勁美醫美診所 院長
王尊彥 醫師角質層最新研究進展顯示,鈣離子對於調節皮膚屏障的再生與自律居關鍵地位。
愈來愈多的研究發現,調控表皮鈣離子正常濃度梯度,對於屏障受損相關的皮膚疾病治療,或是
醫學美容療程後的肌膚修護,都具有相當大的重要性。﹡CRC Press於2006年出版之皮膚教科書 「乾性肌膚與保濕劑」第二版第六章當中,就針對鈣離子在調節皮膚屏障自律扮演之角色,進行 深入之探討與剖析。
1. 前言
乾性皮膚的症狀時常與皮膚屏障的損害相互關聯,像是在牛皮癬、魚鱗癬、異位性皮膚炎與接觸 性濕疹患者身上皆可觀察到此等現象。角質層可以調控水分的保留與流出,保護皮膚不受乾燥與 環境的刺激傷害。角質層可維持的最佳水分含量,是由三種在此層不斷生成的成分所控制,分別 為:
(1) 細胞間層狀脂質,可有效阻隔水份通過;
(2) 角質細胞,角質層與角質細胞封套提供曲折的擴散途徑,減緩水份散失;
(3) 天然保濕因子,由一群低分子量的水溶性化合物所組成,由filaggrin降解而來。
這些成分的再生過程受到干擾,就會造成乾燥、脫屑的皮膚狀態。
皮膚屏障成分再生的過程與鈣離子有關,鈣離子的濃度平衡亦與皮膚含水量密切相關。鈣離子在 皮膚所扮演之角色比先前所預料來的複雜許多,闡明鈣離子對皮膚的調控機制,對於了解與解決 皮膚問題有相當大的幫助。
2. 鈣離子傳遞細胞訊號機制
在人體中,以離子型態存在的鈣(Ca2+)是含量最高的金屬離子,以及體內第五高的元素(僅次於 氫、氧、碳與氮)。體內90%以上的鈣存在於骨骼與牙齒琺瑯質中,其餘的則為流動的鈣離子, 遍佈全身體液當中,參與肌肉收縮、血液凝結、神經刺激、細胞間訊息溝通、分子的經膜輸送、 荷爾蒙反應、外釋作用、細胞融合、黏附與生長等過程。
流動的鈣離子是生物普遍的訊號傳遞者,鈣離子獨特的離子半徑與帶二價電的特性使它可被特別 辨識出來,並可排斥其他離子而與受器產生強而獨特的結合。每次訊息傳導時鈣離子不需被合成 或降解,因此對細胞而言是一種能源效率高的訊號。在皮膚中,鈣離子提供了胞外或胞質液內的 細胞訊息,在體外培養角質細胞時發現,胞外鈣離子濃度影響分裂與分化。胞外鈣離子濃度低時 (< 0.1 mM),角質細胞快速分裂、融合而形成單層狀態,此狀況下角質細胞不分層,而呈現基 底細胞的特性。胞外鈣離子濃度高(> 1 mM)誘使角質細胞分化,快速扁平化、形成胞橋小體、 並分化為多層構造,且最外層細胞形成角質化封套。
胞內鈣離子濃度隨胞外鈣離子增加而提高,胞內鈣離子訊號由鈣結合蛋白接收並誘導反應發生, 皮膚主要的鈣結合蛋白為calmodulin,而calmodulin透過鈣離子相關途徑,來修飾蛋白質間交互 作用,以調控目標蛋白質。Calmodulin調控了許多酵素作用,例如皮膚中亦存在的adenyl cyclase、guanyl cyclase、phosphodiesterase、ornithine decarboxylase、calmodulin-dependent protein kinase、transglutaminase與phospholipase。透過calmodulin可誘導其他的蛋白質生成, 例如:與形成胞橋小體相關的desmocalmin。
3. 鈣離子的調控
皮膚鈣離子在生物體內的調控十分精巧,由於鈣離子不像其他的二次傳訊者會被代謝,因此細胞 透過多種結合與特化的蛋白質,緊密調控胞內鈣離子濃度。對於角質細胞而言,胞內與胞外的鈣 離子濃度則必須維持特定的平衡。正常情況下,胞外的鈣離子濃度約為1.5 mM,比胞質液內濃 度(0.1 μM)高一萬倍以上。維持胞內低鈣離子濃度的重要之處,在於可減少調控酵素活動所需消 耗的能量。胞質液與胞外空間的鈣離子濃度梯度由穿越細胞膜、內質網、與粒線體內膜的主動運輸所維持。鈣離子的傳輸由Ca2+-ATPase、鈣離子幫浦、傳輸系統與離子通道等調控。
4. 鈣離子濃度梯度
皮膚表皮的鈣離子同樣具有濃度梯度(gradient),角質層的濃度高於基底層,但在皮膚屏障功能 異常的情形下,像是牛皮癬患者,表皮則無此濃度梯度,可見鈣離子濃度分佈與肌膚健康及屏障 功能息息相關。圖1.是以質子誘導X光放射分析法研究人體皮膚切片,顯示了表皮各層的鈣離子 梯度,呈現基底層濃度低,愈接近角質層愈高的情形。
5. 鈣離子與屏障修復機制
圖2.為屏障修復過程與穿皮水分流失及鈣離子梯度的關係。屏障正常時鈣離子梯度呈現基底層濃 度低,愈接近角質層濃度愈高的T型分布,表皮脂質合成正常。而當屏障受到破壞時,穿皮失水 量(TEWL)大幅增加,鈣離子梯度破壞,皮脂合成速率增加。屏障修復後,鈣離子梯度恢復,穿 皮失水量與皮脂合成減少,並形成額外的屏障。但是皮膚屏障受破壞後形成的修復屏障屬於緊急 屏障,與正常皮膚再生過程形成的屏障不同,是為了快速降低穿皮失水量與恢復正常鈣離子梯度 所採行的步驟。在屏障破壞過程中,若添加高濃度鈣離子,使鈣離子梯度符合正確生理範圍時, 屏障功能的恢復可透過正常皮膚再生程序進行,而不形成暫時的緊急屏障。沐浴於富含鈣的死海 水(Dead Sea water)中,可改善屏障受損相關的皮膚疾病,以及增加皮膚含水量,並且減少遺傳 過敏性乾燥皮膚的發炎現象,都是利用高濃度鈣離子使正常屏障功能再生的證明。
6. 結論
鈣離子在皮膚屏障再生自律扮演重要角色,屏障改變將影響皮膚鈣離子濃度梯度,並擾亂皮膚屏 障再生過程。屏障劇烈變化可能導致高度鈣離子訊號作用,並誘使各種過程的活化,包含皮膚成 份合成增加、或傳遞發炎反應的訊號。因此,調控皮膚的鈣離子對於維持良好皮膚屏障功能是十 分必要的。
註:台灣皮膚科醫學會年底邀請韓國學者及資生堂研究部門的人員,來主講關於"角質層、鈣離 子"方面的新知,其概念與上述所運用的技術理念不謀而合。
註:資料提供〝國外教科書文獻-CRC Press於2006年出版之「乾性肌膚與保濕劑」第二版〞 |