兜甲蛋白与皮肤病

张芳 赵恬 罗权 张三泉 张锡宝

兜甲蛋白与皮肤病

张芳 赵恬 罗权 张三泉 张锡宝

兜甲蛋白是角质包膜的主要组成成分，对表皮的屏障功能起重要作用。该基因的表达调控受多个转录因子之间复杂的相互作用共同调控。兜甲蛋白基因突变可导致兜甲蛋白角皮症，突变体兜甲蛋白发生核易位干扰了角质形成细胞的终末分化，从而引起相应临床表型。兜甲蛋白在特应性皮炎和银屑病皮损内亦出现表达减少，其表达异常受相关细胞因子的影响。

皮肤疾病；基因表达调控；突变；银屑病；兜甲蛋白；皮肤屏障

兜甲蛋白基因结构与内披蛋白相似，该基因全长2 422 bp，有2个外显子，其中外显子1不参与编码。1992年，Yoneda用人类cDNA克隆技术分离出具有特征性的人兜甲蛋白cDNA基因，通过对人-鼠体细胞杂交分析，用生物标记的染色体DNA克隆进行原位杂交，把该基因定位于1q21上，该区域被称作表皮分化复合体，主要编码对角质形成细胞分化和角质层功能起重要作用的结构蛋白和调节蛋白。

2 兜甲蛋白基因的调控

兜甲蛋白基因转录启动子区位于TATA框上游13bp处的AP1结合位点，其表达受SP1、cAMP反应元件结合蛋白（CREB）、激活蛋白1和2等转录因子之间复杂的相互作用共同调控［3］。早期研究显示，细胞外Ca2+及维A酸对兜甲蛋白的表达起调节作用，对于无血清培养液中的人角质形成细胞，只有当胞外Ca2+浓度 >0.1 mmol/L时才有兜甲蛋白的表达，在维A酸浓度在10-9～10-7mol/L时则可完全阻断Ca2+诱导的兜甲蛋白 mRNA 表达［4］。Kawachi等［5］学者研究了鼠兜甲蛋白基因的近端启动子序列发现了上调兜甲蛋白表达的正向转录因子GATA家族的转录因子GATA-3，其以分化依赖性方式在角质形成细胞内表达，研究表明，其通过与c-Fos和Sp1合作，协同激活兜甲蛋白基因的表达。有报道显示，GATA-3在银屑病和创面愈合处的表达下调，而GATA-3表达缺失的小鼠出现了表皮的异常增生和角化过度。最近有研究发现，GATA-3可抑制人角质形成细胞增殖指数PCNA和Ki67的表达，当该转录因子沉默时可致细胞早期（角蛋白 1和10）和晚期（内披蛋白和兜甲蛋白）分化标记物的表达降低［6］。近期有研究表明，POU结构域蛋白（Oct-6和Oct-11）通过与AP1和Sp1/Sp3蛋白的相互作用可抑制兜甲蛋白的转录，POU结构域转录因子属同源结构域蛋白超家族，Oct-6和Oct-11主要在表皮的基底层细胞表达，调节角质形成细胞的增殖和分化［7］。

3 兜甲蛋白基因突变所致的皮肤病

兜甲蛋白基因独特的杂合子插入突变可导致一些先天性皮肤病，且临床表型各有差异，其中包括火棉胶婴儿、变异性残毁性掌跖角化症（VS）及进行性对称性红斑角化症（PSEK）等，它们被统称为兜甲蛋白角皮症（LK）。

3.1 火棉胶婴儿：Yeh等［8］报道1例出生时表现为火棉胶婴儿的22岁男子，后期发展为变异性VS，进行基因组测序确定为兜甲蛋白基因的插入突变（730insG）。该作者回顾已报道的10例LK患者，发现共有4种不同的兜甲蛋白基因突变，分别为730insG、662insT、709insC、578 insG（c.545-546insG），其中730insG变异最常见，且各个家系的临床表现均略有不同，其中36%患者出生时表现为火棉胶婴儿，故作者认为，火棉胶婴儿是部分LK患者的首发临床表现。Hotz等［9］近期报道了两种新的杂合突变，1例为多碱基对插入（c.646-647insGCAGCAGGTC），3例患者为单个T核苷酸重复（c.798-799 dupT），其中有3例患者出生时表现为火棉胶婴儿。近期又报道了1例出生时表现为火棉胶婴儿的LK患儿，基因检测为兜甲蛋白基因微缺失导致的移码突变（c.660-661delGC）［10］。

3.2 VS：是一种常染色体显性遗传病，目前已发现2个致病相关位点，且其基因型与表型之间存在对应关系。对伴有听力损害者称为经典型VS，与连接蛋白26基因的错义突变相关联，致病基因GJB2定位于13q11-q12上；而伴发鱼鳞病者称为变异型VS，与兜甲蛋白基因的插入突变有关，定位在染色体1q21上。刘玉梅等［11］报道了1例伴有先天性感音性耳聋亦伴发寻常型鱼鳞病的患儿，检测出一个新型的错义突变，即兜甲蛋白基因c.A796insG，作者将其归类为变异型VS。

3.3 进行性对称性红斑角化症：PSEK的致病基因可能为兜甲蛋白基因，有作者报道了1例合并假阿洪征的PSEK日本家系患者，其兜甲蛋白基因发生移码突变（709insC）［12］。但有学者认为，上述家系出现该基因突变是因该家系所患疾病可能是变异型VS而非PSEK，因其伴有的假阿洪征多见于VS而几乎未见于PSEK患者。目前为止，该基因突变在PSEK的其他家系中还未得到过重复验证。

4 兜甲蛋白基因突变致病机制

对LK皮损的研究显示，其角质形成细胞脆性增加，基础渗透屏障功能异常，但修复动力学加速［13］。利用基因工程小鼠证实，兜甲蛋白基因缺陷的小鼠可表现为胚胎发育期皮肤屏障形成延迟，与野生型对照组相比，出生时小鼠皮肤出现先天性红皮病样的光泽透亮肌肤，角质层稳定性下降，角质包膜的表达减少及机械应力易感性增加，但在这些小鼠中并未检测到表皮屏障功能受损，且皮肤表型在出生4～5 d后消失，推测可能与其他角质包膜成分的代偿性表达升高有关［14］。通过在超微结构水平对兜甲蛋白定位发现，野生型兜甲蛋白弥漫分布于颗粒层细胞胞质和胞核中，而突变体兜甲蛋白仅分布于核仁周围及核质中，考虑到其仅在细胞核内表达而不参与角质包膜交联，故推测其并不直接干预角质包膜的形成，而是通过影响核蛋白和（或）核酸功能，从而干扰角质形成细胞的终末分化［15］。突变体兜甲蛋白之所以会出现核聚集，是由于兜甲蛋白是一个富含甘氨酸的蛋白且基因中包含许多编码甘氨酸（GGX）密码子，当碱基插入引起移码突变后出现较多编码精氨酸（AGG和CGG）密码子，富含精氨酸的序列产生双边核定位信号导致突变体兜甲蛋白出现核易位［1］。虽然突变体兜甲蛋白的异常定位与LK的表型特征之间的关系尚不清楚，但小鼠模型的证据表明，LK表型是由获得功能的突变体兜甲蛋白引起，而非野生型兜甲蛋白的缺失。

5 兜甲蛋白表达异常相关皮肤病

5.1 特应性皮炎（AD）：研究表明，AD患者皮损内兜甲蛋白和内披蛋白的表达减少，其原因可能是AD患者在急性期皮损内过表达IL-4和IL-13细胞因子，两者显著抑制了兜甲蛋白和内披蛋白的诱导表达，使角质包膜支架产生缺陷，主要表现为角质层脆性增加、经表皮水分丢失增多及角质层水合作用减少。研究还表明，该调节是通过激活STAT-6信号转导通路而发挥作用，而该通路已被证实为下调先天性免疫应答的重要组分之一，故推测AD患者皮损内过度表达的Th2细胞因子通过STAT-6依赖途径抑制了兜甲蛋白和内披蛋白的表达［16］。近年有学者对AD小鼠模型的背部皮肤检测亦发现，兜甲蛋白的表达水平显著下降，且其表达受丝聚蛋白水平的影响［17］。

5.2 银屑病：在银屑病患者皮损与非皮损区亦检测到兜甲蛋白和丝聚蛋白的表达不足。因肿瘤坏死因子（TNF）α在银屑病皮损内的过表达在发病机制中起关键作用，故有学者对其与表皮屏障蛋白之间的关系进行了研究，结果表明，TNF-α呈剂量依赖性方式显著抑制了角质形成细胞内丝聚蛋白和兜甲蛋白基因的表达。在对银屑病患者使用TNF-α拮抗剂治疗12周后，患者皮损内丝聚蛋白和兜甲蛋白的表达显著升高，故作者认为，TNF-α拮抗剂可通过提高屏障蛋白的表达改善银屑病患者的皮肤屏障功能［18］。

6 结语

兜甲蛋白基因突变影响角质形成细胞的终末分化及其表达异常使皮肤屏障功能受损导致了临床表型的发生发展，但在兜甲蛋白基因的调控机制方面尚待更全面的研究，突变体兜甲蛋白核易位引起角质形成细胞终末分化异常的机制及与临床表型之间的关系等亦有待进一步探讨。

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Loricrin and skin diseases

Zhang Fang*,Zhao Tian,Luo Quan,Zhang Sanquan,Zhang Xibao.
*Department of Dermatology,Guangzhou Institute of Dermatology,Guangzhou 510095,China

Zhang Xibao,Email:zxibao@126.com

Loricrin,as the major component of the cornified envelope,plays an important role in epidermal barrier function.The expression of loricrin gene is co-regulated by complex interactions between multiple transcription factors.Loricrin gene mutations can lead to loricrin keratoderma.Nuclear translocation of mutant loricrin can interfere with terminal differentiation of keratinocytes,and cause corresponding clinical phenotypes.In addition,the expression of loricrin is decreased in lesions of atopic dermatitis and psoriasis,which may be attributed to some cytokines.

Skin diseases;Gene expression regulation;Mutation;Psoriasis;Loricrin;Skin barrier

表皮的终末分化过程不仅包括表皮终末分化特异性角蛋白的表达，而且还涉及其他几种重要的角蛋白中间丝相关蛋白，包括丝聚合蛋白、兜甲蛋白（LOR）、内披蛋白和小的富含脯氨酸的蛋白（SPRR）。在表皮颗粒层内，兜甲蛋白沉积于质膜下方，并交联其他20余种胞质蛋白，如内披蛋白、SPRR、S100等，通过转谷氨酰胺酶的交叉连接作用，共同形成了15～20 nm厚的角质包膜，是角质包膜的主要成分，约占其总质量的70%。

1 兜甲蛋白及其基因的结构与功能［1-2］

兜甲蛋白的相对分子质量为26 000，由315个氨基酸组成，为富含甘氨酸-丝氨酸-半胱氨酸的高度不溶性的碱性蛋白，是角蛋白透明颗粒中的高硫成分。兜甲蛋白分子两端为高谷氨酰胺赖氨酸末端，中间为3个高甘氨酸-丝氨酸组成的甘氨酸环基元，其间由两个小的高谷氨酰胺区分割，这些脂肪族氨基酸常形成串联的类重复序列。这种高甘氨酸丝氨酸序列可以形成一种类似角蛋白的Ω环，通过这种环结构，兜甲蛋白可以将角蛋白纤维丝固定在细胞周边角质包膜上。

10.3760/cma.j.issn.1673-4173.2015.05.015

国家自然科学基金（81071286）

510095广州市皮肤病防治所（张芳、赵恬、罗权、张三泉、张锡宝）；广东医学院（张芳）；广州医科大学（赵恬）

张锡宝，Email:zxibao@126.com

本文主要缩写：LOR：兜甲蛋白，SPRR：小的富含脯氨酸的蛋白，CREB：cAMP反应元件结合蛋白，VS：残毁性掌跖角化症；PSEK：进行性对称性红斑角化症；LK：兜甲蛋白角皮症

2014-09-25）