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编号:10285545
白介素-1β诱导正常人皮肤表达银屑病免疫病理表型
http://www.100md.com 《中华皮肤科杂志》 1999年第2期
     作者:刘玮 赵庆利 Reno Debets 蔡瑞康 Errol P Prens

    单位:刘玮 赵庆利 蔡瑞康 100036 北京,空军总医院皮肤科;Reno Debets Errol P Prens 荷兰Erasmus大学医学院免疫系免疫皮肤病研究室

    关键词:银屑病;白细胞介素1;细胞因子

    中华皮肤科杂志990215 【摘 要】 目的 对白介素-1β(IL-1β)在启动银屑病免疫病理表型中的作用进行研究。方法 取健康人正常皮肤在跨膜(transwell)皮肤器官培养模型中进行培养,观察在IL-1β或白介素-1受体拮抗剂(IL-1ra)等细胞因子刺激下,培养皮肤表达银屑病免疫病理特征标记物的情况。结果 在IL-1β刺激下,正常人皮肤表达了一系列银屑病相关的蛋白分子,即角蛋白16、17在表皮棘细胞层强阳性;Ⅰ型转谷酰胺酶从表皮颗粒层到棘细胞层过度表达;ICAM-1、HLA-DR以及β1整合素在表皮基底细胞层和棘细胞层诱导表达或增强表达。培养基中加入IL-1ra可使上述标记物的表达受到显著抑制。培养基中加入抗IL-1β抗体可完全阻断IL-1β的上述诱导作用。结论 在培养条件下IL-1β可诱导正常人皮肤表达银屑病的免疫病理表型,提示IL-1系统参与了银屑病的皮损形成。
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    IL-1β Induces Psoriatic Phenotype in Cultured Normal Human Skin

    LIU Wei, ZHAO Qingli, R.Debets, et al.

    Department of Dermatology, The General Hospital of Air Force, Beijing 100036

    【Abstract】 Objective To investigate the role of IL-1β in the initiation of psoriatic phenotype in the transwell skin organ culture model using biopsies from healthy human skin and non-lesional skin from patients with psoriasis. Methods The skin biopsies were cultured for 24 hours and stimulated with IL-1β or IL-1 receptor antagonist (IL-1ra), and the induction of epidermal psoriatic phenotype was analysed using immunostaining (APAAP). Results In the presence of IL-1β, the psoriasiform epidermal phenotype was clearly induced, i.e. a strong upregulation of keratin 16, keratin 17 and transglutaminase type Ⅰ was found in the suprabasal layers of cultured normal skin; the expression of ICAM-1 and HLA-DR was induced on basal keratinocytes, epidermal dendritic cells as well as endothelial cells in the dermis. Integrin β1 was also upregulated by IL-1β from the basal to suprabasal keratinocytes. The effects of IL-1β on the skin organ cultures could be completely neutralized by anti-IL-1 polyclonal antibodies. Conclusion IL-1β is able to induce a series of psoriasis-related markers in cultured normal human skin, which suggests that IL-1 be involved in the initiation of psoriasis.
, 百拇医药
    【Key words】 Psoriasis Interleukin-1 Cytokine

    有关IL-1和银屑病发病机制的相关性研究近年来已有许多报道[1],但尚无直接证据表明IL-1可在正常人皮肤诱导银屑病免疫病理表型而导致皮损形成。为研究这一问题,我们采用跨膜皮肤器官培养模型[2]培养正常人皮肤和银屑病患者非皮损区皮肤,观察IL-1是否诱导表达银屑病免疫病理表型,即诱导一系列蛋白分子在表皮的异常表达。

    材料和方法

    (一)皮肤标本来源:12例正常人皮肤来自创伤外科患者胸腹部手术的供皮,女7例,男5例,年龄20~51岁,全部供皮者均无皮肤疾患。取材时使用3mm打孔器(Stiefel GmbH,德国)以保证全部皮肤标本块的大小均一。取材后每例取其一块皮肤标本置-80℃用作培养前对照,其余标本做下列培养。

    (二)跨膜皮肤培养:培养装置为夹层12孔培养板,内层底部为1层74μm半透膜(Netwell,Costar,美国)。培养皮肤时需在半透膜中间打孔,直立放入皮肤标本使表皮位于膜上空气中而真皮浸于膜下液体中,即所谓液气相界面培养。培养基为含1%人血清和青霉素、链霉素的IMDM,每孔1mL。培养条件如下:(1)培养基单纯培养;(2)培养基中加入重组人IL-1β 250U(Biogen/Glaxo,瑞士);(3)培养基中加入重组人IL-1ra 1μg(Synergen Inc.,美国);(4)培养基中加入重组人IL-1β 250U和5000倍稀释的羊抗人IL-1β抗体(S77,Glaxo,瑞士)。37℃,5% CO2培养24h后收集皮肤标本,OCT包埋,液氮速冻,制备5μm冰冻切片做免疫染色和分析。
, 百拇医药
    (三)免疫染色分析:碱性磷酸酶抗碱性磷酸酶法(APAAP)。试剂盒购自美国Zymed公司。1抗均为小鼠单克隆抗体(见表1)。碱性磷酸酶显色底物为新品红复合溶液(Chroma-Gesellschaft,德国),苏木素衬染,甘油明胶封片(Merck,德国)。阴性对照分别用下列试剂代替1抗:1抗抗体稀释液;同样浓度的正常小鼠IgG(Becton Dickinson,美国);无关的小鼠单抗M203(IgG1 isotype,CLB,荷兰)。阳性对照由银屑病皮损的冰冻切片代替待测培养标本的切片进行染色。染色结果由2位作者由半定量评分标准进行判定:0为阴性;1为弱阳性;2为阳性;3为强阳性。

    表1 APAAP免疫染色中所用的小鼠单克隆抗体 抗体克隆

    特异性

    抗体亚型

    染色效价
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    抗体来源

    K8.12

    角蛋白16

    IgG1

    200

    Sigma,美国

    E3

    角蛋白17

    IgG2a

    200

    Dako,丹麦

    KSRE60

    角蛋白10
, 百拇医药
    IgG1

    50

    Monosan,荷兰

    B.C1

    Ⅰ型转谷酰酶

    IgG1

    100

    BT1,美国

    BT-576

    聚纤丝蛋白

    IgG1

    1000

    BT1,美国
, 百拇医药
    4B4

    整合素β1

    IgG1

    2000

    Coulter,美国

    BBIG-11

    ICAM-1

    IgG1

    1000

    BBT,英国

    L234

    HLA-DR

    IgG2a
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    2000

    Becton Dicknson,美国

    M203

    对照

    IgG1

    100

    CLB,荷兰

    (四)统计学处理:秩和检验法:同一来源的皮肤标本经不同培养后,其结果比较按配对设计的资料处理。

    结 果

    在皮肤跨膜培养模型中培养24h,所培养的皮肤标本可保持完整的组织形态,免疫染色结果分析如下。

    角蛋白16和17:除毛囊、汗腺等组织外正常人表皮角质形成细胞不表达角蛋白16和17。本实验结果显示,IL-1β刺激培养可使这两种角蛋白在正常人表皮棘细胞层呈强表达,两种标记物的染色结果基本相同,均与银屑病皮损染色类似。Ⅰ型转谷酰胺酶(transglutaminase type Ⅰ):在正常人皮肤仅分布在颗粒层,染色时呈一细线状阳性;IL-1β刺激培养可使Ⅰ型转谷酰胺酶在棘层上部角质形成细胞膜上强阳性,呈银屑病样表达。ICAM-1和HLA-DR在正常表皮角质形成细胞均不表达,但在皮肤炎症时如银屑病可在表皮细胞出现阳性。本文结果显示IL-1β可诱导培养的正常皮肤基底层细胞表达ICAM-1以及在表皮树枝状细胞及其周围的角质形成细胞增强表达HLA-DR。整合素β1在正常人表皮分布在基底层,在银屑病皮损表皮中其阳性分布从基底层延伸到棘细胞层;在IL-1β刺激下,所培养的正常皮肤中β1整合素的染色也出现银屑病样分布。角蛋白10和聚纤丝蛋白(filaggrin)的表达在培养前后无明显变化。上述结果表明:在跨膜器官培养系统中培养24h,IL-1β可在正常人皮肤表皮中诱导或增强表达一系列银屑病表型相关的蛋白分子(表2)。
, 百拇医药
    表2 不同培养条件下银屑病相关的蛋白分子在正常皮肤的表达(±s) 培养条件

    角蛋白16

    角蛋白17

    Ⅰ型转谷酰酶

    ICAM-1

    HLA-DR

    整合素β1

    培养前

    0

    0

    0.1±0.00
, 百拇医药
    0.1±0.00

    0.3±0.17

    1.0±0.21

    培养基

    0.5±

    0.4±0.50

    0.7±0.38

    0.2±0.26

    0.5±0.32

    1.4±0.32

    m+IL-1β

    0.8±0.42*
, 百拇医药
    1.4±0.74*

    1.4±0.38*

    1.2±0.41**

    1.1±0.41*

    1.8±0.42*

    IL-1β+Ab

    0.6±0.38

    0.6±0.38

    0.3±0.29

    0.2±0.15△△
, 百拇医药
    0.6±0.42

    1.5±0.32

    m+IL-1ra

    0.2±0.30*

    0.2±0.30

    0.5±0.32

    0.2±0.17

    0.4±0.24

    1.2±0.38

    表中数据来自免疫染色的半定量分析.m:培养基,Ab:抗IL-1β抗体.与培养基比较*P<0.05,**P<0.01;与m+IL-1β比较△P<0.05;△△P<0.01(秩和检验法)
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    在未加刺激的单纯培养条件下,角蛋白16、17在表皮染色已出现弱阳性,Ⅰ 型转谷酰胺酶表达也较培养前有所增强。培养基中加入IL-1ra可在一定程度上抑制上述分子在表皮中的自发表达(表2)。特异性抗体中和试验的结果见图1。如图所示,培养基中同时加入IL-1β和抗IL-1β特异性抗体可完全阻断上述一系列蛋白分子在培养皮肤的诱导表达。

    图中数据来自免疫染色结果的半定量分析,*P< 0.05,**P< 0.01(秩和检验法)

    图1 特异性抗体显著抑制了IL-1β对一系列蛋白分子的诱导表达

    讨 论

    IL-1家族目前包括IL-1α、IL-1β、IL-1ra、Ⅰ型和Ⅱ型受体(IL-1R1和IL-1R2)等多个成员。正常情况下该家族受到精细调节和相互制约,以维持体系的高度平衡[2]。在本研究中我们采用跨膜皮肤组织培养方法,发现IL-1β可在正常人皮肤诱导上述一系列银屑病相关的蛋白分子而表达其免疫表型,表明IL-1参与了银屑病病理机制的启动过程。"
, 百拇医药
    角蛋白16和17可由增生的角质形成细胞强烈表达,被认为是银屑病表皮增生的标记[3]。IL-1β可通过自分泌环路增强IL-1α活性,后者是一种重要的角质形成细胞生长分化调节因子[4];IL-1β可能通过上述方式使培养皮肤细胞增生而表达角蛋白16和17。Ⅰ型转谷酰胺酶是一种钙离子依赖酶,生理情况下仅分布于表皮颗粒层细胞膜上,催化多种蛋白的交联过程而形成角质层。然而在银屑病皮损中,Ⅰ型转谷酰胺酶在棘细胞层大量表达[5],其增强的活性可直接导致角质形成细胞加速不完全的角化过程,这种机制可能是银屑病异常分化即表皮角化过度、角化不全的分子基础。

    关于IL-1诱导角质形成细胞表达ICAM-1的研究,文献报道结果不一[6,7]。我们发现IL-1β可诱导ICAM-1在培养的正常皮肤基底层清晰表达。抗体阻断试验表明,IL-1β对ICAM-1的诱导作用是特异的。IL-1β也增强HLA-DR在角质形成细胞的表达,染色阳性细胞多围绕表皮树突状细胞呈灶性分布。整合素β1是粘附分子VLA(very late appearing antigen)亚家族的亚单位,主要参与免疫细胞的粘附迁移和形态发生的调节过程。在整合素转基因鼠中,表皮棘细胞层过度表达整合素β1可出现银屑病病理表型以及眼睑皮肤发育不全[8]。在正常皮肤β1整合素主要分布在基底层,在银屑病皮损表皮棘细胞层表达增加,本文显示,IL-1β刺激培养的正常皮肤也出现类似增加。
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    参考文献

    1 Debets R, Hegmans J, Croughs P, et al. The IL-1 system in psoriatic skin. IL-1 antagonist sphere of influence in lesional psoriatic epidermis. J Immunol, 1997,158:2955-2963.

    2 Kupper TS, Groves RW. The interleukin-1 axis and cutaneous inflammation. J Invest Dermatol, 1995,105:62s-66s.

    3 Leigh IM, Navsaria H, Purkis PE, et al. Keratin (K16 and K17) as markers of keratinocyte hyperproliferation in psoriasis in vivo and in vitro. Br J Dermatol, 1995,133:501-511.
, 百拇医药
    4 Dinarello CA. Biologic basis for interleukin-1 in diseases. Blood, 1996,87:2095-2147.

    5 Nonomura K, Yamanishi K, Hosokawa Y, et al. Localization of transglutaminase 1 mRNA in normal and psoriatic epidermis by non-radioactive in situ hybridization. Br J Dermatol, 1993,128:23-28.

    6 Sebok B, Bonnekoh B, Mahrle G. IL-1α-induced expression of ICAM-1 on cultured hyperproliferative keratinocytes: suppression by antipsoriatic dimethylfulmarate. Int J Dermatol, 1994,33:367-370.
, 百拇医药
    7 Buchsbaum ME, Kupper TS, Murphy GF. Differential induction of intercellular adhesion molecule-1 in human skin by recombinant cytokines. J Cutan Pathol, 1993,20:21-27.

    8 Carroll JM, Romero MR, Watt FW. Suprabasal integrin expression in the epidermis of transgenic mice results in development defects and a phenotype resembling psoriasis. Cell, 1995,83:957-968.

    (收稿:1998-07-13 修回:1999-01-25), 百拇医药