表皮分化復(fù)合體在尋常型魚(yú)鱗病發(fā)病中的機(jī)制

李曉燕，安金剛

（1.武警警種學(xué)院，北京昌平區(qū)南口鎮(zhèn)武警警種學(xué)院門(mén)診部，北京 102202；2.西安交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院第二附屬醫(yī)院皮膚科，陜西西安 710004）

表皮分化復(fù)合體在尋常型魚(yú)鱗病發(fā)病中的機(jī)制

李曉燕1，安金剛2

（1.武警警種學(xué)院，北京昌平區(qū)南口鎮(zhèn)武警警種學(xué)院門(mén)診部，北京 102202；2.西安交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院第二附屬醫(yī)院皮膚科，陜西西安 710004）

目的證常的表皮分化對(duì)于維護(hù)皮膚的屏障功能十分重要。表皮分化復(fù)合體定位于人類(lèi)染色體1q21位點(diǎn)，其編碼的蛋白如絲聚合蛋白、兜甲蛋白、S-100等在人類(lèi)表皮的分化過(guò)程中具有決定性的作用。近年來(lái)有證據(jù)表明表皮分化復(fù)合體基因的變異將導(dǎo)致尋常型魚(yú)鱗病。本文將在回顧正常表皮分化過(guò)程的基礎(chǔ)上，結(jié)合最新的研究進(jìn)展，對(duì)表皮分化復(fù)合體在尋常型魚(yú)鱗病發(fā)病中的作用做一綜述。

表皮分化復(fù)合體；尋常型魚(yú)鱗?。话l(fā)病機(jī)制

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

機(jī)體表皮是一道天然屏障，可以有效地阻止體內(nèi)水分大量丟失以及外界有害物質(zhì)的過(guò)量吸收。這一重要功能與表皮細(xì)胞復(fù)雜而精密的分化過(guò)程密切相關(guān)：分化活躍的基底層細(xì)胞依次向上移行，最終形成聯(lián)結(jié)緊密并由脂質(zhì)包繞的角質(zhì)層。異常的表皮分化以及病理性的角質(zhì)化現(xiàn)象在許多皮膚病中都可以見(jiàn)到，魚(yú)鱗病是其中最常見(jiàn)的一種。作為一組以泛發(fā)性鱗屑為特征的疾病，大多數(shù)魚(yú)鱗病的基因突變位點(diǎn)以及遺傳方式都已明確[1]，但是尋常型魚(yú)鱗病的發(fā)病基因在相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi)并不為人所知。表皮分化復(fù)合體(Epidermal differentiation complex，EDC)定位于人類(lèi)染色體1q21，由數(shù)個(gè)基因或基因家族構(gòu)成，這些基因編碼的蛋白質(zhì)決定了表皮分化過(guò)程。近來(lái)有證據(jù)顯示EDC中的基因突變?cè)趯こＰ汪~(yú)鱗病的發(fā)病過(guò)程中起到重要的作用。本文將在回顧正常表皮分化過(guò)程的基礎(chǔ)上，結(jié)合最新的研究進(jìn)展，對(duì)EDC在尋常型魚(yú)鱗病發(fā)病中的作用做一綜述。

1 表皮的增殖與分化

角質(zhì)形成細(xì)胞由基底層分化至角質(zhì)層是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，在分化的不同階段都有相應(yīng)的蛋白質(zhì)表達(dá)，如基底層細(xì)胞通常表達(dá)角蛋白K5和K14。在復(fù)雜的細(xì)胞間信號(hào)通路的共同作用下，大多數(shù)基底層細(xì)胞逐漸失去增殖能力并向上移行[2-3]。通過(guò)棘層后，顆粒層細(xì)胞開(kāi)始表達(dá)角蛋白K1、K10以利于角質(zhì)的形成。除此之外，顆粒層細(xì)胞內(nèi)還產(chǎn)生大量的絲聚合蛋白原。后者裂解形成大約37 kDa的絲聚合蛋白可以聚合角蛋白中間絲，形成致密的角蛋白纖維束，使細(xì)胞成扁平的鱗狀[4]。兜甲蛋白、外皮蛋白、毛透明蛋白、SPRRs（富含脯氨酸小蛋白）等結(jié)構(gòu)蛋白也在同期表達(dá)。最終在轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶的作用下，上述蛋白交聯(lián)形成角質(zhì)包膜。脂質(zhì)被分泌于包膜之上，增強(qiáng)皮膚的屏障作用。在健康個(gè)體中，基底層細(xì)胞的增殖與角質(zhì)層的脫落之間存在著動(dòng)態(tài)的平衡，但是在一些皮膚病中，這種平衡遭到了破壞。

2 表皮分化復(fù)合體

跨度為2Mb的EDC定位于在人類(lèi)染色體1q21，其中包含了至少45條決定表皮分化的基因。這些基因有的編碼角質(zhì)包膜成分，如兜甲蛋白、外皮蛋白、SPRRs；有的編碼S100A家族的鈣結(jié)合蛋白、晚期角質(zhì)包膜蛋白(Late cornified envelope，LCE)、毛透明蛋白、絲聚合蛋白[5]。

兜甲蛋白和外皮蛋白是角質(zhì)包膜的主要成分。兜甲蛋白基因突變導(dǎo)致一種罕見(jiàn)的遺傳性皮膚病——?dú)垰哉契沤瞧げ。R床以彌漫性角化過(guò)度為特征[6]。SPRRs與兜甲蛋白、外皮蛋白之間存在著高度的基因同源性，SPRRs家族包含3個(gè)亞家族(SPRR1、SPRR2、SPRR3)，共計(jì)17種不同的蛋白質(zhì)成分。除作為結(jié)構(gòu)蛋白之外，SPRRs還具有基因調(diào)節(jié)功能，可以抑制細(xì)胞增殖、促進(jìn)分化[7]。在一些角化過(guò)度、角化不全性皮膚病中SPRR1和SPRR2高表達(dá)，如尋常型銀屑病、扁平苔癬；SPRR3在一些表皮腫瘤中的表達(dá)量是升高的。

S100A蛋白是一種鈣激活的信號(hào)蛋白，分子量較低，含有兩個(gè)鈣結(jié)合EF-hand模體。15種編碼S100A蛋白家族成員(S100A1～S100A14，S100A16)的基因位于EDC[8]。在一些炎癥性皮膚病、銀屑病以及皮膚腫瘤中，部分S100A蛋白表達(dá)量增高，如S100A2、A7、A8、A9、A15。另外在損傷修復(fù)的過(guò)程中，S100A8、A9的表達(dá)也出現(xiàn)上調(diào)。

EDC中還包含18種編碼不同LCE的基因。LCE與前述蛋白具有高度的基因同源性，表達(dá)于表皮分化的晚期。多功能的毛透明蛋白和蛋白絲聚合蛋白在表皮角質(zhì)化過(guò)程中發(fā)揮了重要的作用，這兩種蛋白的基因被認(rèn)為由編碼角質(zhì)包膜蛋白與S100蛋白的基因融合而成，結(jié)構(gòu)上多見(jiàn)特異性模體的串聯(lián)重復(fù)[9]。

總之，EDC中包含了一組在結(jié)構(gòu)和進(jìn)化上都發(fā)揮了重要作用的基因，這些基因相互協(xié)作共同決定了表皮的分化過(guò)程。

3 EDC在尋常型魚(yú)鱗病發(fā)病中的作用

尋常型魚(yú)鱗病是一種常見(jiàn)的遺傳性皮膚病，常在患者出生后幾個(gè)月內(nèi)發(fā)病，臨床表現(xiàn)為下腹部、四肢廣泛分布的鱗屑，手掌紋理增厚。毛發(fā)角化病也經(jīng)常見(jiàn)到。組織學(xué)上顆粒層變薄或缺如。在6 051例學(xué)齡兒童的流行病學(xué)調(diào)查中顯示，每250例中有一例發(fā)病，病情輕重不一。

20年前，有學(xué)者首次提出EDC編碼的絲聚合蛋白可能在尋常型魚(yú)鱗病發(fā)病中起到重要作用[10]。免疫組織化學(xué)染色顯示相對(duì)于正常對(duì)照，絲聚合蛋白在患者表皮中的表達(dá)量隨病情的嚴(yán)重程度而減低，重癥患者甚至缺如。近來(lái)更多的證據(jù)表明患者絲聚合蛋白原在mRNA水平上下降明顯，推測(cè)其原因可能與轉(zhuǎn)錄后的調(diào)控缺陷有關(guān)。動(dòng)物模型也支持這一觀點(diǎn)[11]，一系名為“鱗尾”(Flaky tail，ft)的隱性突變小鼠表型與尋常型魚(yú)鱗病極其相似。發(fā)病的純合子小鼠(ft/ft）出生后不久即表現(xiàn)為皮膚干燥，覆有彌漫性鱗屑，鼠尾呈環(huán)狀，爪有縊痕。深入的研究表明該系小鼠表達(dá)異常的絲聚合蛋白原，從而不能形成透明角質(zhì)顆粒，也難以水解成絲聚合蛋白?！镑[尾”鼠發(fā)生突變的致病基因，與同位于3號(hào)染色體上的編碼鼠兜甲蛋白、絲聚合蛋白原的基因位置鄰近。Zhong等[12]對(duì)2例中國(guó)家系進(jìn)行連鎖分析后認(rèn)為尋常型魚(yú)鱗病的發(fā)病基因位于人類(lèi)染色體1q22，Compton等[13]認(rèn)為缺失顆粒層的魚(yú)鱗病患者致病基因包含EDC。

可見(jiàn)絲聚合蛋白(FLG)基因的變異在尋常型魚(yú)鱗病發(fā)病中的作用十分明確，但是EDC基因尤其是FLG基因的結(jié)構(gòu)復(fù)雜性大大限制了人類(lèi)對(duì)突變位點(diǎn)的確認(rèn)。FLG基因含有三個(gè)外顯子：1號(hào)外顯子(15bp)并不被翻譯；2號(hào)外顯子(159bp)含有翻譯起始位點(diǎn)；3號(hào)外顯子(12～14 kb)含有N端結(jié)構(gòu)域以及10～12個(gè)長(zhǎng)為1 kb的重復(fù)序列(編碼絲聚合蛋白的蛋白水解片段)[14]。事實(shí)上全長(zhǎng)擴(kuò)增3號(hào)外顯子或者僅僅設(shè)計(jì)其中10～12個(gè)重復(fù)序列的引物都十分困難。為此Smith等[15]設(shè)計(jì)了長(zhǎng)鏈PCR技術(shù)并成功擴(kuò)增了3號(hào)外顯子，雖然沒(méi)有能夠進(jìn)行全長(zhǎng)測(cè)序，他們?nèi)匀辉?4例尋常型魚(yú)鱗病家系中發(fā)現(xiàn)了R501X以及2282del4兩處突變。兩處突變都可以導(dǎo)致終止密碼子的提前形成，并最終阻斷絲聚合蛋白的合成。對(duì)家系疾病譜的分析表明對(duì)于純合子個(gè)體，該病屬于半顯性遺傳。2例雜合子個(gè)體并沒(méi)有表現(xiàn)出任何臨床癥狀，說(shuō)明該病為不完全外顯率。在歐洲人群中兩處突變等位基因的共顯率為4%左右。Sandilands等[16]分析了6例愛(ài)爾蘭尋常型魚(yú)鱗病家系，進(jìn)一步證實(shí)了上述觀點(diǎn)，并發(fā)現(xiàn)了一處新的突變點(diǎn)3702delG。當(dāng)3702delG與R501X共顯時(shí)，患者的臨床癥狀更加嚴(yán)重。Gruber等[14]的研究發(fā)現(xiàn)21例重癥尋常型魚(yú)鱗病患者中有15例存在R501X以及2282del4突變，但是被研究對(duì)象無(wú)論是純合子、復(fù)合雜合子甚至單純雜合子都有嚴(yán)重表型，除此之外，尚有6例患者不存在上述突變。這就提示在這些患者中可能存在著新的等位或非等位基因變異。最近有研究者首次報(bào)導(dǎo)非歐洲血統(tǒng)人群中的研究結(jié)果，日本尋常型魚(yú)鱗病家系不存在R501X以及2282del4突變，其特征性的突變是3321delA以及S2554X[17]。這兩處突變同樣使得終止密碼子提前形成，組織病理顯示患者的角質(zhì)層幾乎完全消失?？傊?，雖然在歐洲以及東方人群中FLG突變位點(diǎn)并不相同，F(xiàn)LG基因變異在尋常型魚(yú)鱗病發(fā)病中的作用是明確的。當(dāng)然更多的研究需要深入展開(kāi)，如前述所有的突變位點(diǎn)都出現(xiàn)于3號(hào)外顯子的重復(fù)序列中，決定N末端結(jié)構(gòu)的序列中是否存在新的變異尚未可知。

4 結(jié)語(yǔ)與展望

尋常型魚(yú)鱗病是一種常見(jiàn)的遺傳性皮膚病，可以嚴(yán)重影響患者的工作學(xué)習(xí)。以往由于發(fā)病機(jī)制不明，治療手段單一，療效并不滿(mǎn)意。最新的研究顯示EDC中FLG基因突變將導(dǎo)致尋常型魚(yú)鱗病的發(fā)生，這一發(fā)現(xiàn)明確了疾病的發(fā)病機(jī)制，為尋常型魚(yú)鱗病的基因治療打下良好的基礎(chǔ)?？梢韵嘈烹S著后基因組時(shí)代的到來(lái)，人類(lèi)攻克尋常型魚(yú)鱗病等遺傳性皮膚病的前景是令人鼓舞的。

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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)

安金剛。E-mail：anjg2008@126.com