慢性光损伤皮肤的免疫微环境失衡研究进展

陈欣玲, 孙钰, 蒋雨含, 郑跃,2

1.中山大学附属第三医院,广东 广州 510630;2.南方医科大学南方医院,广东 广州 510515

皮肤免疫系统中的细胞(包括角质形成细胞、内皮细胞、成纤维细胞以及各种免疫潜能细胞)、细胞因子、免疫球蛋白、补体等成分共同构成了皮肤免疫微环境[1-2]。皮肤免疫微环境的稳态与平衡是皮肤免疫系统得以发挥正常功能、保护机体免受外部刺激伤害的重要防线。正常情况下,皮肤的免疫系统可以及时识别体内损伤、衰老或死亡的细胞,通过募集各种免疫潜能细胞发挥免疫监管作用,将异常或失能的细胞清除[3-5]。慢性日光紫外线(ultraviolet light,UV)辐射是引发皮肤免疫微环境失衡的重要因素之一,进而可诱发或加重多种光感性皮肤病、皮肤肿瘤、皮肤衰老以及相关自身免疫性疾病[6-9]。本文就近年来慢性光损伤皮肤的免疫微环境失衡的研究进展作一综述。

1 日光UV对皮肤免疫微环境的影响

光皮肤病学在紫外线辐射与人体免疫系统之间相互关系领域的研究,称为光免疫学[10]。慢性日光UV辐射(UV radiation,UVR)可诱发皮肤组织微环境中的细胞表型及功能变化,包括角质形成细胞、成纤维细胞、免疫细胞、血管内皮细胞等。有研究发现,光线性角化病(actinic keratosis,AK)在免疫受损患者的发病率明显高于免疫功能正常人群[11-12];在癌症患者中,UVR可增加调节性T细胞 (regulatory T cells,Tregs)的数量和减少效应T细胞的数量,使肿瘤细胞更易逃逸免疫监视,加速肿瘤发生发展和转移[13],但机制尚未完全清楚。研究证实,日光UV通过直接和间接两种模式改变皮肤免疫微环境。

1.1 UV直接改变皮肤的免疫微环境

紫外线照射后DNA修复不足导致环丁烷嘧啶二聚体(cyclobutane pyrimidine dimer,CPD)的积累,CPD可诱导免疫抑制,并可引起基因突变,导致光相关皮肤疾病的发生[14]。长波和中波紫外线(ultraviolet A and ultraviolet B,UVA 和UVB)均能影响皮肤的免疫系统。研究显示,短短几天的紫外线照射即可使皮肤的免疫系统受到抑制,且紫外线暴露引起的免疫抑制可能与光老化相关[15];UVA 诱导的氧化损伤可促进角质形成细胞和T淋巴细胞释放白介素-4(interleukin-4,IL-4)和白介素-10(interleukin - 10,IL- 10),从而导致系统性的免疫抑制;UVB可通过上调IL-10和Treg细胞的数量抑制免疫反应,高剂量的UVB暴露可诱发BALB/c小鼠脾脏中呈递抗原的能力受损,且UVB照射可抑制CD4+T 细胞亚群、数量及增殖活性,进一步通过调节炎症和免疫反应,影响光相关皮肤疾病的进展[13,16]。

1.2 UV通过角质形成细胞间接改变真皮免疫微环境

UV可以通过诱发表皮角质形成细胞中细胞因子表达,间接改变真皮的免疫微环境。UV诱导的表皮损伤能使角质形成细胞产生并释放顺式尿酸 (cis- UCA)、血小板活化因子 (platelet-activating factors,PAF) 及其配体、IL-10和肿瘤坏死因子(tumour necrosis factor,TNF)等免疫调节分子,进而激活下游多个信号通路和细胞,并产生更多的可溶性炎症介质。暴露于UVR的角质形成细胞和肥大细胞,通过释放IL-10促进2型T辅助细胞(T helper 2,TH2)介导免疫逃逸,并通过激活下游信号通路诱导细胞分泌TNF、IL-4和IL-10,引发朗格汉斯细胞迁移到淋巴结以及中性粒细胞募集到皮肤,进而引起自然杀伤T (natural killer T,NKT) 细胞、Treg细胞和调节性B(regulatory B,Breg)细胞增殖,改变皮肤免疫微环境[16]。因此,UV对于皮肤的损伤不仅表现为表皮老化,还会通过下游各种途径,导致真皮层的皮肤损伤。

上述这些变化在皮肤单次暴露于UVR后即可发生,而且机体在一生中发生的重复、慢性的紫外线照射,会在上述机制的基础上发生累积效应或进一步引发其他免疫异常,最终引起皮肤慢性光损伤的一系列病理生理改变。

2 UV辐射诱发免疫抑制机制

2.1 UVR抑制适应性免疫反应

中波紫外线(UVB,290～320 nm))及长波紫外线(UVA,320～400 nm)均在皮肤免疫抑制机制中起重要作用。UVB主要抑制原发免疫反应,UVA主要抑制二次免疫应答[5,17]。UVR抑制适应性免疫反应的机制,一方面是激活调节性T细胞,另一方面是改变抗原提呈细胞(antigen-presenting cells, APC)的数量和功能[18-19]。

2.2 朗格汉斯细胞和调节性T细胞

朗格汉斯细胞(langerhans cells,LC)是表皮驻留的树突状细胞(dendritic cells, DC),具有抗原提呈细胞的功能。LC具有各种模式识别受体,包括类毒素受体(TLR2、TLR4 和 TLR5)和甘露糖特异性凝集素受体Langerin。Toll样受体可识别细菌,而Langerin则可识别某些病毒[20]。在正常情况下,LC收集内源性抗原和微生物组抗原,并迁移到皮肤引流淋巴结;在机体感染的情况下,淋巴结中的幼稚 T 细胞会被激活,产生针对病原体的抗体;在机体发生炎症时,一些取代迁移到淋巴结的LC来自循环中的单核细胞。抗原呈递是否导致免疫反应或耐受取决于LC的成熟状态[21-23]。在光老化的人类皮肤中,表皮中LC的数量减少,皮肤感染的发生率增加[24]。调节性T细胞也是紫外线诱导免疫抑制过程中起主要作用的细胞[25], Tregs是主要的免疫抑制细胞,可抑制先天性和适应性免疫细胞的功能。例如,他们可以抑制炎症反应,但也可以使癌细胞逃避免疫监视[26-27]。还有观察表明,随着年龄的增长,免疫抑制性Tregs的积累可引起皮肤迟发性超敏反应的下降,在衰老过程中,小鼠和人类皮肤中Tregs的数量增加[28]。

2.3 免疫细胞的相互作用

B细胞、T细胞、LC和肥大细胞之间在UVR诱导的免疫抑制中具有互作机制。UVR可以通过损伤LC来抑制局部免疫反应,并通过抑制效应性和记忆性T细胞,同时激活调节性T细胞和B细胞来减弱全身免疫[29]。UVR还可抑制糖酵解并减少表皮中ATP (adenosine triphosphate)的产生,而ATP是免疫细胞发挥功能和产生免疫调节因子所必需的[30]。LC的激活状态受UVR的影响,而T细胞的效应功能部分取决于LC的激活状态。UVR通过抑制皮肤CD4+及CD8+效应T细胞功能以及 APC 对 Treg 细胞的诱导过程,诱发免疫抑制,UVR还可上调活化B细胞数量,活化的B细胞分泌IL-10并抑制DC功能[16,31]。

2.4 局部免疫及系统免疫改变

UV不仅可诱发局部免疫反应,而且可诱发系统免疫改变。例如,UVR光疗对多发性硬化症患者具有全身免疫调节的作用[32]。动物模型研究发现,高剂量UVB暴露的BALB/c小鼠在脾脏(远离暴露于UVR的部位)呈递抗原的能力受损,这种UVR诱导的全身效应很可能是由于UVR诱导角质形成细胞释放各种可溶性介质所导致[16]。此外,临床试验中也发现,紫外线辐射同样可以诱导全身免疫调节[33],暴露在紫外线辐射下的角质细胞可以产生人体80% 的维生素D,而维生素D可以降低抗原提呈细胞的免疫原性功能,刺激调节性T细胞的产生和功能,并通常抑制免疫反应[34]。

3 UV辐射改变T细胞共抑制、共刺激信号

3.1 共抑制信号PD-1/PD-L1

近年来,免疫检查点阻断在治疗包括UV暴露所致黑色素瘤在内的人类恶性肿瘤的免疫疗法备受关注[35-36]。不论是急性或是长期暴露于紫外线照射,PD-L1在人体皮肤中的表达均显著上调[37-39]。与年轻的皮肤相比,在老年皮肤的CD4+和CD8+T细胞PD-1的表达增加,这表明衰老的T细胞更容易受到通过PD-1信号的抑制[40]。研究证实,光老化皮肤T细胞发生功能衰竭,其特点是功能活性下降和抑制性受体表达的增加,如PD-1/PD-L1轴、CTLA-4、LAG3、Tim-3、TIGIT/CD96/CD226等[35,41-43]。一项关于利用UVB免疫抑制效应治疗银屑病的最新研究显示,cis-UCA 可诱导PD-L1 介导的LC免疫抑制[44]。

3.2 共抑制信号CTLA4

细胞毒性T淋巴细胞相关蛋白4(CTLA4)也是一种有效的共抑制受体,作为免疫检查点,通过与T细胞共刺激受体CD28竞争其共享配体CD80和CD86(分别称为B7-1和B7-2)的结合,抑制细胞毒性T淋巴细胞的激活。研究发现,CTLA4在UVB暴露下的表皮黑素细胞中显著上调[45],从而导致T细胞功能耗竭,引发受损细胞的免疫逃逸[46]。因此,这些T细胞共抑制信号的诱导可能参与了UVR对免疫的抑制,使皮肤免疫微环境中的细胞在UV辐射发生过程中逃避免疫监视,导致细胞损伤甚至凋亡,从而造成机体免疫功能受损,发展为急性和慢性光损伤、光线性角化病、皮肤肿瘤等各种光相关疾病[47]。

3.3 共刺激信号CD28

CD28是T淋巴细胞表面表达的共刺激分子,对T细胞的活化起到重要作用。其与抗原呈递细胞上的B7分子结合,介导T细胞的共刺激并促进其存活、增殖以及产生细胞因子[48-49]。研究表明,患有遗传性 T 细胞 CD28 缺陷的人易感染皮肤瘤病毒,角质形成细胞中 HPV-2 和 HPV-4 的控制依赖于 T 细胞 CD28 共激活途径[50]。研究证实,CD80/CD86-CD28/CD152信号在预防UVB诱导的免疫抑制和肿瘤形成中具有重要作用,但一项单独靶向CD28信号的体内实验却发现,敲低CD28信号减少了紫外线引起的DNA损伤和炎症反应,可能通过p53途径改善DNA修复从而降低了整体DNA损伤[51]。

4 影响紫外线辐射诱导皮肤免疫异常的其他因素

对紫外线照射的免疫反应差异可能取决于紫外线的波长和剂量,但也与宿主遗传、潜在皮肤状况的存在以及性别有关[52]。研究表明,皮肤白皙者比皮肤色素较多者更易发生紫外线诱导的接触性超敏反应(contact hypersensitivity, CHS)抑制,患皮肤癌的风险更高[10]。还有研究通过评估皮肤中的肥大细胞数量,进一步证明了先天免疫参数的差异在确定人类皮肤癌风险方面的重要作用,即真皮肥大细胞数量越高,患基底细胞癌和黑色素瘤的风险越高[53-54]。无论是动物实验还是人体实验,UVR在男性中的免疫抑制作用大于女性;雌性小鼠在紫外线照射后炎症水平更高,但患皮肤癌的风险更低,在长期暴露于UVB后,雄性小鼠比雌性小鼠更早患上肿瘤,肿瘤数量更多,肿瘤的组织学分级也更高,C57BL/6小鼠和BALB/c小鼠对UVR的炎症和氧化反应也有所差别[55-56]。由此可见,紫外线辐射引起的免疫抑制是多方面多因素综合作用的结果,并且具有个体差异性。

5 结语与展望

综上所述,免疫微环境的稳态失衡是皮肤慢性光损伤的重要机制之一。UV对皮肤免疫的作用,不仅发生于皮肤而且还会影响全身免疫,涉及先天免疫系统和适应性免疫多种机制,但至今为止,对UV致皮肤免疫微环境失衡的机制尚未完全清楚。深入研究慢性光损伤皮肤的免疫微环境失衡时空变化及机制,不仅可拓展皮肤衰老学说,填补日光致人皮肤免疫异常机制的部分空白,也可为预防或延缓光老化、探索光相关性皮肤病、免疫性皮肤病、皮肤肿瘤的治疗干预新靶点、新手段、新技术提供思路。