皮膚位於人體體表最外層,具有屏障功能
一方面皮膚具有對外界機械性、物理性、化學性、細菌等微生物損傷的防護作用,保護著體內各個重要臟器;同時,正常皮膚對光有吸收能力,基底層的黑素細胞產生的黑素也能吸收緊外線,對防止紫外線引起的皮膚光損傷起防護作用。
另一方面可防止體內營養物質、水分等的丟失,維持皮膚的含水量,使皮膚滋潤。如果皮膚不完整,如:燒傷患者皮膚受損,失去瞭對外界微生物的防護作用,而且燒傷創面沒有皮膚保護,組織液滲出引起營養物質和水分丟失,嚴重的燒傷會危及生命。
皮膚的屏障功能是皮膚科最基本的問題之一
在健康皮膚研究領域,皮膚屏障結構的形成涉及蛋白質分化表達、脂質合成和分泌等一系列生理代謝活動,在臨床皮膚疾病方面,皮膚屏障結構的異常則貫穿在眾多相關皮膚疾病的病因病理過程之中。深入研究皮膚的屏障功能,或從皮膚屏障功能的視角審視眾多皮膚病,可能會有新的啟發和認識。
皮膚屏障功能解析
廣義上看來,皮膚的屏障功能不僅僅指其物理性屏障作用,還應包括皮膚的色素屏
障作用、神經屏障作用、免疫屏障作用以及其他與皮膚功能相關的諸多方面;狹義的皮膚屏障功能通常指表皮尤其是角質層的物理性或機械性屏障結構,本文將對此進行重點討論。
從細胞分化和組織形成的角度來看,皮膚的物理性屏障功能不僅依賴於表皮角質
層,而且依賴於表皮全層結構:從生化組成和功能作用方面看來,表皮的物理性屏障結構不僅和表皮的脂質有關,也和表皮的各種蛋白質、水、無機鹽以及其他代謝產物密切相關。這些成分的任何異常都會影響皮膚的屏障功能,不同程度地參與或觸發臨床皮膚,疾病的病因及病理過程。下面試從皮膚的基本結構和生化組成入手,在不同層次上對皮膚物理性屏障功能加以解析。
(一)表皮蛋白質終末分化及其屏障作用
在表皮細胞從基底層向棘細胞層、顆粒層、角質層的移行過程中,角質形成細胞歷經一系列生長分化,最後成為無生命的角質細胞。在這一變化過程中,表皮蛋白質的特,異性表達有兩種含義:在形式上代表細胞的不同分化階段,在結果上導致產牛完全角質化的細胞套膜(cornified envelope),後者正是表皮角質層屏障結構的物質基礎,上述涉及的蛋白質主要有兩類,即細胞角蛋白(keratin)和角蛋白中間絲相關蛋白(keratinintermediate filaments-associated protein. KIFAP),現分述如下。
1,角蛋白的介化表達及臨床意義 角蛋白是表皮細胞的主要結構蛋白,呈纖維狀,
直徑約10nm,屬於中間絲傢族。根據角蛋白基因核酸序列的同源性將其外為兩型, 1型分子量較小,呈酸性, 11型分子量較大,呈堿性。成熟的角蛋白纖維是由1型和11型以1:1比例聚合而成的異種二聚體,因此在表皮中角蛋白是成對表達的。基底層細胞處於未分化狀態,具有生長分裂能力,細胞中特異性表達角蛋白5/14,即增生特異性K5/K14 (圖1-7);細胞一進人到棘細胞層就出現瞭KI/K10角蛋白對,
的表達,即分化特異性K1/K10 (圖1-8)。
角蛋白的不同表達不僅代表瞭表皮細胞的不同分化階段,也能反映不同的組織類型。如在掌蹠部位表皮基底層還表達K2e/K9; K6K16角蛋白在正常表皮看不到,而主要表達在毛囊外毛根鞘和皮脂腺導管部位; K15在表皮和毛囊都很少表達,而主要出現在外泌汗腺及支氣管上皮; K17在正常表皮中不出現,而在病理狀態下如銀屑病,扁平苔蘚等則強表達(圖1-9)。
角蛋白基因的正確表達和角蛋白細胞骨架的完整構建是表皮物理性屏障結構的基,礎。角蛋白的基因突變或其他先天性缺陷將直接影響表皮組織結構的完整性,導致出現一系列以皮膚屏障結構損害為主要臨床特征的皮膚疾病,如表1-1.
2、中間絲相關蛋白的分化表達及臨床意義
在表皮細胞問終術分化的過程中,不僅包括上還角蛋白的特異性務化表達,而且也
涉及到一系列重要的中間絲相關蛋日,如絲聚合蛋白(flaggrin),兜甲蛋白(lorcnn),
內皮蛋日 (involucrin ),用質形成細胞轉谷院胺牌( transglutaminaseofkeratinoeyte,
TGk),小分子富含脯氨酸蛋日( small prolne rich proteins, SPRP's)等。其Flaggrin
主要存在於表皮顆粒層和透明層,其功能是與角蛋白中間絲相互作用,凝聚形成致密的,角蛋白纖維束,從而形成角質細胞扁平堅韌的支架結構; TGk表達在棘細胞層的中上部,主要催化角質套膜蛋白如Involucrin, Loricrin等交叉連接,形成異常不溶性的角質套膜,這種角質套膜包裹角蛋白纖維束,形成表皮獨特的角質層屏障結構。 Filaggrin和TGk的特異性組織表達見圖1-10和圖1-11.
TGk可催化角質包膜蛋白形成(e-, Y-谷氨酰)賴氨酸交叉連接,這種鍵賦予角質層異常的不溶性,可以抵抗蛋白酶的消化,可以短時間內耐受酸堿的刺激,也可以抵抗致病微生物的入侵。健康的皮膚角質層可以控制水分的丟失,沒有角質層水分丟失10倍以上。過度水合作用可削弱角質層的水屏障作用,促使外界物質透皮吸收增加。臨床上常用封包療法來提高外用藥物的治療效果,就是基於這一原理。
中間絲相關蛋白是形成皮膚角質層屏障結構的重要物質,相關的基因突變或先天性缺陷將導致這些蛋白質的異常表達,從而導致一系列以皮膚屏障功能損傷為特征的皮膚病癥,如表1-2.
(二)結構性脂類及其屏障作用
結構性脂類是指表皮各層尤其是角質層的細胞間脂質,它們是表皮結構的組成部分,與皮膚組織一起進行新陳代謝;與此對應的是遊離性脂類,後者是皮膚表面水脂膜( hydro-lipid film)中的脂質,是皮脂腺的分泌產物。兩者在來源、生化組成及功能作用等方面均有區別,因此應分別論述。
1,結構性脂類的合成與分泌 結構性脂類是構成皮膚物理性屏障結構的重要組成部分。人們用磚墻模式來形容皮膚角質層的組織結構,上述由角蛋白和中間絲相關蛋白終末分化而形成的角質細胞套膜,就是這種磚墻結構中的磚塊,而細胞間脂質則是磚塊,之間的灰漿。細胞間脂質由棘細胞合成,以板層小體或Orland小體的形式分佈在胞質內,在棘細胞向上移行分化過程中,這些板層小體逐漸移向細胞周邊並與細胞膜融合,最後以胞吐的形式排出到細胞間隙,或隨著細胞終末分化、角化、塌陷而成為與原胞體相連的細胞間成分(圖1-12)。
2.結構性脂類的組成特點 從生化組成來看,細胞間脂質在從棘細胞向角質細胞的分化過程中發生瞭顯著變化,即極性脂類迅速減少,而中性脂類逐漸增加,尤其是鞘脂類如神經酰胺,後者儲水保濕能力卓越,是化妝品中經常使用的保濕原料;從結構特,點來看,細胞間脂質具有明顯的生物膜雙分子層結構,即親脂基團向內,親水基團向外,形成水脂相間的多層夾心結構。這種結構有兩種意義:一方面它保留瞭生物膜的半通透或選擇性通透的性質,有利於某些小分子營養物質如電解質的吸收滲透,另一方面它結合瞭一部分水分子而把後者固定下來,這些水分就是所謂的結合水,即使在很幹燥的情況下結合水也不會丟失。
3.脂質屏障結構異常與相關性皮膚病 細胞間脂質的上述特點與皮膚角質層屏障保持水分的能力密切相關。結構性脂質的任何變化包括數量的減少或組成比例的變化,都會直接影響皮膚的屏障結構,導致透皮水分丟失(Transepidermal water loss TEWL)增加、皮膚幹燥、脫屑等。以X性連鎖隱性遺傳角鱗病為例,患者由於基因缺陷導致類固醇硫酸脂酶缺乏,從而不能正常代謝角質層中的類固醇硫酸鹽,後者在角質細胞間的堆積影響瞭細胞間脂質的正常結構,最終出現片狀脫屑,皮膚幹燥,屏障結構破壞.臨床上表現為角鱗病。還有許多皮膚病伴有結構性脂質的代謝異常而發生相應的臨床癥狀,如表1-3.
從上述可以看出,脂質性屏障的異常不僅僅降低皮膚的儲水保濕功能,也直接影響,
角質形成細胞的生長與分化調節,影響健康角質層的形成,而後者正是皮膚物理性屏障結構的核心部分。
(三)皮膚水脂膜及其屏障作用
覆蓋在皮膚表面的這層水脂膜(hydro-lipid film)又稱皮膚脂膜、脂化膜、水化膜
等,是皮膚屏障結構的最外層防線。其中的水分來自汗腺分泌和透表皮的水分蒸發,脂類來自皮脂腺的分泌產物,除此以外還有許多表皮代謝產物、無機鹽等。
1,皮脂的組成及其作用 如前所述,水脂膜中的脂類屬於遊離性脂類,由皮脂腺
細胞以全漿分泌形式分泌並分佈於皮膚表面。皮脂腺的脂質組成與細胞間脂質有很大區別,皮脂的標志性成分是角鯊烯,而角質層脂質的標志性成分是神經酰胺。如表1-4所示。
皮脂中的脂質至少有兩種功能:一是潤滑皮膚,二是減少皮膚表面的水分蒸發。過
洗滌可除去皮膚的皮脂,破壞皮膚的水化膜屏障,造成皮膚幹燥和透皮水分去失增,增加,這是老年性皮膚,癢癥的發病基礎。瞭解皮脂的組成特點對研究開發理想的保濕護膚產品非常重要,通過添加類似皮脂成分的保濕劑不但可以恢復潤滑皮膚的作用,也有助於修復受損的皮膚表面屏障結構,減少皮膚幹燥,緩解瘙癢。
2,影響皮脂分泌的因素 許多因素影響皮脂腺的分泌功能,如
(1)年齡:人的一生中皮脂腺分泌呈雙峰現象,即剛出生時為第一次高峰,此時受母體激素的影響,皮脂腺分泌旺盛,容易發生脂溢性皮炎和新生兒瘡;隨後皮脂腺分泌逐漸減少,全兒童期皮膚幹燥,容易催患單純糠疹、特應性皮炎等皮膚病;青春期隨內分泌變化尤其是雄性激素的刺激,皮脂脲的分泌再次達到高峰;以後隨著年齡增,
長、老化皮脂分泌逐漸下降,皮脂脲委縮。
(2)性別:一般情況下各年酸段男性比女性皮脂分泌多,尤其是老年組,女性在絕經期後皮脂分泌急劇下降,而老年男性直至70歲仍有一定的皮脂分泌。
(3)人種:資料較少。有色人種尤其黑人皮脂分泌比白人多一些。
(4)藥物:長期服用糖皮質激素可促進皮脂腺增生,分泌增加;外源性雄性激素可直接刺激皮脂脲增生,雌激素則有抑制皮脂腺分泌的作用;口服維A酸類藥物可抑
制皮脂脲的分泌,利尿藥螺內酯因競爭結合雄激素受體也有類似作用。
(5)其他:如膳食營養、環境濕度、溫度等對皮脂腺的分泌也有一定影響。
(四)天然保濕因子(natural moisturizing factor, NMF)
皮膚水脂膜中除瞭上述脂類和水分外,還有許多代謝產物或水溶性物質,在皮膚屏
障結構中,它們具有重要的保持水分功能,因此被稱之為天然保濕因子(NMF),其組
成經測定如表1-5.
NMF的這些成分不僅存在與表皮水脂膜,也分佈在角質層細胞間隙中。它們與蛋白質和脂質一起使角質層保持一定的含水量,並在一定程度上維持角質層內外的水分平衡。皮膚屏障結構的破壞將使NMF流失,皮膚的保濕作用也會下降。在化妝品領域研究NMF的保濕機理和應用是一個熱門課題,對保濕護膚類化妝品的開發有重要價值。
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