皮肤屏障狭义主要指物理性屏障,其由皮脂膜、角质层角蛋白、脂质、“三明治”结构、砖墙结构等共同构成,防止有害物质入侵,使人体在变化不定的外环境中保持内环境的相对恒定。
皮肤物理屏障受损将引起一系列的皮肤问题,因此,了解皮肤屏障功能有哪些影响因素一直以来都是皮肤科临床工作中关注热点。
角质形成细胞分化异常:
角质层是角质形成细胞(keratinocyte,KC)分化的最后阶段,维持表皮正常渗透性屏障,其胞质、胞膜都具有重要的屏障功能。研究表明,增加角质细胞的异常增生会引起角质层表层水分损失,阻碍皮肤屏障功能的恢复,从而与某些疾病的发病机制密切相关。同时角质形成细胞分化异常时,角蛋白的表达亦出现异常,炎症相关性K17的表达显著增加,皮肤的屏障功能便会衰弱,出现特应性皮炎、湿疹、银屑病等改变。
中间丝聚蛋白(filaggrin,FLG)突变或缺乏:
FLG是一种易溶于水的蛋白,中间丝蛋白可通过酶的催化后分解为游离的氨基酸,这些游离氨基酸将分解代谢为天然保湿因子(NMF)的成分-氨基酸、尿素、吡咯烷酮羧酸钠、乳酸等,它们不但能吸收水分而且能分解自身的水分,可以缩小角质细胞间隙,加强紧密度,使其对外界刺激和过敏原的渗透更有抵抗力。故当FLG发生突变,角质层抵抗力便会减弱,此时有害物质和过敏原就会很容易渗透入侵。
脂质代谢能力不强:
细胞间脂质是一种透明的物质,含神经酰胺、胆固醇、脂肪酸等成分,是物质进出表皮时所必经的机械性屏障。这种结构可以防止体内水分和电解质的流失和有害物质的入侵。研究证实,神经酰胺的缺乏是皮肤屏障受损的主要原因之一,比如当神经酰胺1和神经酰胺3的含量变低时,便会出现特应性皮炎,含神经酰胺的润肤剂可以减少炎症因子IL-4的表达及降低TEWL值。
离子及其通道:
影响皮肤屏障功能的离子主要有钙离子和钾离子。研究显示,角质层受损伤后,钙、钾离子对皮肤屏障功能的恢复有抑制作用,且具有协同作用。表皮 钙离子一定浓度的下降,可增加表皮透明质酸和CD44的表达改善皮肤的保湿营养代谢,若减少表皮细胞内钾浓度或中断钾通道,可加速皮肤屏障功能的修复。
人组织激肽释放酶(human tissue kallikreins, KLKs):
多个KLKs分布于人类表皮颗粒层、角质层和相关的附件,水解蛋白控制皮肤脱屑,抗菌防御和脂质渗透率,调节皮肤屏障功能的平衡。现在越来越多的证据证明激肽释放酶参与皮肤炎症,色素通过活化蛋白酶受体信号通路,从而抑制皮肤肿瘤的发生。
pH值:
pH值主要通过影响角质层脂类代谢酶和蛋白激酶的活性而影响皮肤屏障功能。动物模型研究表示,改变皮肤的PH值可直接调节激肽释放酶5的活动,从而导致皮肤屏障功能障碍。碱性化的皮肤在特定的无菌条件下诱导激肽释放酶5和激活蛋白酶活化受体2,增加皮肤对外界有害物质的敏感性,皮肤屏障功能的恢复速度也减慢,增加特应性皮炎的患病率。
相比之下,弱酸化的皮肤减少激肽释放酶5的活动,同时复层板层膜结构形成过程中所需的各种关键酶的最适pH值也为弱酸环境下,间接改善皮肤屏障作用。
过氧化物体增生受体(peroxisome proliferators active receptor,PPAR)激动剂:
PPAR激动剂尤其以PPARa中间丝蛋白受体激动剂WY14643为代表的能显著改善体内和中间丝蛋白缺乏所致的皮肤屏障功能的恢复。其主要通过调节和促进角质形成细胞的分化和促进表皮脂的合成而发挥作用。
糖皮质激素:
全身和局部长期接触糖皮质激素不仅可以在真皮造成严重的负面影响,对表皮的结构和功能也产生深远的负面影响。在表皮抑制表皮有丝分裂、分化和脂质的合成,导致皮肤屏障功能的紊乱和角质层完整性的破坏。然而有动物研究表明糖皮质激素也可促进胚胎表皮屏障功能发育成熟。
性激素:
雌激素的下降可使皮肤角质层厚度变薄,延缓角质层中脂类的沉积及角质层复层板层膜的形成,阻碍胎儿皮肤屏障的发展。性激素除影响胚胎期皮肤屏障功能外,对成人的皮肤也有直接影响,它的恢复速度与血睾丸激素水平成反比。睾丸激素可通过降低表皮的厚度、脂质的合成、TEWL值增高、减少表皮层状体的形成和分泌而影响皮肤屏障功能。
低湿度和低温:
气候条件影响皮肤屏障功能,低湿度和低温均可导致皮肤屏障功能的下降,角化细胞和真皮肥大细胞数量增加从而导致促炎细胞因子和皮质醇释放增加,皮肤变得对外界刺激物更加敏感易发生过敏反应,同时增加对机械应力的敏感性。
正常的皮肤含水量为20%~35%,当外界相对湿度低于60%时,角质层含水量就会下降到10%以下,皮肤屏障功能受损,此时皮肤就会出现干燥、干裂、瘙痒或已经存在的皮肤疾病的恶化。低温还会导致皮肤水合作用和TEWL值的下降。
清洁护肤:
当过度清洁皮肤、用过量表面活性剂或过热清水清洗时,显著增加了皮肤TEWL和显著减少了角质层水合作用,破坏皮肤的屏障功能,对外界病原微生物、化学、物理刺激的抵御作用减弱,皮肤失水速度增加、缺水干燥粗糙、刺疼、瘙痒,更容易受到紫外线伤害。
紫外线照射:
接受过量紫外线照射后,皮肤可出现粗大皱纹、弹性下降、不规则的色斑沉着、毛细血管扩张。研究发现,受到紫外线辐射后,诱发氧化应激和炎症等病理生理过程,细胞内抗氧化酶被抑制,生成多量的氧自由基,导致TEWL增加,破坏皮肤屏障结构的稳定性。
城市颗粒物污染(Ambient particulate matters, PMs):
PMs是复杂的混合物包含金属、矿物质、有机毒素和生物材料。通过测量暴露在不同PMs值人群的表层水分损失(TEWL)后发现,PMs明显破坏了角质层完整性,其中角化细胞、成纤维细胞的增殖和细胞毒性很大程度上影响着皮肤屏障功能。PMs明显降低角化细胞生存能力(约为80%)、成纤维细胞的生存能力及钙粘蛋白的受损,通过caspase-3的激活引起细胞凋亡。
不同的化妆品配方:
人类皮肤屏障是皮肤完整无缺的重要组成部分,其功能是皮肤健康的先决条件。化妆品配方中部分成分,尤其是渗透增强剂,渗透到更深的皮肤层从而影响皮肤的屏障功能。皮肤渗透增强剂在很大程度上增加了TEWL和激肽释放酶激肽释放酶7(KLK7)的活性,保护皮肤屏障功能,减轻皮肤敏感性。
生活用品及工业毒物(以洗衣粉和酒精为代表):
合成洗衣粉由表面活性剂、增效添加剂等组成,使用各种类型的离子表面活性剂均能造成皮脂膜的损伤缺失,皮肤屏障功能的损害。有研究发现洗衣粉浓度达到1%可时破坏皮肤屏障,而日常使用洗衣粉浓度多在0.1%~0.3%,常规使用对皮肤基本无害。酒精作为一种有机溶剂,能经无损皮肤吸收,并对粘膜有刺激作用。用75%酒精作消毒剂时对皮肤屏障有损害作用,长期与酒精接触的皮肤要加以保护。
运动强度:
运动可影响皮肤的pH值、角质层水合作用和皮脂的分泌,可能对正常皮肤屏障功能的维持有负面影响。出汗明显增多可导致-皮肤表面变得潮湿,角质层水合作用明显增加,油脂的含量明显减少。温暖和潮湿的气候可以为微生物增长提供有利环境。皮肤屏障受损也可能是一些与体育运动有关的肤病的原因之一。
其它:
如年龄的变化等。成人25岁以后皮肤逐渐老化,特别是老人的皮脂腺及角质形成细胞的功能等全面下降,皮肤便会出现干枯、下垂、皱纹增多等现象。
皮肤的组织结构复杂多样,角质细胞间脂质将角质细胞严密的连接起来,保证既不丢失水分,又不受外界侵犯。许多皮肤病均与皮肤屏障功能受损有 关,保持皮肤健康的最好方法就是要保护好皮肤屏障功能,对皮肤屏障影响因素的研究目的就是通过影响因素研究出更好的方法及有效药物,保护皮肤的屏障结构不受破坏,最终找出保护皮肤健康及预防皮肤疾病的有效方法。
参考文献:
[1]Naganuma T,Takagi S,Kanetake T,et al.Disruption of the SjögrenLarsson Syndrome Gene Aldh3a2 in Mice Increases Keratinocyte Growth and Retards Skin Barrier Recovery[J]. J Biolog Chem,2016,291(22):11676-11688.
[2]Cohen I,Birnbaum RY,Leibson K,et al.ZNF750 is expressed in differentiated keratinocytes and regulates epidermal late differentiation genes[J].PloS One,2012,7(8):e42628.
[3]Kezic S,Kemperman PM,Koster ES,et al.Loss-of-function mutations in the filaggrin gene lead to reduced level of natural moisturizing factor in the stratum corneum[J]. J Investigat Dermatol,2008,128(8):2117-2119.
[4]DeVane R,Otyepka M,Berka K,et al. Structural Changes in Ceramide Bilayers Rationalize Increased Permeation through Stratum Corneum Models with Shorter Acyl Tails[J].J Phys Chem B,2015,119(30):9811-9819.
[5]Park KY,Kim DH,Jeong MS,et al.Changes of antimicrobial peptides and transepidermal water loss after topical application of tacrolimus and ceramide-dominant emollient in patients with atopic dermatitis[J].J Korean Med Sci,2010,25(5):766-771.
[5]Lee SE,Jun JE,Choi EH,et al.Stimulation of epidermal calcium gradient loss increases the expression of hyaluronan and CD44 in mouse skin[J].Clin Exp Dermatol,2010,35(6):650-657. [6]Wallmeyer L,Lehnen D,Eger N,et al.Stimulation of PPARα normalizes the skin lipid ratio and improves the skin barrier of normal and filaggrin deficient reconstructed skin[J].J Dermatol Sci,2015,(80):102-110.
[7]Man G,Mauro TM,Kim PL,et al. Topical hesperidin prevents glucocorticoid-induced abnormalities in epidermal barrier function in murine skin[J].Exp Dermatol,2014,23(9):645-651. [8]Kao JS,Garg A,Man MQ,et al. Testosterone perburbs epidermal permeability barrier homeostasis[J]. J Invest Dermatol,2001,116(3):443-451.Melnik BC. Diet in acne:further evidence for the role of nutri- ent signalling in acne pathogenesis[J]. Acta Derm Venereol, 2012, 92(3):228-231.
[9]Hirata K,Mohammed D,Hadgraft J,et al. Influence of lidocaine hydrochloride and penetration enhancers on the barrier function of human skin[J]. Int J Pharm,2014,477(1-2):416-420.
[10]Maia Campos PM,G Mercurio D,O Melo M,Closs-Gonthier B. Cichorium intybus root extract:A,"vitamin D-like"active ingredient to improve skin barrier function[J]. J Dermatolog Treat,2016,10:1-4.
[11]Lemery E,Briançon S,Chevalier Y,et al. Surfactants have multi-fold effects on skin barrier function[J]. Eur J Dermatol,2015,25(5):424-435.
[12]尹玲,任道凤,金锡鹏.三化学物质对皮肤屏障功能的影响[J].上海医科大学学报,1996,23(6):431-433.
[13]张书婷,杨春俊, 杨森.皮肤屏障影响因素的研究进展[J].中国美容医学,2016,12(25):110-112.