国外医学皮肤性病学分册2000年第26卷第1期

中国医学科学院张良芬（编译)

皮肤病研究所中国协和医科大学吴勤学（审校）

摘要不同的酶（β－葡萄糖脑苷脂酶，磷脂酶A2，蛋白酶和胆固醇硫酸酯酶）在表皮屏障功能的形成和维护中起着重要作用。这些不同酶中的一种或多种活性的丧失或增强可改变表皮稳态的平衡，导致某些具特征性的疾病。此外，特殊的酶可能在开发新的皮肤化妆品方面显示潜在能力。

关键词：表皮自稳皮肤酶皮肤病

表皮的主要作用是形成屏障，该屏障可阻止有害化学物质或微生物的穿透而保护机体，还可阻止表皮内水分流失而调节细胞内外的物质交换。表皮的最外层为角质层，是在脂质环境中由扁平角化的细胞（角质细胞）形成的板层状结构，它确保了表皮的屏障功能。基底层的表皮细胞（角质形成细胞，KC）逐渐成熟向上移行产生角质层，这种成熟过程主要包括：增殖和分化，角质包膜的形成，细胞间脂质间隙的的形成和脱屑等一系列变化。表皮在分化过程中不断地更新着屏障的成分，确保了表皮的最适功能。所有这些变化都是由细胞内外的酶来调节（机制尚不明），而所有的酶活性都反映表皮的稳态过程。表皮屏障模型通常被描述为简单的砖墙结构，而不考虑它的复杂性，尤其是角质层的动力学，后者源于表皮机构控制着酶和底物浓度，确保最适屏障功能。不同的皮肤病理学反映了这种结构和机理的复杂性：如一些先天性皮肤病，以在脱屑过程中（滞留引起角化过度）或在形成过程中（增殖引起角化过度）的功能障碍为特征，即因与角化过程有关的一种酶先天缺乏或修饰而致。

一、增殖和分化

生长因子受体与配体的结合刺激KC增殖。如表皮细胞生长因子（EGF，一种促有丝分裂多肽，对细胞分化和形态发生具有重要调节作用）的受体激活可刺激磷脂酶C产生特异的4，5二磷酸脂酰肌醇（PIP2），PIP2水解生成两个第二信使：1，4，5三磷酸肌醇（IP3）和二酰基甘油（DAG）。IP3是一种水溶性化合物，控制着钙通道的开放，使胞浆内钙增高，留在膜内的DAG与存在于胞浆膜内侧单层磷脂酰丝氨酸协同作用，在胞浆内游离钙的参与下，导致蛋白激酶C激活（主要作用于丝氨酸或苏氨酸残基引起其他蛋白质磷酸化）而产生增殖过程激活。另代表不足1%的酪氨酸磷酸化作用，也是关键的一步，实际上表皮细胞蛋白质磷酸-酪氨酸基团的更新与其有丝分裂指数有关。磷酸化作用可能是KC分化最首要的特异过程之一。实验证实人KC经钙和离子载体的处理可引起核周C-Ser酪氨酸激酶活性迅速增加，这种作用与分化过程相关。这些磷酸化激活机制的调节包括一种通过抗衡激酶活性迅速增加，这种作用与分化过程相关。这些磷酸化激活机制的调节包括一种通过抗衡激酶作用而在表皮的生长控制中起循环作用的磷酸酶活性。已证实一种胞浆酪氨酸磷酸酶可对其EGF受体本身和其它底物去磷酸化。而且，整个表皮都有一种酸性磷酸酶活性，且这种活性自基底层至角质层是增加的，即随着分化程度的增加而增加。

二、角质包膜的形成

表皮KC终末分化的一个主要方面是合成角质包膜。角质包膜是一种坚韧难溶的蛋白质-脂质（90%蛋白质，10%脂质）结构，它组成了角质细胞的壁，在颗粒层和角质层的界面合成，位于KC胞浆膜下。转谷氨酰胺酶是合成的关键酶，它催化角质包膜前体蛋白质间横向异位肽键的形成。主要的前体是：包壳蛋白、loricrine和细丝聚集素，这些蛋白质富含半胱氨酸、毛透明蛋白和中间体角蛋白丝。转谷氨酰胺酶组成钙依赖酶家族，且在KC以3种形式表达：1、转谷氨酰胺酶1或转谷氨酰胺酶K，与浆膜有关，其功能主要是在角质包膜中形成共价键。先在胞浆合成，当N-末端一个脂肪酸侧链（棕榈酸或肉豆蔻酸）实现转导后的乙酰化后再插入胞浆膜。在KC培养物中，维A酸类促进该酶停留在胞浆的状态，影响酶的表达及角质包膜的形成。2、转谷氨酰胺酶2或转谷氨酰胺酶C，认为它的作用是与凋亡现象而不是角质包膜的形成有关。3、转谷氨酰胺酶3，同转谷氨酰胺酶1一样是一种网状组织酶，对角质包膜的一种主要前体loricrine有高度亲和力，它以蛋白酶的形式合成，通过裂解蛋白的一部分来调节其活性。

三、板状双层的形成

角质层的细胞间隙赋予皮肤屏障作用，在棘层和粒层中通过板层小体（Odland小体）的细胞外水解酶作用而形成。这些水解酶催化脂质（如磷脂或葡糖脑苷脂）极性部分的水解。产生亲脂性强的分子实体，主要包括葡糖苷酶，磷脂酶，神经鞘磷脂酶，硫酸酶和酯酶。神经酰胺长链与游离脂肪酸链、胆固醇和胆固醇硫酸酯形成板层状结构决定皮肤的通透性。葡糖苷酶中β－葡糖脑苷脂酶在表皮中起首要作用，它们天然底物β－葡糖脑苷脂水解为占细胞间脂质重量40%的神经酰胺。实验证实，环氧化物抑制剂β-溴环已烯四醇可导致角质层间隙非成熟膜结构的持续存在，结果经皮水分丢失增加，可见酶对于屏障功能形成的重要性。而且，脂质结构的紊乱（如给皮肤涂上丙酮）与表皮该酶活性增加有关，以相应的ARNm增加为特征。

在屏障中酶的活性作为一种功能需要被调节，当屏障功能紊乱时，可立即激发一系列反应重建皮肤最适的通透控制特性。在表皮的粒层上部，磷酯特别是游离脂肪酸的消失表明细胞间存在磷脂酶A（PLA2）。有人在培养的KC胞浆中发现了cPLA2，但注意到在微粒存在另一种富含二硫键的分泌型PLA2，用二硫苏糖醇处理后可观察到该酶活性被部分抑制。近年研究表明给小鼠皮肤局部外用分泌型PLA2抑制剂后导致磷脂增加而游离脂肪酸减少，显微镜下可见结构异常，经皮水分丢失增加，皮肤屏障功能改变。

胆固醇因确保在脂质中的最适流动性在皮肤屏障功能中亦起重要作用，它大部分产生于表皮的再合成，一部分来自胆固醇硫酸酯，它本身是位于细胞间隙的胆固醇硫酸酯酶的底物。虽然胆固醇硫酸酯的确切作用还不明确，但发现它在颗粒层含量最多（占脂质总量5%），随着分化而降低，在角质层的表面，因胆固醇硫酸酯酶的作用，仅含1.5%。胆固醇硫酸酯生理浓度的增加导致异常脱屑，表现为皮肤角化过度。可见产生脂质产物的水解酶活性基团的精细调节才能确保角质层动态生物学平衡必须的最适通透性。

已在Odland小体上观察到其它水解酶如酯酶和神经鞘磷脂酶，它们参与神经鞘磷脂（神经鞘磷脂和磷脂是KC胞浆膜的主要成分）的降解，有助于生成与板状双层结合的神经酰胺。它们的活性有赖于Odland小体的产生，也是由屏障功能的需要来调节，随年龄而减小。

四、脱屑

脱屑是表面角质细胞间粘着力丧失的过程，通过水解皮肤表面角质细胞间连接的蛋白质结构（角质桥粒）来实现。研究表明给一个角质层标本加入一种丝氨酸蛋白酶抑制剂可阻断正常情况下将之浸入有表面张力活性的两性溶液中经丝氨酸蛋白酶作用观察到的解聚。已从皮肤表层的浸出物中分离并鉴定了胰蛋白酶类和糜蛋白酶类位于神经酰胺双层的非连接处、角质层以及Odland小体，胰蛋白酶类可能既是角质细胞内的，与角蛋白细丝有关，又是角质细胞外的，即位于神经酰胺双层。这些内源性蛋白酶在角质层的第一层具有高度局限的表面活性，推测靠一种胰蛋白酶原激活作用产生胰蛋白酶类的蛋白酶活性，而糜蛋白酶类则是从Odland小体以酶原形式释放，经胰蛋白酶类蛋白水解后才具有活性。

五、表皮的稳态

板状脂质双层中的细胞间隙是屏障功能的保证，许多研究已表明填充于细胞间隙的脂质量和百分比制约皮肤各处的通透性。这种屏障功能是脂质和角质桥粒等被精细组织的结果。屏障组织的任何紊乱都导致经表皮的出汗（为诱发即刻细胞反应的第一个现象）：在Odland小体外形成和分泌酶和脂质成分，既有DNA又有脂质前体（葡糖脑苷脂，磷脂）的合成。动物实验证实了这点，如用丙酮脱脂的无毛鼠，引起必需脂肪酸营养供应障碍，剥脱皮肤产生类似结果。除了那些由食物激发并被证实在形成皮肤正常板层结构中必不可少的与亚油酸缺乏有关的以外，稳态反应能重建角质层特性。在屏障功能中与脂质调节有关的其他啮齿动物皮肤实验研究分别证实了角质层脱脂后的胆固醇和神经鞘磷脂生物合成顺序。如羟甲基戊二酰辅酶A（HMG-CoA)还原酶（胆固醇生物合成的限速酶），屏障改变后2小时其活性成倍增加，而丝氨酸棕榈酰转移酶（神经鞘磷脂生物合成的限速酶）活性，脱脂处理后6小时才达高峰。这种酶活性的顺序证实了皮肤屏障功能削弱（表现为经皮丢失水分增加）时表皮胆固醇生物合成是为了修复细胞间隙脂质的组织，这样便可恢复角层正常的通透性能。事实证明给脱脂的小鼠皮肤分别外用HMG-CoA还原酶抑制剂（β-氯丙氨酸）可延长屏障功能的修复。外用氟伐他汀使生理修复延长12小时，而外用β-氯丙氨酸则正好在表皮改变后6小时开始延长，持续24小时以上。无论是用人造膜封闭变化的表皮以修复屏障功能还是将它们浸入钾或钙溶液中以阻断与外界环境的交换，均不见Odland小体合成和分泌脂质。阻断真皮内水分出汗的结果充分肯定了经皮丢失水分的作用是稳态过程的第一步。

六、与皮肤病有关的皮肤酶活性的改变

许多皮肤病都与因角化问题所致的表皮增生和角化过度有关，这些疾病可以是表皮生长调节障碍的结果，也可以是屏障功能形成过程中出现紊乱的结果。这些结果源于角质层一种或多种结构成分的异常（某些是先天性的）。实际上细胞间隙组成的转化引起脂相转变温度及