練 霓 史麗晴 劉力豪 陳 敏

中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院 北京協(xié)和醫(yī)學(xué)院 皮膚病醫(yī)院，南京，210042

病毒在自然界中廣泛存在，通過感染宿主細(xì)胞實(shí)現(xiàn)復(fù)制與增殖，并干擾正常的免疫應(yīng)答，繼而引起病理性改變。病毒感染性皮膚病在人群中十分常見。近年來，由于醫(yī)療技術(shù)和科研水平的逐步提高，人們對病毒感染性皮膚病的發(fā)病機(jī)制有了更新、更深入的認(rèn)識。病毒性皮膚病可以粗略分為直接感染皮膚導(dǎo)致的和病毒感染其他系統(tǒng)后的繼發(fā)皮損(表1)。多數(shù)研究仍然認(rèn)為這種直接感染一般是由于皮膚的破損或微裂隙造成，目前尚未發(fā)現(xiàn)病毒可以直接穿過完整、健康的皮膚屏障的依據(jù)。

1 皮膚的屏障功能

1.1 物理、化學(xué)屏障 皮膚作為物理屏障的一線屏障功能主要是通過表皮中的角質(zhì)層實(shí)現(xiàn)的[1,2]，這層屏障由角質(zhì)形成細(xì)胞、細(xì)胞間的脂質(zhì)和角質(zhì)橋粒構(gòu)成。顆粒層上部的角質(zhì)形成細(xì)胞側(cè)壁上的緊密連接也被認(rèn)為是物理屏障的一部分，被稱為二線屏障[3,4]。屏障破壞的原因包括細(xì)胞間脂質(zhì)的分泌減少或成分比例失調(diào)、表皮中鈣離子梯度的破壞、表皮pH值變化、表皮水合能力失衡以及損傷后的修復(fù)能力減退等[5-7]。表皮pH值存在微妙的雙相改變，即“S型”梯度，這種模式可以精確地調(diào)節(jié)表皮各層中脂質(zhì)合成的關(guān)鍵酶的活性，從而調(diào)節(jié)脂質(zhì)合成，并有助于維持角質(zhì)層中液晶結(jié)構(gòu)的分子順序。pH值改變同時(shí)可能引起細(xì)胞間脂質(zhì)失調(diào)、角質(zhì)層結(jié)構(gòu)改變和水合能力改變，從而進(jìn)一步導(dǎo)致屏障破壞[7]。過度水合導(dǎo)致角質(zhì)層厚度增加，但屏障功能減弱，因?yàn)榻琴|(zhì)形成細(xì)胞充水腫脹、細(xì)胞間隙形成微小的積水，導(dǎo)致角蛋白網(wǎng)格間隙被迫拉大[8]。鈣離子梯度破壞將會影響角質(zhì)形成細(xì)胞的終末分化和角質(zhì)化包膜的形成、阻礙表皮脂質(zhì)的正常合成以及層狀體的胞吐作用等[9]。可以看出，這些因素之間關(guān)系密切，相互影響，任何方面的異常都將引起其他功能的改變(圖1)。

圖1 表皮物理、化學(xué)屏障

1.2 免疫屏障 皮膚中免疫細(xì)胞在病毒感染早期發(fā)揮了“前哨”功能，如角質(zhì)形成細(xì)胞、朗格漢斯細(xì)胞、巨噬細(xì)胞和樹突狀細(xì)胞等，他們及其分泌的細(xì)胞因子限制了病毒從感染部位向周圍傳播，組成第一道免疫防

表1 與皮膚病相關(guān)的常見病毒

線[10,11]；這些細(xì)胞的胞膜表面表達(dá)多種模式識別受體(PRR)，如：C型凝集素受體、Toll樣受體、核苷酸結(jié)合寡聚域(NOD)樣受體等，可以通過識別部分病毒攜帶的病原體相關(guān)分子模式(PAMP)檢測到病毒入侵信號，激活先天免疫[12]，并觸發(fā)下游免疫信號級聯(lián)反應(yīng)，成為第二道免疫防線[13,14]。另外，皮膚的“內(nèi)在免疫”是第三道防線，提供了最直接的抗病毒防御，其介導(dǎo)產(chǎn)生的內(nèi)在限制因子可以主動結(jié)合并直接抑制病毒復(fù)制[10,13,15]。

1.3 微生物屏障 皮膚表面定植的共生微生物群可維護(hù)皮膚微環(huán)境穩(wěn)態(tài)、調(diào)節(jié)宿主細(xì)胞基因的表達(dá)，是另一道阻擊感染的有力屏障[16,17]。皮膚表面微生物群在維持皮膚穩(wěn)態(tài)和防止微生物突破宿主防御中發(fā)揮了重要作用[18-20]。微生物屏障的可能機(jī)制：調(diào)節(jié)性T細(xì)胞(Treg)在早期抗原暴露后向皮膚遷移；正常情況下通過Treg產(chǎn)生IL-17以抵御病毒，而在微生物組失衡時(shí)，可能會通過皮膚樹突狀細(xì)胞引發(fā)Th2軸反應(yīng)，激活下游炎癥因子轉(zhuǎn)錄[21,22]。在部分皮膚病的發(fā)生發(fā)展過程中微生物屏障也扮演了重要角色。有學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)，微生物屏障破壞引起的宿主細(xì)胞抗病毒免疫失衡可能激發(fā)皮膚炎癥，且與IL-23介導(dǎo)的銀屑病的發(fā)病關(guān)系密切[23]。皮膚微生物群、皮膚表面微環(huán)境和免疫系統(tǒng)之間相互交叉調(diào)節(jié)，屏障破壞、菌群失衡可能直接參與了特應(yīng)性皮炎的發(fā)病及反復(fù)發(fā)作過程[24,25]，且由何種微生物群占據(jù)主導(dǎo)地位亦與病情輕重有關(guān)[26]。另外，病毒也可以存在于正常皮膚表面，最常見的是默克爾多瘤病毒，幾乎出現(xiàn)在60%的成人中，但真正發(fā)生默克爾細(xì)胞瘤的患者卻很少[27]。病毒微生物組在皮膚微生物屏障中究竟扮演何種角色尚不明確。

2 病毒感染的機(jī)制

2.1 結(jié)合與進(jìn)入 識別宿主細(xì)胞受體是病毒感染的初始步驟之一，受體的成功識別可以協(xié)調(diào)病毒靶向相應(yīng)組織進(jìn)行感染并協(xié)助其順利穿越屏障[28]。

病毒感染最常見的細(xì)胞受體是唾液酸(sialic acid，SA)受體，多種病毒利用SA受體結(jié)合于宿主表皮細(xì)胞表面，例如默克爾細(xì)胞多瘤病毒，其與SA受體的相互作用可能是感染的初次暴露點(diǎn)，并介導(dǎo)病毒與下游次級蛋白受體發(fā)生進(jìn)一步作用[29]。此外，SA受體可能是決定組織趨向性的關(guān)鍵因素，它可導(dǎo)致菌株特異性和細(xì)胞類型依賴性差異，并對病毒性疾病的結(jié)局產(chǎn)生重大影響[30]。SA近年來已經(jīng)成為抗病毒藥物研發(fā)的新興靶點(diǎn)[31，32]。部分病毒的識別受體是細(xì)胞黏附分子(CAM)，許多病毒能夠利用CAM潛入狹小密閉的空間，如緊密連接處。最近發(fā)現(xiàn)丙型肝炎病毒依賴E-鈣黏蛋白作為進(jìn)入因子，并參與調(diào)節(jié)上皮-間充質(zhì)轉(zhuǎn)化[33]。磷脂酰絲氨酸(PtdSer)受體，包括TIM(T細(xì)胞免疫球蛋白黏蛋白分子)以及TAM (TYRO3/AXL/MERTK) 酪氨酸激酶受體，被證明是多種包膜病毒的受體[34]。寨卡病毒(ZIKV)通過識別TAM家族成員Tyro 3和AXL感染皮膚成纖維細(xì)胞、角質(zhì)形成細(xì)胞和樹突狀細(xì)胞[35]。TIM和TAM同時(shí)也是登革熱病毒的進(jìn)入因子[36]。

近期，新型冠狀病毒肺炎在世界范圍引起大流行，病原體SARS-CoV-2具有高度傳染性，引起致命的呼吸道疾病。SARS-CoV-2的刺突蛋白表面包括負(fù)責(zé)與宿主細(xì)胞受體結(jié)合的功能亞基(S1)和調(diào)控病毒膜與細(xì)胞膜的融合的功能亞基(S2)。S1上的受體結(jié)合域(receptor-binding domain，RBD)與宿主細(xì)胞表面的血管緊張素轉(zhuǎn)化酶2(angiotensin converting enzyme2，ACE2)受體的肽酶結(jié)構(gòu)域(peptidase domain，PD)結(jié)合是協(xié)助病毒附著的關(guān)鍵步驟，成功識別后，病毒利用蛋白酶跨膜絲氨酸2(TMPRSS2)進(jìn)一步刺激刺突蛋白，使其在S1/S2和S2’位點(diǎn)裂解，并由S2亞單位驅(qū)動病毒膜和宿主細(xì)胞膜發(fā)生融合[37-39]。

值得注意的是，SARS-CoV-2刺突蛋白的S1/S2交界處新發(fā)現(xiàn)的furin裂解位點(diǎn)，是該病毒有別于其他冠狀病毒的新特征，若這一裂解位點(diǎn)缺失將對刺突蛋白介導(dǎo)的病毒進(jìn)入過程產(chǎn)生影響[40，41]。

同時(shí)，整合蛋白也可以充當(dāng)SARS-CoV-2的替代受體，在病毒的黏附、遷移和信號傳導(dǎo)過程中發(fā)揮作用。學(xué)者已經(jīng)在SARS-CoV-2的刺突蛋白上發(fā)現(xiàn)了能與整合蛋白結(jié)合的精氨酸-甘氨酸-天冬氨酸(Arg-Gly-Asp, RGD)序列，而其他冠狀病毒并不具備這一序列。這段整合蛋白結(jié)合序列的位置非常靠近S1-RBD，目前學(xué)者們猜測，與整合蛋白的結(jié)合可能對ACE2結(jié)合起補(bǔ)充作用，如通過整合蛋白發(fā)出信號來促進(jìn)內(nèi)吞作用，或通過與不同受體結(jié)合介導(dǎo)不同的靶細(xì)胞感染[42]。

單純皰疹病毒(HSV)-1通過pH依賴的內(nèi)吞作用或nectin-1受體依賴的膜融合途徑進(jìn)入表皮角質(zhì)形成細(xì)胞，而通過非pH依賴的病毒包膜與神經(jīng)元質(zhì)膜融合的途徑進(jìn)入神經(jīng)元[43]。另外，HSV-1通過引起肌動蛋白解聚因子(cofilin-1)失活和激活引起肌動蛋白細(xì)胞骨架的雙相重塑。cofilin-1失活將誘導(dǎo)肌動蛋白聚合，促進(jìn)病毒進(jìn)入，而病毒進(jìn)入后又再次誘導(dǎo)cofilin-1激活，導(dǎo)致聚合的肌動蛋白絲斷裂，促進(jìn)病毒運(yùn)輸[44]。

B組柯薩奇病毒利用DAF(衰變加速因子)介導(dǎo)的信號通路來突破上皮屏障?？滤_奇病毒受體是表皮緊密連接的組成部分，無法從皮膚表面直接接近，因而利用附著在頂端表面的DAF激活A(yù)bl激酶，觸發(fā)Rac依賴的肌動蛋白重排，使病毒得以移動到緊密連接[45]。

2.2 復(fù)制與擴(kuò)散 病毒基因組的復(fù)制及其在皮膚中的擴(kuò)散是成功感染和傳播的關(guān)鍵。HSV-1病毒DNA以帶有斷鍵缺口和核苷酸空隙的開放式分子形式進(jìn)入宿主細(xì)胞核，啟動復(fù)制并引起宿主細(xì)胞DNA損傷[46]。HSV-1能夠破壞宿主細(xì)胞的細(xì)胞骨架和分泌途徑，利用肌動蛋白和微管進(jìn)行雙向轉(zhuǎn)運(yùn)，即病毒進(jìn)入時(shí)從膜和軸突逆行運(yùn)輸，使其能夠沿著感覺軸突將基因組轉(zhuǎn)運(yùn)至胞核；在病毒裝配和退出時(shí)則轉(zhuǎn)為順行運(yùn)輸，再次沿軸突重新擴(kuò)散至上皮細(xì)胞[44]。

ZIKV能夠通過誘導(dǎo)皮膚成纖維細(xì)胞中的自噬來增強(qiáng)病毒復(fù)制[35]。一般地，自噬介導(dǎo)的蛋白降解可以限制病毒復(fù)制，但幾種蟲媒病毒，如登革熱病毒、日本腦炎病毒誘導(dǎo)的自噬則通過多種機(jī)制清除宿主免疫細(xì)胞并促進(jìn)自身復(fù)制和傳播[47-49]。因而自噬可能同時(shí)具有促病毒作用和抗病毒作用。

水痘-帶狀皰疹病毒(VZV)感染直接影響角質(zhì)形成細(xì)胞的分化，改變表皮基因表達(dá)的正常過程。VZV特異地降低了基底細(xì)胞角蛋白和橋粒蛋白的表達(dá)，導(dǎo)致表皮結(jié)構(gòu)和功能的破壞，從而重塑表皮環(huán)境以促進(jìn)其自身復(fù)制和傳播[50]。

既往認(rèn)為非包膜病毒一般通過胞膜溶解的方式逃脫，但有學(xué)者在宿主細(xì)胞分泌的細(xì)胞外微泡(extracellular microvesicles，EMV)中檢測到了病毒核酸，因此猜測EMV提供了一種新的非細(xì)胞溶解的擴(kuò)散方法，這種機(jī)制可能會延長病毒復(fù)制過程、增強(qiáng)病毒穩(wěn)定性。因此病毒可能能夠 “搭便車”進(jìn)入病毒通常無法穿透的組織部位，甚至可以繞過血腦屏障進(jìn)入中樞神經(jīng)系統(tǒng)[45，51，52]。

2.3 免疫逃逸與免疫調(diào)節(jié) 宿主抗病毒免疫信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑受多種翻譯后修飾的調(diào)控，其中包括泛素化。病毒能夠利用去泛素化過程欺騙宿主免疫系統(tǒng)，病毒去泛素酶(DUB)與宿主DUB競爭性抑制先天免疫抗病毒信號傳導(dǎo)途徑，破壞免疫穩(wěn)態(tài)，這種途徑可能是病毒在與宿主共同進(jìn)化時(shí)獲得了相似機(jī)制來逃避免疫監(jiān)視[53]。

柯薩奇病毒已發(fā)展出多種方式來逃避宿主的先天免疫反應(yīng)。首先，病毒與特定的受體結(jié)合，不僅可以協(xié)助病毒進(jìn)入，并且協(xié)助其逃避識別；其次，免疫細(xì)胞通過識別PAMP和DAMP(損傷相關(guān)的分子模式)啟動清除病毒的內(nèi)在化過程，但是病毒同樣利用這一過程進(jìn)行了免疫逃避；另外，通過阻斷宿主細(xì)胞mRNA的轉(zhuǎn)錄和蛋白合成來抑制干擾素相關(guān)信號通路、干擾模式識別受體的正常過程以及通過靶向NF-κB信號通路抑制先天免疫應(yīng)答下游轉(zhuǎn)錄因子的激活等[54，55]。

DNA感受器能夠感受胞質(zhì)中游離的病毒DNA并向宿主細(xì)胞的固有免疫系統(tǒng)發(fā)出潛在的危險(xiǎn)信號。cGAS(cyclic GMP-AMP synthase)是一種新型的核酸轉(zhuǎn)移酶，能夠感受胞質(zhì)中游離的病毒DNA，產(chǎn)生內(nèi)源性環(huán)化核苷酸cGAMP并激活干擾素基因刺激(stimulator of interferon genes，STING)，從而進(jìn)一步激活下游干擾素等細(xì)胞因子，啟動免疫反應(yīng)。但令人驚訝的是，部分皰疹病毒進(jìn)化出了一系列針對該信號通路上幾乎每個(gè)關(guān)鍵步驟的逃逸機(jī)制，并利用該途徑促進(jìn)自我復(fù)制。首先，HSV-1能夠使感受器癱瘓。HSV-1的包膜蛋白VP22能夠干擾cGAS正常作用；病毒編碼的UL37蛋白是一種脫酰胺酶，可對cGAS產(chǎn)生脫酰胺化作用，從而拮抗cGAMP的產(chǎn)生；病毒編碼的UL41蛋白可以介導(dǎo)關(guān)閉cGAS/STING介導(dǎo)的胞質(zhì)DNA傳感途徑[56-58]。其次，HSV-1可以破壞橋梁分子。HSV-1 VP11/12(由UL46編碼)可通過介導(dǎo)STING的降解來阻止STING信號傳導(dǎo)[59]；HSV-1的γ134.5蛋白通過抑制TANK結(jié)合激酶1(TBK1)，進(jìn)而阻斷下游干擾素調(diào)節(jié)因子IRF3/IRF7的活化，抑制干擾素生成，從而促進(jìn)自身復(fù)制和擴(kuò)散[60]。另外，HSV-1編碼多種蛋白可以直接靶向下游轉(zhuǎn)錄因子。其中，UL42抑制TNF-α誘導(dǎo)的NF-κB活化并阻止其核易位，而UL24蛋白直接與NF-κB相互作用，抑制其激活易位[61，62]。

登革熱病毒基因組編碼的七個(gè)非結(jié)構(gòu)蛋白(Nonstructural protein，NS蛋白)共同參與免疫逃逸。NS4B與NS5甲基轉(zhuǎn)移酶聚合酶相互作用，使病毒能夠逃脫宿主細(xì)胞的先天免疫應(yīng)答；NS3和NS4a阻止視黃酸誘導(dǎo)基因I(RIG-I)易位至線粒體，NS2a和NS4b抑制TBK1的激活，共同阻斷RIG-I /線粒體信號通路和β型干擾素(IFN-β)的誘導(dǎo)；NS2b、NS3蛋白酶通過裂解STING編碼蛋白來抑制IFN的產(chǎn)生。另外，登革熱病毒還可以利用自噬小體進(jìn)行復(fù)制、組裝和成熟，并在傳播過程中逃避中和抗體[63，64]。ZIKV與登革熱病毒非常類似，也是通過包膜蛋白和非結(jié)構(gòu)蛋白(主要是NS1和NS5)操縱宿主細(xì)胞，并通過調(diào)節(jié)干擾素途徑和互補(bǔ)拮抗作用來協(xié)助病毒免疫逃逸[65]。

有研究發(fā)現(xiàn)人皰疹病毒6型(HHV-6)可以特異性抑制NK細(xì)胞反應(yīng)。當(dāng)感染HHV-6的細(xì)胞感受到病毒入侵時(shí)，立即增加所有NKG2D(NK細(xì)胞活化型受體)配體的mRNA水平以警示免疫系統(tǒng)，而HHV-6則非常迅速的通過抑制NK配體的表達(dá)以屏蔽警示系統(tǒng)并下調(diào)免疫殺傷[66]。

另外，免疫細(xì)胞的功能在很大程度上取決于參與的代謝途徑、激活條件和細(xì)胞微環(huán)境。病毒完全依靠宿主的細(xì)胞能量和分子機(jī)制進(jìn)入和復(fù)制，并能夠模仿、利用、干擾宿主細(xì)胞的代謝途徑來破壞免疫反應(yīng)。部分病毒通過靶向線粒體相關(guān)蛋白，破壞線粒體膜電位和鈣離子平衡、干擾線粒體鈣動員、破壞線粒體酶活性以及干擾代謝傳感器(例如雷帕霉素復(fù)合物1、2機(jī)制性靶標(biāo)mTORC1，mTORC2)來抑制ATP的產(chǎn)生，從而削弱抗病毒免疫應(yīng)答[67]。

3 小結(jié)

皮膚屏障是一種組件復(fù)雜、調(diào)控精細(xì)且一直處在動態(tài)變化中的防御系統(tǒng)，各部分能夠相互協(xié)調(diào)，共同抵御病毒入侵。這使得皮膚盡管長期持續(xù)地暴露在微生物、病原體下，但嚴(yán)重的皮膚感染并不常發(fā)生。本文詳細(xì)闡述了皮膚屏障應(yīng)對病毒入侵的防御措施，并對常見病毒感染性皮膚病的病原體突破屏障的策略進(jìn)行總結(jié)。我們發(fā)現(xiàn)，病毒能夠利用多種策略、從多個(gè)方向、在多個(gè)水平突破皮膚屏障，并能夠抵御、逃避或者調(diào)節(jié)免疫應(yīng)答。值得注意的是，盡管已經(jīng)研究了很多的抗病毒免疫應(yīng)答的分子機(jī)制，但病毒感染后有可能反過來誘導(dǎo)、調(diào)節(jié)先天性免疫信號，并利用這些信號途徑的激活來促進(jìn)其在宿主中的復(fù)制和傳播。目前仍有問題待進(jìn)一步解答：如何提高屏障功能并保護(hù)屏障完整性？如何更快更精準(zhǔn)的識別病毒入侵信號？如何支持持久的抗病毒免疫應(yīng)答？病毒具有很強(qiáng)的適應(yīng)能力，在未來，病毒感染相關(guān)性皮膚病的疾病譜可能發(fā)生演變。深入研究病毒突破皮膚屏障的機(jī)制對未來的臨床預(yù)防和治療方面都具有重要意義。