分化及其调节

与许多体内其他细胞不同，KC为一种不断增殖、分化和更新的细胞，这主要是为与它的基本功能相适应。

一、正常情况下的角质形成细胞动力学

KC的增殖有一定的规律性，每日大约有10%的细胞进行核分裂活动，有次序地逐渐向上移动。由基底层移行至颗粒层最上层约需要14d，再移至角质层表皮而脱落又需要14d，共约28d，此过程称为表皮更替（epidermal turnover）。根据KC在此过程中不同的增殖分化状态，可以将其分为3种类型，即干细胞、短暂增殖细胞和分化细胞。表皮更替以“表皮单位”的形式进行，“表皮单位”由10个左右基底细胞及其上方各层细胞构成，该结构基底层中心为干细胞，干细胞周围由短暂增殖细胞环绕，其上各层细胞则是由它们进一步分化而成。

表皮干细胞是表皮更替的始动者，担负着维持组织再生和长期动态平衡的重要任务，该类细胞具有未分化细胞的生化特征和结构特征。

正常情况下，表皮、毛囊上皮和甲母质的新生细胞与角层脱落细胞相适应，以维持相应组织结构和功能的稳定。表皮的不同部位反映KC的不同分化阶段，有相应的标志角蛋白，基底层主要表达角蛋白K5／K14，棘层上部则主要表达K1／K10，此外在角蛋白的终末分化阶段还有一系列分化标志蛋白，如包壳蛋白、兜甲蛋白、丝聚合蛋白等，后两种蛋白是颗粒层透明角质颗粒的主要构成分子。

二、影响角质形成细胞增殖的因素

KC的增殖是一个非常复杂的过程，与生长因子水平、细胞分化程度和细胞外基质的黏附密切相关。在通常情况下，表皮细胞生长因子（EGF）家族和胰岛素样生长因子（IGF－Ⅰ）是最重要的生长刺激因素；而转化生长因子（TGF－β）却主要起着生长抑制的作用。在炎症性皮肤病中，KC进入病理性的增殖途径。白介素－1（IL－1）则是病理过程的始动者，但表皮增殖的延续却是必须有TGF－α、双向调节因子、IGF－Ⅰ等生长因子及IL－4、IL－6、IL－8等淋巴因子的表达。而今，促进细胞因子和淋巴因子表达回复正常水平的治疗方案（如糖皮质激素、维生素A类似物、维生素D类似物、免疫抑制药的应用和光化学疗法等）已经被广泛应用于各种增殖性皮肤病的治疗中。

多种因素对KC的增殖起调节作用，包括各种生长因子、原癌基因蛋白、其他细胞因子及许多小分子物质、人工合成药物等。

（一）生长因子类

EGF、TGF、KC、bFGF、NGF、PDGF等对KC生长均起促进作用，而TGF－β抑制KC生长，正常表皮中无EGF，但有TGF－α。它通过结合EGF受体发挥作用。

现在认为表皮细胞生长因子家族是表皮发育与生长的关键调节因子，此家族包括TGF－α、双向调节因子、肝素结合EGF样生长因子（HB－EGF）和其他蛋白，它们结合于胞膜的酪氨酸激酶受体（ErbB）家族。虽然在某些情况下ErbB－3是表皮中主要的表达蛋白，但大多数情况下，170kDa的ErbB－1是最主要的EGF受体（EGFR）。EGFR的信号传导是表皮正常发育所必需的，EGFR基因敲除小鼠表现出多项皮肤生长紊乱和表皮萎缩。

在表皮，EGFR的配体不是EGF而是TGF－α，因为EGF和双向调节因子在正常表皮的表达都不丰富。HB－EGF在表皮以低浓度的膜结合形式和可溶性形式存在，并结合于EGFR和Erb B－3。在体外，EGF、TGF－α、双向调节因子和HB－EGF是有效的促有丝分裂因子和加强KC迁移的重要因子。对于培养的KC，TGF－α的作用可以被其他生长因子代替，如KGF、IGF－Ⅰ，因为TGF－α基因敲除的小鼠并没有表现出表皮的异常，但是这些因子可能不是直接刺激EGFR而发挥作用。

IGF－Ⅰ是培养KC必不可少的。KC并不能分泌IGF－Ⅰ，表皮的IGF－Ⅰ主要来自血供或真皮的Fb，IGF－Ⅰ的高表达导致表皮的增生。

KGF也是由真皮的Fb分泌，并弥散到表皮从而刺激KC的生长。在伤口部位，KGF表达高度增加，促进伤口愈合。虽然KGF的高表达可以导致表皮的过度增殖，KGF基因敲除小鼠的表皮却能够正常发育，而且伤口的愈合情况也与正常小鼠无异。表皮细胞增殖的调控是多种细胞因子相互作用并取得平衡的结果，而非由一种或少数几种决定性因子调控。

在这种平衡中，TGF－β有可能是唯一的一种抑制性因子，因为它能诱导KC可逆性的G1期阻断。TGF－β在表皮基底层中通常只是低度表达，其表达程度的增高常常导致表皮的萎缩并能阻止其他因素导致的表皮过度增生。TGF－β的主要受体（Ⅱ型受体）可能是TGF－β作用传导通路上的最主要调节因子，因为其敲除基因小鼠表现为表皮增生。所以，TGF－β是维系表皮内环境稳定的一个非常重要的因素。

（二）淋巴因子

在病理情况下，白介素也会参与KC的增殖。IL－1、IL－4、LI－6和LI－8可能是由KC分泌并发挥生长因子的作用。在体外，这些白介素具有与EGF一样的刺激细胞增殖和支持克隆性生长的能力。

IL－1α被认为是启动表皮炎症性增生最重要的因子，与IL－1β需要蛋白酶酶解处理后才具有功能的情况不同，IL－1α在天然情况下就具有活性。正常KC内有大量静息状态的IL－1α存在，并可以快速分泌。IL－1α的活性可以迅速被结合于膜上的可溶性IL－1受体拮抗剂所中和，这种自限性的炎症反应属于对病原体和外界刺激的第一线免疫保护措施。IL－1信号传导的紊乱常常导致过强的炎症反应和增生；这一点从转IL－1α和IL－1受体基因的小鼠身上也可以得到证实；还有证据显示IL－1参与了银屑病的病理过程。

病理性IL－1α在表皮的高表达则是IL－ 4、IL－6和LI－8的表达始动因素，这些也在银屑病的病理过程研究中得到了证实。这几个细胞因子都是刺激KC生长的强有力刺激因子。

（三）多胺类、钙调素等

它们也具有一定促进KC增殖的能力。而在病理情况下，c－myc、c－fos、c－jun、ras、bcl－2原癌基因的高表达也是促进KC增殖的重要因素或主要因素。

（四）维A酸

维A酸类药物现在已经发展到了第三代，它们是维生素A代谢的中间产物，在生物体内维生素A以醇的形式代谢转变为维A醛，再进一步成维A酸，但维A醇和维A醛可相互代谢转化，而维A酸却不能还原为维A醛或醇的形式。维A酸通过与细胞中的维A酸结合蛋白和细胞核维A酸受体结合而发挥生物学作用。维A酸受体分为RAR和RXR两型，后者为维A酸／类固醇／甲状腺素受体超家族。不同维A酸对不同受体有不同的亲和力。维A酸的主要作用是调节KC的增殖和分化，并能使上皮保持正常的功能。人皮肤外用维A酸后，K1／K10表达无明显变化，而K6／K16表达增强，谷氨酰胺转移酶活性增强，兜甲蛋白和丝聚蛋白合成增加，说明有分化异常。

（五）维生素D衍生物

维生素D是一种酸性蛋白质大分子，属于一种内分泌激素。其主要功能代谢产物1α，25－二羟基维生素D3主要通过与维生素D受体结合，改变目的基因的转录效率，从而产生生物学效应。通过引起细胞G1期阻滞，上调胰岛素生长因子结合蛋白的表达，降低IGF的活性，阻断IGF－1有丝分裂作用，增加TGF－β生成，改变细胞对表皮生长因子受体（EGFR）的敏感性，抑制端粒酶活性，以及下调c－fos和myc等癌基因，在生理和病理情况下对KC的增殖和分化发挥作用。在银屑病中KC K1／K10表达降低、K6／K16表达增强，应用维生素D衍生物后可将消除此角化异常；体外培养的KC暴露于维生素D衍生物后增殖活性受到明显抑制，同时伴有细胞分化增强。另外维生素D既可以通过维生素D受体活化目的基因，也可以通过与维生素D受体和结合RXRa的双重结合来活化目的基因，形成复杂的调节机制。

（六）皮质激素

皮质激素作用十分广泛，KC对其的敏感性低于炎性细胞，但该类药物仍旧具有很强的抑制角形成细胞增殖的作用，而对细胞的分化无明显促进或诱导作用。皮质激素在血内结合于皮质激素传递蛋白，只有少数为具有活性的游离态，游离态皮质激素可穿过胞膜而进入胞浆与糖皮质激素受体结合，进而转移至细胞核发挥作用，诱导或抑制多种蛋白的表达。与KC相关的主要包括抑制IL－1α、IL－4、IL－6和IL－8基因的转录，从而抑制这些炎性因子的表达，从而达到在病理情况下抑制细胞增殖的作用。此外，皮质激素类药物在胞核的作用还包括多种尚未阐明的途径。

（七）其他

钙离子对角质形成细胞分化有明显的诱导作用。研究中培养人的KC时发现，当培养基中钙离子浓度在0．03～0．3mmol／L时，KC的生长随培养基中钙离子浓度的升高而增加，当培养基中的钙离子浓度为0．1mmol／L时，KC的生长率达到最大，增殖活力较强，形态也呈鹅卵石样小细胞；当培养基中的钙离子浓度升至1．0mmol／L以上时，KC的生长降低并进入分化状态，很容易变为扁平分化细胞。所以，实验室进行KC无血清培养时常用低钙浓度和加入生长因子等手段获得高增殖低分化的细胞。

此外，甲氨蝶呤、氮芥或环孢素A等免疫抑制药和其他的细胞毒素药物也可以明显抑制KC的增殖。一定浓度的地蒽酚、煤焦油、水杨酸、硫磺等均有不同程度抑制角质形成细胞增生和促进KC分化作用。

三、角质形成细胞的非正常增殖和分化

上述众多因素及许多未知因素构成了一个庞大的调节KC增殖与分化的网络，网络中任何一个因素受到促进或抑制，均有可能导致该网络的失衡。这种失衡在一定程度内可以通过其他因素的调节来进行补偿，但在超过一定的限度时，平衡将会遭到破坏，从而出现KC的非正常增殖和分化。这些非正常的增殖和分化可能为一过性，也可能为持续性；可以为生理反应，也可以为病理反应，从而发生各种表皮增生与分化异常的相关皮肤病，如各种角化性皮肤病、增生性皮肤病、皮肤肿瘤等。而促使该网络失衡的因素有外伤、紫外线、化学物质、感染等外因和体内炎性细胞或分子等内因，还有细胞本身发生突变的自身因素。