皮肤屏障的组成
皮肤屏障通常指表皮,尤其是角质层的物理或机械屏障结构(图2-1)。从生化组成和功能作用方面来看,表皮的物理屏障结构与表皮的脂质、各种蛋白质、水、无机盐以及其他代谢产物密切相关。
1.角质层
角质层主要由角质形成细胞和脂质构成。细胞外脂质可作为渗透、抗氧化和抗菌屏障,角质形成细胞可作为抗紫外线和机械屏障。角质层由角质形成细胞的分化和不断更新形成。角质化的过程中,角质形成细胞经历了不同的发育阶段,从基底层的循环角质形成细胞,到棘层和颗粒层的早期到晚期分化细胞,再到角质层中死亡的角质形成细胞。细胞角蛋白和角蛋白中间丝相关蛋白参与了角质化过程。
角质形成细胞会形成富含蛋白质和脂质的外围包膜,即角质化的细胞套膜。在角质化细胞套膜的最外层,神经酰胺和其他脂质共价结合形成脂质包膜。脂质包膜的主要功能是防止经皮水分散失(TEWL),以及Na+、K+、Ca2+等溶质的流失。
图2-1 皮肤屏障示意图
Figure 2-1 Illustration showing the skin barrier
2.桥粒和紧密连接
桥粒是角质形成细胞间连接的主要结构,由附着板和一些重要的桥粒蛋白构成。桥粒将外侧细胞膜的顶端封闭,因此细胞外液被分成两个部分,维持不同的离子强度和溶质浓度。
除了桥粒之外,紧密连接也参与了皮肤屏障的构成。紧密连接包括多种跨膜蛋白和胞内蛋白,主要有Claudin家族、Occludin家族、ZO家族、黏附分子家族等。这些蛋白质在细胞产生极性及分化的过程中相互交联,最终形成致密网状结构,封锁细胞间隙。它不仅是物理屏障,还具有离子选择性和粒子大小选择性。根据不同的细胞类型和生理需求,屏障功能的紧密程度也不同,从而能够动态调节物质运输。(https://www.daowen.com)
3.朗格汉斯细胞
朗格汉斯细胞作为免疫屏障发挥重要功能。朗格汉斯细胞是皮肤的抗原呈递细胞,能识别、结合和处理侵入皮肤的抗原,并把抗原呈递给T细胞,在人体的防御系统中起着极为重要的作用。在机体处于稳态时,朗格汉斯细胞的树突朝向外侧,位于紧密连接的内侧。被激活时,朗格汉斯细胞的树突穿过紧密连接的屏障,从外侧环境中摄取抗原。
4.其他
角质形成细胞合成并分泌多种抗菌肽(AMPs),具有抗菌特性。AMPs可以与脂质包膜相互作用并结合在一起,当微生物与表皮接触时,共同提供杀死或灭活微生物的功能。表皮有一个钙离子浓度梯度,在基部和增殖层中钙离子浓度较低,而在外层分化层中钙离子浓度逐渐升高。这种表皮的钙离子浓度梯度在皮肤屏障功能中起着非常重要的作用。表皮钙离子浓度梯度调节表皮分化过程和表皮通透性屏障的稳态。
人的皮肤表面pH为4.5~5.5,与正常生理pH相比略呈酸性。角质层的酸度对建立表皮通透性屏障、产生表皮抗菌屏障和控制角质层的完整性和凝聚力至关重要。角质层中存在大量的蛋白质降解酶和蛋白酶,每种蛋白酶都有其最适pH。
蛋白酶也参与表皮的屏障功能。持续的更新过程是由表皮表面的“老”角质形成细胞脱落来平衡的,这被称为脱屑。