角質層研究新知∼鈣離子在調節皮膚屏障自律扮演之角色

美容醫學會

                                                                                                            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〞