4 курс / Фак. Педиатрия, эндокринология / Кафедра №1 / Филагрин при АтД

Введение

Атопический дерматит (АД) – это хроническое наследственное аллергическое воспалительное заболевание кожи, механизмы развития которого включают в себя

сложные взаимодействия нервной и иммунной систем, а также кожи. В настоящее время значительно пересмотрен патогенез АД с позиции генетических дефектов и вли-

яния средовых факторов. Определенную роль в механизме АД играет дисфункция кожного барьера. Кроме того, большинство исследователей подчеркивают, что именно дисфункция эпидермального барьера в сочетании с изме-

ненным иммунным ответом – ключевое звено в формировании АД и последующей чрескожной сенсибилизации, в том числе реализации атопического марша [1–3].

Впатогенез АД вовлечены все виды кожного барьера: физический, биохимический и иммунный. Физический барьер состоит из рогового слоя, плотных межклеточных контактов и десмосом. Биохимическая составляющая включает в себя липиды, лизосомы, антимикробные пептиды и органические кислоты. Иммунный барьер представлен клетками иммунной системы – лимфоцитами, моноцитами, клетками Лангерганса и нейтрофилами [4].

Кожные покровы являются первой линией защиты на пути проникновения в организм аллергенов, токсинов, микроорганизмов и других антигенов внешней среды. Кожа включает три слоя: эпидермис, дерму и гиподерму. Эпидермис представлен многослойным ороговевшим эпителием, и в нем постоянно происходят физиологические процессы дифференцировки, кератинизации и отшелушивания эпителиоцитов, что приводит к обновлению клеточной популяции [5].

На сегодняшний день установлено, что именно роговой слой обеспечивает физическую барьерную функцию, препятствует избыточной трансэпидермальной

потере влаги и проникновению инородных субстанций,

атакже поддерживает гигроскопичность. Именно метаболическая и ферментативная активность эпидермиса играет важную роль в поддержании барьерной функции. В результате нарушения кожного барьера при АД происходят два процесса – повышение трансэпидермальной потери влаги и недостаточность адекватного связывания влаги кожей, а также увеличение проницаемости кожи для воздействия факторов внешней среды [3, 4].

Воснове дисфункции кожного барьера лежат дефекты рогового слоя, которые могут быть вызваны как врожденными факторами, так и приобретенными. Наиболее значимым фактором, способствующим развитию АД, является снижение экспрессии защитного белка кожных покровов филаггрина, в том числе в случае мутации его гена [6, 7].

Структура и функции филаггрина

Филаггрин – это ключевой структурный каль- ций-связывающий белок кожи, присутствующий в эпидермисе кожи уже на третьем месяце жизни ребенка, участвующий в процессах дифференцировки клеток эпидермиса. Впервые идентифицировать филаггрин удалось Beverly Dale в 1977 г. Данный белок практически нерастворим и содержит большое количество гистидина. Филаггрин играет важную роль в процессах кератинизации эпидермиса, а также образовании эластичного, прочного защитного рогового слоя [8, 9].

Процесс образования мономеров филаггрина происходит в зернистом слое эпидермиса в результате дефосфорилирования и протеолитического расщепления профилаггрина. Профилаггрин – это основной

компонент кератогиалиновых гранул, расположенный в зернистом слое эпидермиса в неактивной форме в нерастворимых гранулах кератогиалина. При увеличении

уровня кальция происходит дегрануляция кератогиалиновых гранул. Масса профилаггрина может достигать 400 кДа и более. Он содержит 10–12 идентичных повторов филаггрина и терминальные N- и С-домены. Каждый повтор содержит 324 аминокислоты. В качестве связующего звена между ними выступают короткие линкерные области, которые разрушаются при протеолизе профилаг­ грина с образованием активных мономеров филаггрина. N-терминальный домен представлен окончанием белковой молекулы с NH2-группой, С-терминальный домен имеет группу COOH. Дефосфолирирование происходит под контролем кислой фосфатазы – серинтреонинпротеинфосфатазы 2 А [2, 8, 10, 11].

В верхней части рогового слоя филаггрин преобразуется в ряд аминокислот (пирролидонкарболовая кислота, транс-уроканиновая кислота) и продукты метаболизма (гистидин, аргинин, глютамин), которые участвуют в поддержании гомеостаза кожи. Именно продукты распада филаггрина являются компонентами системы натурального увлажняющего фактора (natural moisturizing factor,

NMF) [3, 12].

Также система NMF включает и другие различные гидрофильные субстанции, вырабатываемые в роговом слое из липидов клеточных мембран. Компонентами NMF также являются мочевина и молочная кислота. NMF играет важную роль в обеспечении защиты кожи, препятствуя потере воды, колонизации патогенных микроорганизмов, проникновению токсинов и аллергенов [8, 13, 14].

Одной из основных функций белка филаггрина является формирование цитоскелета кератиноцитов посредством агрегации и введения кератиновых филаментов, что в свою очередь способствует уплотнению и образованию ороговевших пластинок. В результате процессов дифференцировки в эпидермальных клетках происходит распад клеточных ядер, вследствие чего клетки приобретают вид плоских пластин, соединенных внеклеточными липидами. Таким образом, клеточная мембрана заменяется на липидно-протеиновый слой роговых клеток, что формирует непроницаемый кожный барьер и обеспечивает механическую целостность кожи [5].

Также известно, что продукты метаболизма филаггрина способствуют снижению чувствительности кожного покрова к неблагоприятному воздействию ультрафиолетовых лучей. В результате фотоизомеризации транс-цис-уроканиновой кислоты возникают молекулы, находящиеся в диапазоне спектра действия ультрафиолетовой радиации. Также доказано, что цис-уроканиновая кислота обладает иммуномодулирующим действием [9].

Деградация липид-процессируемых энзимов, участвующих в образовании NMF из молекул филаггрина, является причиной повышения pH и проницаемости кожного покрова. Данный феномен способствует под-

держанию роста инфекционных агентов, включая золотистый стафилококк, что достаточно часто встречается при АД [15, 16].

Таким образом, продукты распада филаггрина, являясь компонентами NMF, обеспечивают многие важные защитные функции кожного покрова: поддержание адекватного pH кожи, снижение потери воды, подавление колонизации микробных агентов и препятствие для внедрения аллергенов и токсических веществ [8].

Причины дефицита филаггрина

Недостаточная выработка белка филаггрина приводит к нарушению дифференцировки кератиноцитов, что влечет за собой снижение их интеграции, дефекты плотных контактов между эпидермальными клетками, потерю влаги, нарушение гомеостаза, повышение восприимчивости к патогенам и проникновение аллергенов [5].

Выделяют множество факторов, приводящих к снижению экспрессии филаггрина. К ним относятся низкая влажность окружающей среды, психологический стресс, механические повреждения вследствие раздражения кожи, солнечные ожоги, дисбаланс цитокинов, воздействие некоторых лекарственных средств и микроорганизмов [17].

Кожный воспалительный процесс негативно влияет на продукцию филаггрина. Известно, что интерлейкин (ИЛ) 31, участвующий в развитии кожного воспаления

истимуляции зуда при АД, препятствует пролиферации

идифференцировке кератиноцитов, частично этот процесс запускается за счет активации выработки ИЛ-20

иИЛ-24. Другие цитокины Тh2-типа, такие как ИЛ-4, ИЛ-13, ИЛ-22, ИЛ-25, также снижают продукцию филаггрина. ИЛ-22 непосредственно провоцирует гиперплазию кератиноцитов и снижение экспрессии белка филаггрина. Немаловажное значение имеет и повышенная концентрация ИЛ-17 в коже и периферической крови у пациентов с обострением АД, так как данный цитокин способствует не только миграции клеток в очаг воспаления, но и подавлению экспрессии филаггрина и ферментов, которые участвуют в процессинге филаггрина. Ряд авторов подтвердили значение ИЛ-17 на экспериментальной мышиной модели – при дисфункции рецепторов ИЛ-17 происходит повреждение филаггрина и усугубление течения АД [18, 19].

Внастоящий момент механизм воздействия неблагоприятных условий окружающей среды и экзогенных стрессоров на экспрессию филаггрина изучен недостаточно. Однако существуют данные, что мономерный филаггрин чувствителен к смене климата. Уровень белка может меняться, в частности, при быстром переходе из влажной окружающей среды к сухой. Подтверждением этого воздействия считаются исследования, проведенные среди американских детей, согласно которым более высокая распространенность АД отмечается в районах с низкой влажностью или низкой средней температурой, а также длительным периодом центрального отопления. Это объясняется отрицательными эффектами приобретенного дефицита филаггрина на барьерную функцию кожи [17].

Недостаточно изучено влияние солнечных лучей на экспрессию филаггрина, однако исследования, проведенные in vitro, демонстрируют, что мощные разовые дозы ультрафиолетового излучения способны блокировать выработку белка [17].

Угнетающее действие на филаггрин оказывают и средства, содержащие лаурилсульфат натрия. Экспериментальное применение данного вещества с окклюзией

втечение 24 часов подавляло экспрессию предшественника филаггрина – профилаггрина [20].

Спорным является и влияние механического повреждения кожных покровов, в том числе царапин и расчесов при выраженном кожном зуде при АД, на экспрессию филаггрина. Предполагается, что нарушение целостности кожного покрова может приводить к снижению кальция

вгранулезном слое, что в свою очередь также ведет к снижению продукции предшественника данного белка [17].

Среди генетических причин снижения экспрессии филаггрина выделяют мутации гена филаггрина. В ряде исследований показано, что снижение продукции филаггрина вследствие мутации гена взаимосвязано с недостаточной увлажненностью кожного покрова и повышенной трансэпидермальной потерей влаги, что также коррелирует с более тяжелым течением АД и развитием пищевой сенсибилизации. Дефекты гена филаггрина определяются только у половины пациентов с АД. Это свидетельствует о том, что данный фактор патогенеза является не единственным и/или обязательным для формирования дерматоза [2, 17].

Поиск мутаций гена филаггрина на сегодняшний день является важным аспектом в проведении генетических исследований аллергических заболеваний, в том числе при АД и бронхиальной астме. Как известно, мутации гена приводят к сниженной экспрессии белка филаггрина и продуктов его деградации у пациентов с АД. У пациентов с ранним дебютом АД (до двух лет жизни)

вкачестве важного фактора риска развития аллергического заболевания рассматривается именно мутация гена филлагрина. Впервые об отсутствии или снижении экспрессии гена филаггрина как результате мутаций, связанных с потерей его функции, сообщили C.N. Palmer и со-

авт. На сегодняшний день известно более 40 мутаций гена филаггрина среди европейских и азиатских популяций [9].

Ген филаггрина расположен в хромосомной области 1q21 в эпидермальном дифференцировочном комплексе, который представлен кластером генов, охватывающим большое количество пар нуклеотидов геномной ДНК человека. Он принимает участие в терминальной дифференцировке эпидермиса, а также в образовании рогового слоя. Только в этой области расположено до 45 генов. Часть генов кодирует различные белки, отвечающие за формирование рогового конверта. Другие гены участвуют в кодировке белков, ответственных за синтез профилаггрина и трихохиалина. Ген профилаггрина/филаггрина состоит из трех экзонов и двух интронов. Большая часть

белка кодируется в третьем экзоне, который является самым большим. Таким образом, сложный комплекс взаимодействия генов способствует полноценному развитию эпидермиса. Нарушение в данных структурах приводит к развитию АД [21].

Несмотря на то что мутации филаггрина не носят специфического характера, тем не менее считается, что они косвенно участвуют в развитии и других атопических заболеваний. Предполагается, что взаимосвязь мутаций филаггрина с другими аллергическими заболеваниями обусловлена кожной сенсибилизацией аллергенами и вторично посредством иммунологического механизма.

Влияние дефицита филаггрина

Генетический или приобретенный дефицит филаггрина оказывает влияние на внутриклеточную и внеклеточную структуры кератиноцитов, изменяя нормальную физиологию эпидермального слоя. У пациентов с АД

идефицитом белка филаггрина отмечается снижение или отсутствие слоя зернистых клеток. Исследования на мышах с дефицитом профилаггрина показали, что снижено не только количество рецепторов эпидермального фактора роста, но и экспрессия Е-кадгерина, лорикрина и окклюдина, которые являются наиболее значимыми молекулами клеточной адгезии в эпителиальных тканях [17].

Из-за нарушений цитоскелета вследствие дефицита структурного белка происходят изменения в содержании важнейших липидов рогового слоя – церамидов. Они отвечают за регуляцию потери воды, дифференцировку кератиноцитов через синтез филаггрина. Снижение данных липидов приводит к нарушениям экспрессии энзимов, ответственных за защитные свойства кожи. Дефицит церамидов – причина активизации бактериальной флоры

иповышенной выработки церамидазы – фермента, который замыкает порочный круг, способствуя распаду церамидов на сфингозин и жирные кислоты, что также нарушает кожный барьер [22].

Дефицит филаггрина способствует увеличению pH кожных покровов и активации сериновых протеаз, усугубляющих дисфункцию кожного барьера. У пациентов со сниженным уровнем как филаггрина, так и продуктов

его распада понижена гидратация и повышена транс­ эпидермальная потеря воды. Однако у пациентов с АД не всегда отмечается высокий уровень pH, так как предполагается, что компенсаторная активация натрий-водород- ного антипортера способна подавлять pH кожи [23].

Сериновые протеазы, или калликреины, участвуют в процессах нарушения межклеточных связей и активации ИЛ-1α и ИЛ-1β. Помимо деструктивного свойства калликреинов они инициируют каскад врожденных воспалительных реакций, активируя белок стромального лимфопоэтина тимуса (ТСЛП) из кератиноцитов. ТСЛП способствует выбросу нейропептидов кожными нервами. Это способствует активации механизмов образования зуда, затем расчесыванию кожи, которое

провоцирует еще большую деструкцию кожного барьера и повышает риск развития вторичной бактериальной колонизации [17].

Дефицит филаггрина способствует увеличению проницаемости кожного покрова и активному проникновению аллергенов. Это было продемонстрировано в исследовании на мышах с нулевым филаггрином. Также было подчеркнуто, что имелось снижение уровня воспалительного порога при повышенном проникновении раздражителей кожи и аллергенов [24].

Учитывая, что филаггрин участвует в поддержании кислой среды рогового слоя, его низкие уровни повышают колонизацию определенными видами микроорганизмов. Доказано, что продукты распада филаггрина оказывают тормозящее влияние на рост золотистого стафилококка. Известно, что альфа-токсин золотистого стафилококка разрушает в большей степени кератиноциты с дефицитом белка, тогда как нормальная экспрессия филаггрина повышает секрецию сфингомиелиназы и тем самым снижает связывание альфа-токсина и риск колонизации [17].

Показано, что пациенты с дефицитом филаггрина имеют высокий риск развития герпетической экземы. Известно, что повышенная экспрессия ИЛ-25 подавляет выработку филаггрина и таким образом усиливает репликацию вируса простого герпеса [25].

Лечение

Углубленное изучение механизмов развития АД в последние годы способствует изменению подходов к ведению и лечению пациентов. Так как дисфункцию кожного барьера стали рассматривать как основной патогенетический момент АД, важное значение стали приобретать лечебные мероприятия по нормализации состояния кожных структур, включающие разнообразные топические смягчающие и увлажняющие средства для базового ухода.

Главной целью такой терапии является увлажнение кожи и поддержание защитной функции эпидермиса. Выделяется четыре основных класса базового ухода в зависимости от механизма действия: эмоленты, хумектанты, окклюзивные средства и средства, восстанавливающие уровень белка. Эмоленты способствуют восстановлению

функции кожного покрова за счет устранения дефектов рогового слоя, улучшения подвижности мембран и клеточной сигнализации. Хумектанты эффективны за счет способности притягивать воду в роговой слой. Окклюзивные средства образуют на поверхности кожи защитную пленку, которая препятствует трансэпидермальной потере влаги. Средства, восстанавливающие уровень белка филаггрина, пополняют эссенциальные протеины, способствуя омоложению кожи [2].

К сожалению, на современном этапе не существует специфической терапии, направленной на коррекцию приобретенных и врожденных дефектов белка филаггрина, лежащих в основе дисфункции кожных покровов. Кроме того, у пациентов с изначально низким уровнем филаг­

грина вследствие генетических мутаций наблюдается более тяжелое течение АД и, как следствие, им требуется более затратное лечение [8].

В настоящее время доказано, что современная противовоспалительная­ терапия АД, включающая в себя глюкокортикостероиды­ для местного применения и ингибиторы кальциневрина, способна восстанавливать уровень филаггрина и нормализовать функцию кожного покрова [18]. Тем не менее, учитывая разнообразие причин сниженной продукции данного белка, проблема лечения и профилактики дефектов филаггрина остается нерешенной.

Заключение

Изучение роли филаггрина и мутаций в гене филаггрина поможет существенно улучшить понимание механизмов нарушения кожного барьера и причин возникновения АД. Необходимо дальнейшее продолжение исследований в данном направлении, поскольку это позволит улучшить методики раннего скрининга и диагностики, а также оптимизировать профилактические мероприятия в отношении пациентов с АД. Кроме того, научные изыскания по данной проблеме будут способствовать разработке лечения пациентов с дисфункцией кожного барьера, обусловленной сниженной экспрессией филаггрина.

Литература

1.Иванов О.Л., Львов А.Н., Миченко А.В. Атопический дерматит: современные представления // Русский медицинский журнал. 2007. № 19. С. 1362.

2.Фуникова А. Атопический дерматит. Новые аспекты патогенеза, современные исследования. Критерии постановки диагноза // Косметолог. 2013. № 1.

3.Мигачева Н.Б. Роль современных средств ухода за кожей в лечении и профилактике атопического дерматита // Русский медицинский журнал. 2017. № 5. С. 373–380.

4.Bouwstra J.A., Pilgrim K., Ponec M. Structure of the skin barrier // Skin barrier. Ed. by P.M. Elias, K.R. Feingold. New York: Naylor and Francis, 2006. P. 65.

5.Тамразова О.Б. Ксероз кожи: симптом, синдром или болезнь? // Клиническая дерматология и венерология. 2019. T. 2. № 18. С. 193–202.

6.Zaniboni M.C., Samorano L.P., Orfali R.L., Aoki V. Skin barrier in atopic dermatitis: beyond filaggrin // An. Bras. Dermatol. 2016. Vol. 91. № 4. P. 472–478.

7.Ring J., Mohrenschlager M., Weidinger S. Molecular genetics of atopic eczema // Chem. Immunol. Allergy. 2012. Vol. 96. P. 24–29.

8.Мальченко Е.Е., Немчанинова О.Б., Максимов В.Н. Роль филаггрина в развитии хронических заболеваний кожи. Обзор литературы // Journal of Siberian Medical Sciences. 2015. № 3. C. 28.

9.Левашева С.В., Эткина Э.И., Гурьева Л.Л. и др. Мутации гена филаггрина как фактор нарушения регуляции эпидермального барьера у детей // Лечащий врач. 2016. № 1. С. 24–26.

10.Комова Е.Г. Новый набор реагентов серии «РеалБест-Генети- ка» в оценке распространенности мутаций гена филаггрина среди жителей Новосибирска и детей с атопическим дерматитом // Новости «Вектор-Бест». 2014. Т. 4. № 74. С. 2–6.

11.Брагина Е.Е. Филаггрин и кератины в формировании защитного барьера. Обзор // Пластическая хирургия и косметология. 2011. № 4. C. 1–9.

12.Юсупова Л.А., Мингазетдинова Н.И. Современное состояние проблемы сухой кожи // Лечащий врач. 2014. № 5. C. 41–46.

13.Аравийская Е.Р., Соколовский Е.В. Сухость кожи. Причины возникновения. Принципы коррекции // Дерматовенерология и косметология. 2002. № 2. C. 10–13.

14.Зуева М.И., Иванова Н.Н. Некоторые генетические аспекты аллергодерматозов на примере анализа мутаций R501X и 2282del4 гена FLG // Клиническая иммунология. Аллергология. Инфектология. 2012. № 1. С. 104–106.

15.Тамразова О.Б. Синдром сухой кожи // Consilium Medicum. Дерматовенерология. 2014. № 3. С. 25–31.

16.Jungersted J.M., Scheer H., Mempel F. et al. Stratum corneum lipids, skin barrier function and fillagrin mutations in patients with atopic eczema // Allergy. 2010. Vol. 65. P. 911–918.

17.Thyssen J.P., Kezic S. Causes of epidermal filaggrin reduction and their role in the pathogenesis of atopic dermatitis // J. Allergy Clin. Immunol. 2014. Vol. 134. № 4. P. 792–799.

18.Балаболкин И.И., Булгакова В.А., Елисеева Т.И. Современные представления о патогенезе и терапии атопического дерматита у детей // Фарматека. 2017. № 1. C. 53–60.

19.Cornelissen C., Marquardt Y., Czaja K. et al. IL-31 regulates differentiation and filaggrin expression in human organotypic skin models // J. Allergy Clin. Immunol. 2012. Vol. 129. № 2. P. 426–433.

20.Torma H., Lindberg M., Berne B. Skin barrier disruption by sodium lauryl sulfate-exposure alters the expressions of involucrin, transglutaminase 1, profilaggrin, and kallikreins during the repair phase in human skin in vivo // J. Invest. Dermatol. 2008. Vol. 128. № 5. P. 1212–1219.

21.Osawa R., Akiyama M., Shimizu H. Filaggrin gene defects and the risk of developing allergic disorders // Allergol. Int. 2011. Vol. 60. № 1. Р. 1–9.

22.Janssens M., van Smeden J., Gooris G.S. et al. Increase in shortchain ceramides correlates with an altered lipid organization and decreased barrier function in atopic eczema patients // J. Lipid Res. 2012. Vol. 53. № 12. P. 2755–2766.

23.Flohr C., England K., Radulovic S. et al. Filaggrin loss-of-func- tion mutations are associated with early-onset eczema, eczema severity and transepidermal water loss at 3 months of age // Br. J. Dermatol. 2010. Vol. 163. № 6. P. 1333–1336.

24.Moniaga C.S., Jeong S.K., Egawa G. et al. Protease activity enhances production of thymic stromal lymphopoietin and basophil accumulation in flaky tail mice // Am. J. Pathol. 2013. Vol. 182. № 3. P. 841–851.

25.Gao P.S., Rafaels N.M., Hand T. et al. Filaggrin mutations that confer risk of atopic dermatitis confer greater risk for eczema herpeticum // J. Allergy Clin. Immunol. 2009. Vol. 124. № 3. P. 507–513.