组织激肽释放酶在皮肤病发病机制中的作用研究进展

阚婷会，杨富金，邱治锦，刁庆春，林茂

（1.西南医科大学临床医学院，四川 泸州 646000；2.重庆市中医院，重庆 400011）

组织激肽释放酶（Tissue kallikrein-related peptidases，KLKs）家族包含人组织激肽释放酶（KLK1）和14 种激肽释放酶相关肽酶（KLK2～KLK15），这15 种同源性丝氨酸蛋白酶是由人类基因组中最大的蛋白酶基因簇所编码的，其编码基因定位于染色体19q13.3-13.4[1]。KLKs 分布在机体的各个组织中，其中KLK1 在激肽释放酶-激肽系统中的作用[2]，以及KLK3 作为前列腺癌筛查生物标志物的临床应用已经为人们熟知[2]。目前研究表明，KLKs 广泛参与肾功能、皮肤脱屑、牙釉质形成、精液液化、神经突触可塑性和脑功能调节等生理过程[2-3]，同时也在多种疾病的病程中起重要作用，如皮肤病中的内瑟顿综合征（NS）、玫瑰痤疮、银屑病等，以及肿瘤的增殖、侵袭和转移[3]。本文就KLKs 在皮肤中的生理病理作用及其在皮肤病发病机制中的作用研究进展进行综述。

1 KLKs 在皮肤中的生理病理作用

1.1 KLKs 在皮肤中的分布及功能 表皮的分化受到精确调控，每隔2～4 周最表层的角质细胞就会从皮肤表面脱落，以此来维持表皮的正常厚度。这一脱屑过程需要KLKs 利用其蛋白酶活性降解连接角质细胞的黏附蛋白，包括桥粒芯蛋白1（DSG1）、桥粒胶蛋白1（DSC1）和角膜锁链蛋白（CDSN）[2]。目前认为至少有11 个KLKs（KLK1、KLK4、KLK5、KLK6、KLK7、KLK8、KLK10、KLK11、KLK12、KLK13、KLK14）以不同的表达水平定位于皮肤的颗粒层上部和角质层[4]。这些KLKs 以无活性的酶原形式分泌，并被角质形成细胞的板层颗粒运输到角质层间隙，之后在角质层间隙中参与由KLK5 启动的蛋白水解 “级联反应”[2，4]。在生理情况下，皮肤组织中KLKs 激活后主要通过以下3 个方面的作用来维持正常皮肤的屏障功能：①通过促进皮肤脱屑和/或角质细胞增殖作用调节皮肤细胞更新和屏障厚度；②通过调节脂质处理酶和/或激活角质细胞表达的蛋白酶激活受体2（PAR2），调节富含脂质的皮肤屏障的通透性；③通过处理抗菌肽（LL）和促细胞因子，诱导抗菌和先天免疫应答反应[2]。

1.2 KLKs 的活性调控 KLKs 的活性受到复杂的监管和调控，包括蛋白水解激活级联、内源性抑制剂和生理环境等[4-5]。当这种平衡被破坏时，过度或不足的蛋白酶活性会损害表皮屏障的稳态。目前认为蛋白水解激活级联反应是由KLK5 自身激活启动的：当pro-KLK5 氮端精氨酸或赖氨酸之后的前肽被切除后，即成为有丝氨酸蛋白酶活性的成熟KLK5，进而激活下游的pro-KLK7、pro-KLK8 和pro-KLK14，活化的KLK14 反过来会在一个正反馈循环中进一步激活pro-KLK5[2，4]。除了上述级联反应的调控外，蛋白酶抑制剂也是控制蛋白酶活性的关键。SPINK5 基因编码的淋巴上皮Kazal 型相关抑制剂（LEKTI）是一种主要的内源性抑制剂，其一级结构中包含15 种不同的丝氨酸蛋白酶抑制域（D1-D15），后经蛋白水解处理形成多个生物活性片段，研究发现KLK5 和KLK14 是生理LEKTI 片段的主要靶点，且D6-D9、D7-D9 和D8-D9 片段对KLK5和KLK14 的抑制作用最强[6]。除了LEKTI，另外2 种Kazal 型抑制剂也被发现在KLKs 活性的调节中起着重要的作用：由SPINK9 基因编码的LEKTI-2 主要表达在手掌、足底表皮中，对KLK5 的抑制作用显著[7]；SPINK6 在不同身体部位的皮肤中差异性表达，并对KLK5、KLK7 和KLK14 有抑制作用[8]。此外，皮肤的pH 值、湿度以及Ca2+、Zn2+等离子浓度被认为是调节KLKs 活性、维持表皮屏障稳态中不可缺少的因素[4]。

2 KLKs 与皮肤病

2.1 NS NS 是一种因SPINK5 基因突变导致其基因产物LEKTI 表达缺失的罕见常染色体隐性皮肤疾病，表现为严重的皮肤炎性反应和鳞屑、毛发异常、过敏体征以及发育迟缓[6]。研究表明，敲除SPINK5基因的小鼠再现了NS 表型，且表皮中的KLK5 和KLK7 基因活性增强，但因为严重的皮肤屏障缺陷在出生后数小时内死亡[9]。同时敲除KLK5/KLK7 和SPINK5 基因的小鼠可以逆转某些NS 样表型，但不能改变对小鼠的致死性[9-10]。而同时敲除KLK5、KLK7、SPINK5 基因的小鼠则可以完全挽救小鼠的致死表型存活至成年[10]。这些发现提示，KLKs 的活性调节在皮肤稳态和炎性反应中起着关键作用。目前的研究表明，LEKTI 缺乏会导致表皮中的KLK5、KLK7 和KLK14 失去拮抗而过度激活，未被拮抗的KLK5 和KLK7 过度降解DSG1，导致角质层脱落，引起严重的屏障损伤[6]。KLK5 自身还能激活弹性蛋白酶2（ELA2）、KLK7 和KLK14，ELA2 的激活加强了丝聚蛋白的水解，破坏脂质代谢，导致皮肤通透性增加和LL-37 抗菌活性的降低[4，6]。皮肤屏障的严重缺陷和抗菌肽活性降低有利于微生物，特别是金黄色葡萄球菌和过敏原的渗透，从而产生危险信号，进而激活炎性小体和PAR2，增强过敏和炎性反应[6]。KLK5 还可以特异性激活PAR2 和核转录因子-κB（NF-κB）通路，导致促过敏性趋化因子胸腺基质淋巴生成素（TSLP）和促炎细胞因子[白细胞介素（IL-8）和肿瘤坏死因子-α（TNF-α）]产生[11]。TSLP进一步激活朗格汉斯细胞，将未成熟的辅助性T 细胞（Th）分化为Th2 细胞并产生Th2 细胞因子[6]。此外，角质形成细胞中KLK5 的持续上调还可通过PAR2 非依赖性途径诱导TSLP、IL-8 和IL-10 的分泌，而这些细胞因子将进一步加重皮肤炎性反应以及皮肤屏障的损害[4，6]。

2.2 特应性皮炎（AD） AD 是一种慢性复发性、炎症性、瘙痒性皮肤病，表现为皮肤干燥、湿疹样皮疹、剧烈瘙痒。目前认为在众多的KLK 中，KLK7 对AD 的发病起着最关键的作用。AD 的角质层中有多种KLKs 表达升高，其中KLK7 的升高最为显著，并且血清中KLK7 含量与AD 患者血液嗜酸粒细胞计数显著相关[12-13]。慢性AD 皮损常表现为角化过度，角质层中KLK7 表达升高，但角质层最上层仍有大量桥粒，这可能是由于KLK7 分泌受损而滞留在角质细胞内，细胞外的KLK7 被上调的LEKTI 抑制，导致桥粒蛋白水解异常，皮损角化过度[14]。过表达KLK7 的转基因小鼠出现皮肤增厚、过度角化、皮肤炎性反应和瘙痒，这与慢性AD 的临床表现相似，此外该小鼠表皮中角蛋白5（CK5）和CK6 的高表达提示KLK7 除了与角质形成细胞过度增殖有关可能还影响表皮分化[15]。而同时敲除KLK7、SPINK5 基因的小鼠虽然改善皮肤屏障功能，未能挽救小鼠的致死性，但其皮肤组织病理和CK 的表达与野生型小鼠类似，同样提示KLK7 对表皮细胞的分化有重要的影响[10]。KLK7 除了影响皮肤增殖、分化，还可能与AD 的慢性瘙痒有关。在诱导的AD 样皮肤病模型中，敲除KLK7 基因的小鼠与野生型相比，虽然其皮损的严重程度并没有改善，但与AD 相关的瘙痒明显减弱[13]。而过表达KLK7 的转基因小鼠随着年龄增长，大多都出现了严重瘙痒[15]。研究还表明，AD 患者皮肤中的微生物多样性下降，而金黄色葡萄球菌丰度增加，该菌皮肤定植被认为是AD 加重的因素之一[16]。有研究表明，金黄色葡萄球菌能够诱导角质形成细胞中KLK 6、13 和14 的表达，并增加皮肤中的整体蛋白水解活性，促进DSG1 的裂解，但敲除KLK6、KLK13 或KLK14 后可部分阻断金黄色葡萄球菌促进DSG1 裂解的作用[17]。由此可见，多种KLKs 对AD 病程的发生发展有不同程度的影响。

2.3 银屑病 银屑病是一种慢性炎症性皮肤病，典型皮疹表现为鳞屑性红斑或斑块，部分患者可同时患有银屑病性关节炎（PsA）。目前认为在KLKs 家族成员中，KLK8 与银屑病关系最为密切。银屑病皮损和PsA 关节液中含有高水平的KLK6 和KLK8，血清KLK8 的水平与银屑病皮损面积和严重程度指数（PSAI）评分呈正相关，提示血清KLK8 可能用作检测银屑病疾病严重程度的标记物，但其对筛查银屑病患者有无PsA 并没有帮助[18]。KLK8 在咪喹莫特诱导的银屑病样小鼠模型中表达显著增加，并参与了表皮中性粒细胞微脓肿的形成，这与银屑病皮损的组织病理类似，此外KLK8 还影响IL-36 的表达[19]。将KLK8 基因敲除小鼠与野生型小鼠受伤后对比，发现前者创面愈合明显延迟，后者KLK6 和PAR2 的mRNA、蛋白表达显著升高，提示KLK8 可能通过影响KLK6 和PAR2 的上调和激活进而影响创面愈合[20]。KLK8 还可以通过抑制表皮转录因子激活蛋白2（AP2α）的表达和活性，刺激角质形成细胞的过度增殖，引起角化过度[21]。此外，KLK8 基因敲除小鼠经药物刺激后角化过度和棘层增厚明显弱于野生型小鼠，进一步表明KLK8 可能参与了银屑病的发病过程[2，21]。

银屑病患者无病变处皮肤经各种类型的创伤后也会产生银屑病皮损，这种现象称为Koebner 现象[22]。有研究表明，这种现象需要包括神经生长因子（NGF）在内的多种因素来诱导角化细胞增殖和T 细胞募集，而KLK8 和NGF 似乎相互作用，相互激活，共同促进表皮角化过度和棘层增厚，其可能与包括银屑病在内的炎症性皮肤病有关[22-23]。有趣的是，KLK8 的作用机制与其他KLKs （如KLK5、KLK7 和KLK14 等）不同，并不能直接水解DSG1 或激活PAR2[20]，而SPINK5、SPINK6 或SPINK9 基因编码的表皮蛋白酶抑制剂LEKTI 也不能抑制KLK8的功能[24]，具体分子机制仍有待深入研究。除了KLK8，KLK6 对银屑病也有一定的影响。既往研究表明KLK6 可以直接激活PAR2[20]，但KLK6 也能以不依赖PAR2 的方式促进银屑病样皮肤炎性反应，并且银屑病发病机制中关键的细胞因子IL-17 可以刺激表皮中KLK6 的表达[25]。

2.4 玫瑰痤疮 又称酒糟鼻，是一种累及面部皮肤血管和毛囊皮脂腺单位的慢性炎症性皮肤病，以皮肤潮红、毛细血管扩张及丘疹、脓疱为主要表现。研究表明，临床上玫瑰痤疮的诱因（如：紫外线、热、冷、心理压力、辛辣食物、皮肤刺激、蠕形螨等）可以调节Toll 样受体（TLR）信号[26]。内质网应激通过上调转录因子4（ATF4）增加TLR2 的表达[27]，使KLK5钙依赖性释放增多[28]，KLK5 进一步将LL 前体蛋白裂解成有重要生物活性的片段LL-37，发挥促炎、血管生成和抗菌活性[26]。内质网应激诱导剂以及内质网应激诱导的转录因子ATF4 都可以促进上皮细胞中TLR2 的表达[26-27]。TLR2、LL 和KLK5 在玫瑰痤疮患者皮肤中表达上调[26，28]。这些都提示内质网应激、TLR2、KLK5 在玫瑰痤疮中的致病作用。虽然目前为止与KLKs 相关的玫瑰痤疮研究大多集中在KLK5 上，但其他KLKs（包括KLK7、KLK8 和KLK14）在本病的发病中可能同样重要[2]。

2.5 黑色素瘤 黑色素瘤是一种黑色素细胞来源的高度恶性肿瘤。研究表明，KLK6、KLK7、KLK8和KLK13 在黑色素瘤进展过程中均呈现高表达且有协同性[29]，并伴有E-钙黏蛋白表达降低和黑色素瘤细胞黏附分子（MCAM）/CD146 的上调。有趣的是，KLK7 过表达能够促进E-钙黏蛋白的表达下调以及MCAM/CD146 的上调，并显著降低黑色素瘤细胞的增殖和集落形成，使其从增殖型转变为侵袭型，这些都证明KLK7 在黑色素瘤进展中的重要性。此外，研究还表明KLK7 与原发性黑色素瘤患者的预后相关，KLK7 高表达常提示预后不良[29]。

3 展望

综上所述，目前已经发现多种KLKs 在皮肤中表达，并且在皮肤的病理生理过程以及相关性疾病的发生发展中起着极其重要的作用。阐明KLKs 的确切作用将有助于开发针对各种皮肤病的疾病特异性生物标志物和新的治疗方法。目前针对KLKs的靶向抑制剂研究已成为热点，并取得了一定的研究成果。相信随着研究地不断深入，KLKs 在皮肤生理病理中的作用机制以及治疗潜力将会更加清晰。