皮肤是人体最大的器官，其作为屏障一方面保护机体内各种器官和组织，使机体免受外界环境中机械性、物理性、化学性和生物性等有害因素的损伤，另一方面防止机体内各种营养成分、电解质和水分等物质的流失。皮肤屏障主要包括皮肤的物理屏障、色素屏障、神经屏障、免疫屏障以及其他与皮肤相关的屏障功能。皮肤屏障功能主要由角质层的角质形成细胞（keratinocyte，KC）及其细胞间的脂类混合物组成。角质层是由无生命的角质形成细胞层叠交错构成的致密结构、丝聚蛋白、兜甲蛋白、内被蛋白等（占角质套膜中80%的蛋白）物质之间相互交联，形成的不溶性致密结构。角质之间的脂质与角质形成细胞共同形成“砖墙样”结构，“砖墙样”结构维持表皮的渗透性，防止理化因素的刺激、水分流失和皮肤表面的细菌、真菌和病毒等入侵人体。从组织结构的角度看，皮肤的屏障功能不仅依赖角质层，更依赖于表皮全层结构；从生化组成和功能的角度看，皮肤屏障不仅和脂质有关，也和各种蛋白质、水、无机盐及其他代谢产物密切相关。

KC角化包膜（cornified envelope，CE）厚度为15nm，包绕KC胞质，与角蛋白1、2e、10交叉连接，在钙依赖性转谷氨酰胺酶1、3、5催化下由兜甲蛋白、外皮蛋白、中间丝聚合蛋白（filaggrin，FLG）、小分子富含脯氨酸的蛋白质和毛透明蛋白等蛋白交叉连接所构成。KC脂质膜厚10nm，由来自板层小体界膜的疏水性ω-羟基神经酰胺紧密排列组成，与外皮蛋白共价结合，包绕在CE的外侧，限制细胞内水及水溶性氨基酸的丢失及细胞外水的摄入。角化包膜和脂质膜共同作为角质层细胞外板层膜结构的支架，参与屏障的机械性和通透性功能，前者正是表皮角质层屏障结构的物质基础，在此过程中参与的角蛋白中间丝相关蛋白基因表达的正确性与角蛋白细胞骨架的完整构建有密切关系。当角蛋白基因突变或其他先天性缺陷将直接影响表皮组织结构的完整性，进而影响物质经表皮的渗透速率。虽然角蛋白中间丝相关蛋白基因异常并不引起角质层形态结构的异常，但可通过染料法显示皮肤屏障功能出现紊乱。同时，中间丝相关蛋白缺乏导致尿酸浓度的减少，使得皮肤组织对UVB诱导的细胞损伤会更加敏感。兜甲蛋白在正常皮肤中表达为2%，当编码角化包膜的基因发生改变时，兜甲蛋白表达量发生改变，从而导致角化细胞终末呈典型的两极分化，导致皮肤屏障功能的异常。KC终末分化时，丝聚合蛋白原被水解成多个分子量为37 000的FLG肽，连接和聚集角蛋白中间丝成为紧密的束状，使角蛋白细胞骨架塌陷；其排列与细胞膜平行对齐，使椭圆形的颗粒层细胞塌陷成扁平的KC，形成角质层致密层。FLG散布于角蛋白丝周围参与CE的形成，在角质层中上层，被水解成组氨酸、谷氨酸、精氨酸等游离氨基酸，其相应终末产物如尿刊酸、吡咯酮羧酸、鸟氨酸、瓜氨酸、天冬氨酸，组成具渗透活性的物质，为天然保湿因子的主要来源，调节角质层的水合功能，从而进一步影响皮肤的屏障功能。

板层小体将内容物分泌到颗粒-角质层分界面的细胞间质。在细胞间质，葡萄糖神经酰胺和鞘磷脂分别被β-葡糖脑苷脂酶和酸性鞘磷脂酶转变为神经酰胺，磷脂被分泌性磷脂酶A ₂转变为游离脂肪酸和甘油。50%神经酰胺、25%胆固醇、15%游离脂肪酸等组成的非极性疏水性脂质，以适当的等摩尔比值比例组成具有成熟屏障功能的复层板层膜，充满整个角质层KC间质。角化桥粒为非通透性，富含复层板层膜且曲折的角质层KC间质，成为物质进出表皮时所必经的通透性和机械性屏障。

皮肤细胞间连接形式有多种，包括紧密连接、黏着连接、桥粒和缝隙连接。最近的研究主要集中在由claudin蛋白、闭锁蛋白、tricellulin蛋白、结合黏附分子等蛋白组成的位于颗粒层的紧密连接，紧密蛋白颗粒重复形成一排排的索，连接相邻的细胞，封闭细胞间的空隙，形成大小和离子特异性的半透性屏障，可限制顶部和底外侧膜组分的扩散。颗粒层的紧密连接结构是皮肤屏障的最后一道防线，其主要包含黏着蛋白和支架蛋白，角质形成细胞之间可通过黏着蛋白如紧密连接蛋白1（claudin-1，CLDN1）紧密衔接，这些蛋白构成如阀门一样的通道，控制水分、溶质、离子等通过细胞旁途径进入颗粒层。

TRPV4和TRPV3通道是瞬时感受器电位离子通道香草素受体（TRPV）亚家族成员，属非选择性阳离子通道，对钙离子通透性适中，可被生物体内外环境中机械力、热、低渗等多种理化刺激所激活，参与维持机体内环境的稳定，对机体许多生理功能的正常完成具有重要意义。皮肤TRPV4离子通道与β连环蛋白（一种具有黏着功能和细胞骨架功能的关键成分蛋白）相结合可以促进皮肤角质形成细胞间连接的形成及后期紧致屏障的构建。TRPV4缺陷时皮肤屏障功能的细胞间连接缺失，细胞间渗透性会增加。TRPV3广泛分布在包括感觉神经元和皮肤角化细胞等部位，热激活温度范围为31～39℃，反复给予热刺激可增加TRPV3通道的热敏感性，增加电流值和对热加快刺激的反应速度。

表皮型LOX是哺乳动物LOX多基因家族成员之一，表皮特异性LOX分别是15-LOX-2、12R-LOX和表皮型LOX3（eLOX3）。12R-LOX和eLOX3在表皮中优先表达，表达量基本平行，表皮型LOX可影响皮肤屏障的发育、形成、功能及其外观与结构等。采用RT-PCR分析发现，小鼠表皮中12R-LOX和eLOX3的mRNA局限在分化细胞区域，提示两者在KC分化过程中可能发挥重要作用。建立12R-LOX定向失活的小鼠模型，发现12R-LOX基因去除造成新生小鼠表皮不能发挥正常屏障功能。运用western印迹法显示，在编码12R-LOX基因缺陷的小鼠表皮发现中间丝相关蛋白单体完全缺失，同时伴有蛋白水解中间产物水平升高，提示丝聚合蛋白原的蛋白水解过程受损，干扰丝聚合蛋白原向中间丝相关蛋白的转化；ALOXl2B缺陷的小鼠角质包膜脆性增加，表皮脂质中神经酰胺组成成分改变。

热休克蛋白（heat shock protein，HSP）又称应激蛋白，参与细胞骨架形成、细胞分化和凋亡、细胞的损伤与修复等重要的生物过程。在正常健康皮肤中主要表达HSP27，在表皮正常终末分化和维护皮肤屏障的功能中发挥作用。HSP表达上调，在表皮角质形成细胞分化后期会发生磷酸化和骨架再分配。进一步研究显示上游MAP激酶途径启动子双亮氨酸拉链样激酶（DLK）表达不足导致HSP27的磷酸化，细胞边缘定位，后者在低分化KC中被重新分配给细胞骨架。采用siRNA下调HSP27表达，DLK随之表达降低，进而影响角化包膜的形成。

白细胞介素1α（interleukin-1α，IL-1α）参与调节成人皮肤屏障系统的动态平衡。采用实时PCR和免疫组化对IL-1α在胎鼠皮肤中的表达进行检测，发现胎鼠表皮胎龄19～20天时，IL-1α表达为高峰期，该时间点与完整皮肤屏障功能形成时间一致。采用IL-1α处理的胎鼠体外移植皮肤，发现经皮水分流失减少，证明皮肤屏障功能成熟，并且角化蛋白表达增加。

皮肤中存在一系列的转运相关蛋白和代谢酶，参与转运和代谢多种化合物（包括内源性和外源性）的功能。常称角质形成细胞层为皮肤的物理屏障，是第一道防护门；皮肤转运蛋白和细胞色素P450酶（cytochrome P450，CYP）则是皮肤的化学屏障，为外源性物质的第二道屏障。

皮肤中转运蛋白根据底物跨膜转运方向，分为外排性和摄取性。还有一些转运蛋白在皮肤中的表达，随人体年龄的不同而存在差异。皮肤中的转运蛋白参与药物的透皮吸收、转运及分泌等过程。当药物通过皮肤角质层后，表皮和真皮层中转运蛋白参与药物的转运及代谢，使其变成有活性或无活性的化合物，起到药物生物转化、反向转运及药物生物利用的协同作用。

皮肤能表达一系列多药耐药相关转运蛋白（multidrug resistance-associated proteins，MRPs），如MRP1、3、4、5、6，但不表达MRP2，MRPs具有外排转运谷胱甘肽-S-结合产物的功能。MRP1在皮肤中高表达，参与其非特异性荧光底物（fluo-3）的外排。MRP1的表达调节及单核苷酸多态性，很可能影响KC中外源性化合物外排和对不同化合物的敏感性，因此MRP1将是提高透皮效率的新靶点。

水通道即指存在于哺乳动物和植物细胞膜上转运水的特异孔道，该孔道是由一系列具有同源性的内在膜蛋白家族成员所组成，称为水通道蛋白，其作用为介导不同类型细胞的跨膜水转运。AQP3是皮肤中表达最多的水通道蛋白，其在角质形成细胞中是一个完整的跨膜蛋白通道。由于AQPs的存在，细胞才可以快速调节自身体积和内部渗透压，而且也能转运尿素和甘油等物质进出皮肤，是维持皮肤水合作用的一个关键因素。AQP3介导的甘油运输对于皮肤功能具有十分重要的意义，它的功能缺陷可导致皮肤干燥、弹性下降和屏障作用减弱等，而过表达则增加了患皮肤癌的几率。

皮肤中也有P-gp的表达，ItoK等通过免疫组化技术检测到P-gp荧光主要出现在真皮层，但表皮层及汗腺周围未显示荧光，他们认为可能由于真皮及皮下组织中P-gp含量显著高于其表皮层中含量，导致其荧光区域显现不出。随后Claudia等也通过免疫组化技术发现皮肤中除了真皮层有P-gp表达外，其表皮层与汗腺也有少量分布，证实了Ito K的假设。一些皮肤疾病可以引起P-gp分布及含量的改变，有研究发现在寻常性银屑病和特异性皮炎患者皮肤中的浸润细胞、角化细胞和血管内皮细胞胞质中的P-gp表达显著增加。

皮肤中的P-gp在功能上具有特异性。在树突状细胞（dendritic cells，DC）从皮肤向淋巴结迁移过程中P-gp发挥了重要作用。有实验表明，mdr1a基因敲除小鼠的单核细胞迁移至淋巴结的数量显著减少，并发现P-gp的表达可促进树突状单核细胞迁移至淋巴结并呈递外源性物质，使T细胞发挥吞噬作用，从而调节免疫功能。不仅如此，最新研究发现P-gp可能促进药物在皮肤中吸收，而以往在其他组织中的研究只发现P-gp具有药物外排作用。Ito K等采用P-gp底物罗丹明123进行透皮实验，结果mdr1a小鼠皮肤的底物透过量高于正常小鼠，猜测皮肤中P-gp对底物有促吸收作用。P-gp促吸收作用的研究十分有意义，可对经皮给药等研究提供新思路。但该作用仍需要更多实验去证实，并进一步对其机制进行研究。

皮肤是肝外药物代谢的主要器官之一，有多种代谢酶表达。CYP是一组含亚铁血红素的超家族基因编码的同工酶，参与多种内源性物质和外源性物质的代谢，在维持皮肤的正常生理功能和保护内环境稳定等方面发挥重要作用。

哺乳动物皮肤组织和原代培养的KC、成纤维细胞均有多种CYP表达，CYP主要在KC表达，表皮是皮肤药物代谢的主要部位，汗腺、皮脂腺和毛囊等皮肤附属器也有多种CYP表达，共同参与皮肤的屏障功能，如CYP3A4与P-gp能减少有害物质在表皮细胞的聚集，构成了皮肤药物生物利用度屏障。CYP可代谢大约25万种外源性物质，包括药物、污染物、自然界中的植物产物、杀虫剂、卤代烃、多环芳烃、芳烃胺和除草剂等物质。CYP主要参与代谢外源性物质体内氧化、还原、水解的Ⅰ相反应，并可被外源性化合物诱导和抑制。

常使用皮肤水分散失测试仪测量透过皮肤水分的丢失速度（transepidermal waterloss，TEWL），以此判断表皮的屏障功能。TEWL的测试原理为：使用特殊设计的两端开放的圆柱形腔体测量探头在皮肤表面形成相对稳定的测试小环境，通过两组温度、湿度传感器测定近表皮（约1cm以内）由角质层水分散失形成的在不同两点的水蒸气压梯度，直接测出经表皮蒸发的水分量。TEWL不能直接表示角质层的水分含量，而是表明角质层水分散失的情况，TEWL值越高，表明经皮肤散失的水分越多，角质层的屏障功能越差。由于TEWL值在临床上易于测量，因此可提供角质层屏障的相关临床参数用以评估正常的皮肤功能和疾病引起的变化。

TEWL可以用菲克第一定律表示：

其中： K表示角质层和活力表皮之间的扩散系数；Δ C表示皮肤表层和角质层底部水的浓度差； D表示角质层的表观扩散率； h表示角质层的厚度。

皮肤的屏障功能主要由角质层承担，但是表皮中存在的紧密连接（tight junction，TJ）也具有屏障功能。TJ对于形成角质层屏障的角质形成细胞和细胞间脂质都起着重要的作用。通过培养正常人表皮角质形成细胞（normal human epidermal keratinocyte，NHEK）和人体表皮三维模型，利用小肠细胞TJ功能阻碍剂——癸酸钠，进行对TJ与细胞外Ca ²⁺梯度分布以及板层小体极性分泌的相关性研究。用含0.15mmol/L Ca ²⁺的角化细胞特异性培养基（HuMedia-KG2）培养NHEK，数日后更换为添加1.3mmol/L CaCl ₂的HuMedia-KG2进行诱导分化。用电阻电压仪测量上皮细胞跨上皮电阻（trans-epithelium electrical resistant，TER），以评价癸酸钠对TJ屏障功能的抑制作用。选用生物素诱导体作为细胞间透过示踪剂，利用免疫荧光染色法和冷冻割断扫描电子显微镜法观察TJ。将Transwell板中培养的NHEK以及人体表皮三维模型的基底层一侧，置于含5mmol/L Ca ²⁺的培养基中，角质层一侧添加不含Ca ²⁺的培养基。2小时后回收角质层一侧的培养基。采用ArsenazoⅢ比色法，测定角质层一侧的Ca ²⁺透过量。Ca ²⁺透过系数（ P _Ca）按式（2-2）计算：

C _{baso1ateral_inltlal}表示基底层一侧培养基的Ca ²⁺初始浓度，NetFlux根据各自的培养表面积1.0cm ²、0.5cm ²（3D表皮）来计算。

[1]薛漫清，梁庆，黄钊，等.利用ATR-FTIR变化探讨薄荷醇对皮肤角质层结构的影响.中草药，2012，43（12）：2474-2477.

[2]Molin S，Vollmer S，Weiss EH，et al.Filaggrin mutations may confer susceptibility to chronic hand eczema characterized by combined allergic and irritant contact dermatitis.Br J Dermatol，2009，161（4）：801-807.

[3]Fürstenberger G，Epp N，Eckl KM，et al.Role of epidermis-type lipoxygenases for skin barrier function and adipocyte differeniation.Prostaglandins other Lipid Mediat，2007，82（1-4）：128-134.

[4]宋维旭，赵晓云，赵晓霞，等.热休克蛋白47和基质金属蛋白酶2在增生性瘢痕皮肤和胎儿皮肤中的表达.兰州大学学报（医学版），2015，41（5）：22-26.

[5]王鑫丽，何黎，涂颖，等.灯盏花素抗皮肤光老化作用机制研究.皮肤病与性病，2015，37（4）：197-200，203.

[6]缪睿，李昌煜.水通道蛋白-依赖性细胞迁移的研究进展.中国药理学通报，2011，27（5）：601-605.

[7]Ito K，Nguyen HT，Kato Y，etal.P-glycoprotein（Abcb1）is involved in absorptive drug transport in skin.J Control Release，2008，131（3）：198-204.

[8]Skazik C，Wenzel J，Marquardt Y，et al.P-Glycoprotein（ABCB1）expression in human skin is mainly restricted to dermal components.Exp Dermatol，2011，20（5）：445-456.

[9]Abe Y，Shimizu K，Katayama I.Significance of MDR1-Gene and P-Glycoprotein（P-gp）expressions in the lesional skin of psoriasis vulgaris.Acta Med Nagasaki，2001，46（3-4）：19-24.

[10]李珍，胡晋红.皮肤细胞色素P450的研究进展.药学服务与研究，2008，8（1）：5-12.

[11]田燕，刘玮.皮肤屏障.实用皮肤病学杂志，2013，6（6）：346-348.

[12]程芳，郭勇.皮肤屏障相关基因突变与特应性疾病关系的研究进展.中国皮肤性病学杂志，2014，28（9）：959-962.