角质形成细胞的影响是多途径的。Amano等［17］通过基因本体论发现，IL-4和IL-13均下调角质形成细胞分化相关基因组，siRNA沉默信号转导和转录激活因子3（STAT3）后，丝聚蛋白和兜甲蛋白mRNA的表达上调，而沉默STAT6对丝聚蛋白和兜甲蛋白无明显影响，推测IL-4和IL-13可通过STAT3通路调节角质形成细胞分化。近期的分子机制研究发现［18］，STAT6竞争性地抑制p300/CBP与兜甲蛋白转录复合体的结合，从而抑制兜甲蛋白基因的转录。此外，IL-4和IL-13还能刺激角质形成细胞表达胸腺基质淋巴细胞生成素，通过激活角质形成细胞STAT3和细胞外信号调节激酶，抑制丝聚蛋白的表达［19］。胸腺基质淋巴细胞生成素在急性和慢性AD皮损中表达增加，能激活树突细胞以促进IL-4、IL-13分泌，加剧Th2炎症反应的应答。

Dupilumab是抗IL-4Rα受体拮抗剂，能阻断IL-4及IL-13活性，是目前第一个用于治疗成人中重度AD的生物制剂，在2 447例成人AD患者的Ⅲ期试验中取得较好的临床疗效，湿疹面积严重指数、AD评分、皮肤生活质量评分和瘙痒等级评分均有改善［20］。

3.IL-31：AD皮损中IL-31 mRNA和蛋白水平均升高，外周血IL-31水平与AD患者的病情严重度成正比，且主要介导瘙痒产生［21］。IL-31也影响角质形成细胞分化、细胞连接和脂质水平。皮肤3D模型中［22］，IL-31下调丝聚蛋白、半胱天冬酶14、激肽释放酶7、桥粒糖蛋白1和2、桥粒芯糖蛋白1和4基因表达。Singh等［23］在重组人IL-31（rIL-31）注射后的小鼠模型中发现，IL-31可促进基底细胞增殖并诱导表皮增厚，小鼠表皮明显增厚，且Ki-67阳性细胞数增加；IL-31还能增加其他促进增殖和皮肤重塑的细胞因子表达，包括IL-6、IL-1β等；同时，rIL-31注射后小鼠经皮水分丢失值在第7和14天均较注射生理氯化钠溶液对照组明显升高，提示屏障功能破坏。IL-31还影响紧密连接E钙黏蛋白、β联蛋白、密封蛋白1的表达［13-14］，并能减少ω-羟基神经酰胺水平，影响脂质组成［8］。

四、Th22细胞因子对皮肤屏障的影响

Th2型细胞因子的作用并不能解释慢性AD患者的表皮增厚，Th22细胞的浸润和大量IL-22的产生进一步推动了疾病向慢性期转化，在这一阶段，IL-22与γ干扰素（IFN-γ）共同诱导表皮增生。

Th22细胞主要分泌IL-22，其在急性期表达增加，且含量与AD的严重程度呈正相关［24］。IL-22转基因小鼠表皮较野生型小鼠增厚，且IL-22处理后的人类表皮模型，桥粒芯糖蛋白1、钙调蛋白样蛋白5、角蛋白10基因表达减少［25］。角蛋白10是终末分化的角质形成细胞的特征，其缺乏会造成表皮完整性受损。钙调蛋白样蛋白5是一种钙结合蛋白，与转谷氨酰胺酶3相互作用，影响角化包膜的形成。此外，加入IL-22的人原代角质形成细胞中［26］，除丝聚蛋白原、角蛋白1和10基因表达减少外，另一分化标志物激肽释放酶7基因的表达也减少，提示IL-22抑制角质形成细胞分化，且抑制细胞间连接，使桥粒糖蛋白1基因表达减少，导致渗透性增加。Boniface等［27］发现，IL-22诱导角质形成细胞增生，导致重组人表皮增厚，而这种效应并不是由于基底细胞增殖增加，而是因表皮分化被抑制引起。将IL-22Tg（+）转基因小鼠浸入甲苯胺蓝溶液，小鼠皮肤完全着色，提示皮肤通透性明显增加，且暴露于屋尘螨过敏原后易出现皮炎表现，进一步PCR检测发现，IL-22能减少原代角质形成细胞中丝聚蛋白2、密封蛋白1和转谷氨酰胺酶3基因表达［28］。

五、Th1细胞因子对皮肤屏障的影响

在AD慢性期，极化Th1细胞产生IFN-γ。正常人角质形成细胞和永生化上皮角质形成细胞（HaCaT）中，与IL-4、IL-13作用相反，IFN-γ能显著增加丝聚蛋白和淋巴Kazal-5型丝氨酸蛋白酶抑制剂mRNA的表达，显著减少激肽释放酶5和7、通道活化的丝氨酸蛋白酶1 mRNA表达，同时增加胱天蛋白酶14 mRNA表达［9］。IFN-γ可上调E钙黏蛋白和β联蛋白表达，增加角质形成细胞间的连接［13］。此外，IFN-γ通过上调丝氨酸棕榈酰转移酶1和2、鞘磷脂酶及葡萄糖基神经酰胺酶转录，并增加葡萄糖基神经酰胺酶活性，从而增加角质层神经酰胺水平，这些结果与IFN-γ减少经皮水分丢失一致［10］。培养的角质形成细胞中，IFN-γ下调长链脂肪酸延长酶以及神经酰胺合成酶mRNA的表达，从而使神经酰胺中游离脂肪酸链长度减少，这些改变引起脂质组成异常并导致皮肤屏障破坏［29］。

六、Th17细胞因子对皮肤屏障的影响

Th17细胞是近年来新发现的CD4+T细胞亚群，主要产生IL-17和IL-22，是角质形成细胞中抗菌肽的重要调节因子。急性AD患者外周血和皮损中Th17细胞数量增加，但慢性AD患者Th17细胞产生的IL-17减少，这种现象被认为是Th2细胞因子抑制了Th17细胞的产生和活化［30］，从而减少抗菌肽的产生，这可能解释了为什么AD患者较银屑病患者易发生感染。

培养的人角质形成细胞中，IL-17可减少丝聚蛋白原和其加工酶的基因表达，且蛋白印迹法表明，IL-17能降低丝聚蛋白单体含量［31］。3D皮肤模型中，IL-17处理后表皮变薄，丝聚蛋白及其DNA水平较空白对照组降低，且S100A7表达明显上调，S100A7是一个控制细胞增殖和分化的蛋白，且具有抗菌肽活性。同时还观察到IL-17能抑制分化相关标志物丝聚蛋白2、兜甲蛋白、角蛋白10的表达［32］。体外培养的角质形成细胞中，IL-17可下调密封蛋白7、E钙黏蛋白、带状闭合蛋白2以及各种整合素基因表达，同时组织染色观察到E钙黏蛋白、带状闭合蛋白1蛋白水平下降，削弱了角质形成细胞间的连接［33］。人皮肤类似物模型中，IL-17下调带状闭合蛋白1、密封蛋白1和4蛋白的表达［34］。

七、上皮细胞来源细胞因子对皮肤屏障的影响

胸腺基质淋巴细胞生成素、IL-33和IL-25可由上皮细胞分泌，这3种细胞因子均可诱发Th2型炎症反应，且可相互作用促进炎症发展。除间接损伤皮肤屏障外，近期研究表明，IL-25和IL-33可直接影响屏障功能。IL-25是一种新发现的细胞因子，属于IL-17家族，也被称为IL-17E。在AD患者皮损中［35］，IL-25及其受体IL-17Rh1含量均升高，用IL-25处理正常人原代角质形成细胞后，丝聚蛋白mRNA水平下降。IL-33是IL-1家族成员，由于其在组织损伤、生理应激状态或皮肤搔抓后释放，故被称为“预警素”，在AD患者的皮肤和小鼠AD样皮损中表达上调。在单层培养的角质形成细胞中［36］，IL-4上调IL-33 mRNA表达，IL-33明显下调丝聚蛋白和内披蛋白mRNA表达，且经IL-33处理的人表皮类似物中有核细胞层厚度明显减少，但在3D皮肤模型中未观察到IL-33对分化相关蛋白基因表达的影响。另一研究显示［37］，IL-33能减少皮肤丝聚蛋白水平。因此，IL-33可能直接或间接引起表皮屏障损伤，从而在AD局部炎症反应中起关键作用。

八、结语

除Dupilumab外，抗IL-13单克隆抗体Lebrikizumab和Tralokinuma、抗IL-31单克隆抗体Nemolizumab、抗IL-22抗体Fezakinumab在二期临床试验中证实均可改善AD患者严重程度评分及皮肤受累面积［38］。近年来，生物靶向治疗的进展使得细胞因子在AD发病中的作用受到关注。本文仅综述了部分细胞因子对皮肤物理屏障影响的进展，更多的免疫因子对物理屏障、微生物屏障（如金黄色葡萄球菌）、化学屏障（如抗菌肽）的影响有待进一步研究。免疫网络庞大而错综复杂，很难完全预测每一细胞因子在疾病中的单一作用，无论免疫失调和屏障受损何者为因果，免疫与屏障之间的关系都值得进一步探究，以便更深入了解AD的发病机制，探索更有效的治疗方法。