Роль ингибитора сериновых протеаз LEKTI в регуляции целостности эпидермального барьера

В статье представлены современные данные о гене SPINK5, кодирующем ингибитор сериновых протеаз (LEKTI), участвующий в поддержании барьерной функции эпидермиса, противовоспалительной и антимикробной защите эпителия.




Role of inhibitor of serine proteases LEKTI in the regulation of the integrity of the epidermal barrier

The article represents modern data on the gene SPINK5, encoding the inhibitor of serine proteases (LEKTI) and is involved in maintaining the barrier function of the epidermis, anti-inflammatory and antimicrobial protection of the epithelium.

Ген SPINK5 локализован на длинном плече хромосомы 5 в области 5q31–q32, включает 33 экзона, охватывает около 61 кб и кодирует лимфо-эпителиальный ингибитор сериновых протеаз типа Kazal-5 (LEKTI), состоящий из 1064 аминокислот, организованных в 15 доменов [1, 2].

Сериновые протеазы и их ингибиторы играют ключевую роль в различных иммунных и воспалительных процессах, в том числе Т- и В-дифференцировки клеток, активации цитокинов и комплемента, репарации воспалительных тканей. В частности, LEKTI участвует в терминальной дифференцировке кератиноцитов и регуляции протеолиза эпителия. Кроме того, обнаруженная экспрессия LEKTI в тимусе подтверждает его роль в созревании Т-клеток, отборе и/или процессинге антигена. В связи с этим высказано предположение о том, что LEKTI участвует в регуляции эпителиального и слизистого воспаления, а нарушение его экспрессии может привести к несбалансированному Th2-ответу и усилению воспаления в тканях-мишенях [1, 3]. LEKTI экспрессируется в ороговевающем и неороговевающем эпителии, тимусе, миндалинах, паращитовидных железах, волосяных фолликулах и трахее [2]. В эпителии LEKTI экспрессируется в зернистом и самых верхних слоях шиповатого слоя эпидермиса [4]. Интересно отметить, что экспрессия LEKTI обнаруживается в кератиноцитах здоровой кожи и в коже пациентов с атопическим дерматитом (АтД), но при этом не обнаружена в легочной ткани здоровых индивидов, что указывает на вовлечение SPINK5 в развитие АтД, но его участие в развитии бронхиальной астмы (БА) остается под вопросом [5].

Общепризнано, что в роговом слое активностью сериновых протеаз обладают калликреины (KLKs) — группа, состоящая из 15 сериновых протеаз с хемо- и трипсин-подобной специфичностью [6]. Среди них особая роль отведена двум протеазам: KLK5 или трипсин-подобный фермент рогового слоя (KLK5/SCTE) и KLK7 или химотрипсин-подобный фермент рогового слоя (KLK7/SCCE) [7]. Оба фермента максимально экспрессируются в зернистом слое эпидермиса [8], затем транспортируются из ламеллярных телец в межклеточное пространство рогового слоя, где образуют протеолитический каскад [9, 10]. In vitro показано, что после активации оба фермента разрушают десмоглеин, десмоколлин и корнеодесмосин [11].

Мутации гена SPINK5 ведут к преждевременному прекращению транскрипции LEKTI, в результате чего образуется LEKTI «уменьшенного» размера с несколькими ингибирующими областями [12]. Walley и соавт. [13] сообщили о важности однонуклеотидных полиморфизмов (ОНП), локализованных в экзоне 14 гена SPINK5, в развитии АтД.

Дефицит LEKTI вызывает аномальное разрушение десмосом верхней части зернистого слоя эпидермиса посредством деградации десмоглеина в результате гиперактивности трипсиновых и хемотрипсиновых ферментов рогового слоя. Нарушение адгезии клеток рогового слоя приводит к потере барьерной функции кожи. Это позволяет говорить о LEKTI как о ключевом регуляторе эпидермальной деятельности протеаз и деградации десмоглеина [14].

Чрезмерная активность сериновых протеаз приводит к истончению рогового слоя, нарушению формирования ламеллярных телец и изменению ультраструктуры пластинчатых мембран, что индуцирует патологическую проницаемость эпителия и нарушение барьерной функции кожи. Последнее способствует контакту с аллергенами и развитию IgE-ответа [3, 15].

Наилучшим образом дисбаланс между сериновыми протеазами и их ингибиторами иллюстрирует Нетертон-синдром — тяжелый аутосомно-рецессивный генодерматоз, характеризующийся врожденной ихтиозоподобной эритродермией, аномалией волос, известной как «бамбуковые волосы», и атопическими проявлениями с высоким уровнем IgE [16]. У больных с Нетертон-синдромом S. Chavanas и соавт. [12] описали 11 различных мутаций гена SPINK5. При Нетертон-синдроме снижение активности LEKTI приводит к беспрепятственной активации сериновых протеаз, что нарушает когезию клеток рогового слоя и приводит к истончению рогового слоя, задержке роста и гипернатриемическому обезвоживанию, порой с летальным исходом [15].

Так как одним из проявлений Нетертон-синдрома является АтД, а оба эти заболевания характеризуются дисфункцией кожного барьера и повышенным уровнем сывороточного IgE [5], то ген SPINK5 можно рассматривать в качестве гена-кандидата аллергических заболеваний, в частности АтД [17].

В настоящее время ведутся интенсивные дебаты о роли LEKTI в формировании АтД. Анализ ассоциации между генетическими полиморфизмами гена SPINK5 и атопическими заболеваниями показал противоречивые результаты [18]. Впервые A. J. Walley и соавт. [19], изучая шесть ОНП гена SPINK5, обнаружили, что полиморфный вариант р.Glu420Lys (rs2303067) статистически значимо связан с атопией и АтД в двух независимых группах. В японской когорте также установили положительную корреляцию между семью ОНП гена SPINK5 и АтД [20]. Другие японские исследователи также выявили ассоциацию между полиморфным вариантом р.Glu420Lys и АтД, но не с развитием БА [1].

Сходные результаты получены и в Северо-Восточном Китае. Однако не было обнаружено ассоциации между больными АтД с полиморфным вариантом р.Glu420Lys гена SPINK5 и уровнем сывороточных IgE, сопутствующей БА или АтД «с ранним началом» [21].

В то же время M. Kabesch и соавт. [22], проанализировав полиморфный вариант р.Glu420Lys гена SPINK5 у 1161 ребенка немецкой когорты, обнаружили статистически значимую ассоциацию между полиморфным вариантом р.Glu420Lys и развитием астмы (р = 0,041, ОШ = 1,77, 95% ДИ [1,02–3,06]), а также при сочетании БА и АтД (р = 0,007, ОШ = 4,56, 95% ДИ [1,37–15,12]). Никакой ассоциации между данным ОНП и уровнем общего сывороточного IgE, результатами кожных проб и АтД не наблюдалось.

Fölster-Holst и соавт. [23], изучив восемь ОНП в различных регионах гена SPINK5 в немецкой популяции, H. Jongepier и соавт. [5] — у населения Голландии, также не нашли ассоциации анализируемых полиморфных вариантов гена SPINK5 с повышенным риском АтД.

Китайские ученые [17] не обнаружили статистически значимой ассоциации между несинонимичными ОНП гена SPINK5 и БА, что согласуется с выводом о том, что SPINK5 не экспрессируется в легочной ткани.

Можно ли предположить, что только серинопротеазоопосредованное нарушение целостности рогового слоя служит основой для аномальной проницаемости кожного барьера? Так, S. J. Bashir и соавт. [15] показали, что даже обширное механическое удаление «нормального» рогового слоя имеет минимальное последствие на проницаемость барьера, поскольку наиболее критично нарушение именно на границе между роговым и зернистым слоями. Несмотря на нарушение эпидермального барьера, большинство пациентов с Нетертон-синдромом доживает до зрелого возраста. Авторы указывают на возможные компенсаторные механизмы, способствующие этому.

Таким образом, несмотря на кажущуюся очевидность причастности нарушения эпидермального барьера, вызванного изменением в процессе десквамации, в развитии АтД и дальнейшей чрезкожной сенсибилизации, данная проблема требует дальнейших изысканий, включая исследования глобального характера, поскольку с каждым витком познания в этой области становятся еще более очевидны «белые пятна» на фоне все возрастающей значимости и актуальности.

Литература

  1. Nishio Y., Noguchi E., Shibasaki M. et al. Association between polymorphisms in the SPINK5 gene and atopic dermatitis in the Japanese // Genes and Immunity. 2003. Vol. 4 (7). Р. 515–517.
  2. Roelandt T., Thys B., Heughebaert C. et al. LEKTI-1 in sickness and in health // Int. J. Cosmetic Sci. 2009. Vol. 31 (4). Р. 247–254.
  3. Bitoun E., Chavanas S., Irvine A. D. et al. Netherton syndrome: disease expression and spectrum of SPINK5 mutations in 21 families // J. Invest. Dermatol. 2002. Vol. 118 (2). Р. 352–361.
  4. Bitoun E., Micheloni A., Lamant L. et al. LEKTI proteolytic processing in human primary keratinocytes, tissue distribution and defective expression in Netherton syndrome // Hum. Mol. Genet. 2003. № 12. Р. 2417–2430.
  5. Jongepier H., Koppelman G. H., Nolte I. M. et al. Polymorphisms in SPINK5 are not associated with asthma in a Dutch population // J. Allergy Clin. Immunol. 2005. Vol. 115 (3). Р. 486–492.
  6. Borgono C. A., Michael I. P., Diamandis E. P. Human tissue kallikreins: physiologic roles and applications in cancer // Mol. Cancer Res. 2004. № 2. Р. 257–280.
  7. Borgoño C. A., Micael I. P., Komatsu N. et al. A potential role for multiple tissue kallikrein serine proteases in epidermal desquamation // J. Biol. Chem. 2007. Vol. 282. Р. 3640–3652.
  8. Ekholm I. E., Brattsand M., Egelrud T. Stratum corneum tryptic enzyme in normal epidermis: a missing link in the desquamation process? // J. Invest. Dermatol. 2000. Vol. 114 (1). Р. 56–63.
  9. Brattsand M., Stefansson K., Lundh C. et al. A proteolytic cascade of kallikreins in the stratum corneum // J. Invest. Dermatol. 2005. Vol. 124 (1). Р. 198–203.
  10. Ishida-Yamamoto A., Deraison C., Bonnart C. et al. LEKTI is localized in lamellar granules, separated from KLK5 and KLK7, and is secreted in the extracellular spaces of the superficial stratum granulosum // J. Invest. Dermatol. 2005. Vol. 124. Р. 360–366.
  11. Descargues P., Deraison C., Prost C. et al. Corneodesmosomal cadherins are preferential targets of stratum corneum trypsin- and chymotrypsin-like hyperactivity in Netherton syndrome // J. Invest. Dermatol. 2006. Vol. 126 (7). Р. 1622–1632.
  12. Chavanas S., Bodemer C., Rochat A. et al. Mutations in SPINK5, encoding a serine protease inhibitor, cause Netherton syndrome // Nat. Genet. 2000. Vol. 25. Р. 141–142.
  13. Kiyohara C., Tanaka K., Miyake Y. Genetic susceptibility to atopic dermatitis // Allergol. Int. 2008. Vol. 57. Р. 39–56.
  14. Yang T., Liang D., Koch P. J. et al. Epidermal detachment, desmosomal dissociation, and destabilization of corneodesmosin in Spink5-/- mice // Genes Dev. 2004. Vol. 18. Р. 2354–2358.
  15. Hachem J. P., Wagberg F., Schmuth M. et al. Serine protease activity and residual LEKTI expression determine phenotype in Netherton syndrome // J. Invest. Dermatol. 2006. Vol. 126. Р. 1609–1621.
  16. Komatsu N., Takata M., Otsuka N. et al. Elevated stratum corneum hydrolytic activity in Netherton syndrome suggests an inhibitory regulation of desquamation by SPINK5-derived peptides // J. Invest. Dermatol. 2002. Vol. 118. Р. 436–443.
  17. Liu Q., Xia Y., Zhang W. et al. A functional polymorphism in the SPINK5 gene is associated with asthma in a chinese han population // Medical Genetics. 2009. Vol. 10. Р. 59.
  18. Spergel J. M., Paller A. S. Atopic dermatitis and the atopic march // J. Allergy Clin. Immunol. 2003. Vol. 112 (6). Р. 118–127.
  19. Walley A. J., Chavanas S., Moffatt M. F. et al. Gene polymorphism in Netherton and common atopic disease // Nat. Genet. 2001. Vol. 29. Р. 175–178.
  20. Kato A., Fukai K., Oiso N. et al. Association of SPINK5 gene polymorphisms with atopic dermatitis in the Japanese population // Br. J. Dermatol. 2003. Vol. 148. Р. 665–669.
  21. Zhao L. P., Di Z., Zhang L. Association of SPINK5 gene polymorphisms with atopic dermatitis in Northeast China // J. Eur. Acad. Dermatol. Venereol. 2012. Vol. 26. Р. 572–577.
  22. Kabesch M., Carr D., Weiland S. K. et al. Association between polymorphisms in serine protease inhibitor, karzal type 5 and asthma phenotypes in a large German population sample // Clin. Exp. Allergy. 2004. Vol. 34. Р. 340–345.
  23. Fölster-Holst R., Stoll M., Koch W. A. et al. Lack of association of SPINK5 polymorphisms with nonsyndromic atopic dermatitis in the population of Northern Germany // Br. J. Dermatol. 2005. Vol. 152. Р. 1365–1367.

С. В. Левашева1
Э. И. Эткина,
доктор медицинских наук, профессор
Л. Л. Гурьева, кандидат медицинских наук
Л. И. Бабенкова, кандидат медицинских наук
Л. Я. Данилова
С. Э. Якута

ГБОУ ВПО БГМУ МЗ РФ, Уфа

1 Контактная информация: levashova79@mail.ru

Купить номер с этой статьей в pdf

Все новости и обзоры - в нашем канале на «Яндекс.Дзене». Подписывайтесь

Актуальные проблемы

Специализации




Календарь событий: