丝蛋白

Profilaggrin 是哺乳动物表皮的透明角质颗粒的主要蛋白质成分。它最初被表达为一种大的多蛋白前体，随后被蛋白水解加工成单独的功能丝聚蛋白分子。丝聚蛋白表现出广泛的物种差异，它们的异常表达与许多角化疾病有关（Baden 等人，1974 年；Holbrook 等人，1982 年；Sybert 等人，1985 年）。

肽精氨酸脱亚胺酶（参见 PADI1, 607934）对 FLG 精氨酸残基的脱亚胺导致 FLG 从基质中解离并促进其降解为游离氨基酸，这对于保留角质层中的水分和紫外线防护很重要（Hsu 等人总结等人，2011 年）。

▼ 克隆与表达

麦金利-格兰特等人（1989）分离了一个编码人类聚丝蛋白的 cDNA 克隆。他们证明了人类基因编码的多蛋白前体含有许多串联的聚丝蛋白重复序列。这种结构类似于小鼠的结构；然而，人类聚丝蛋白重复序列要长得多（972 个碱基对；324 个氨基酸），并且与小鼠蛋白质几乎没有序列同源性。他们还发现人类聚丝蛋白重复序列显示出相当大的序列变化。在小鼠中没有发现这种多态性。通过肽图分析，他们在人类聚丝蛋白重复序列中定义了一个短接头序列，通过蛋白水解将其切除以产生功能分子。他们通过原位杂交表明，人类聚丝蛋白前体基因的表达在终末分化表皮的转录水平上受到严格调控。

甘等人（1990）分离了编码人类基因和 mRNA 的 5-prim 和 3-prim 末端的基因组 DNA 和 cDNA 克隆。他们发现了可能的 CAT 和 TATA 序列、5 素数非翻译区的内含子和几个潜在的调控序列的证据。该基因由长度相同的重复序列组成。序列显示出相当大的变化，大部分归因于单碱基变化。因此，人类聚丝蛋白由不同大小、电荷和序列的异质分子群组成。编码氨基和羧基末端的氨基酸序列更保守，基因编码部分两侧的 5' 和 3' DNA 序列也是如此。在这些保守的侧翼序列中存在独特的限制酶位点使Gan 等人成为可能（1990）计算全长基因的大小和其中的重复数；根据基因组 DNA 的来源，该基因包含 10、11 或 12 个丝聚蛋白重复序列，它们以正常的孟德尔方式在家族中分离。因此，由于个体之间的简单等位基因差异，人类聚丝蛋白基因在大小方面是多态的。

使用 RT-PCR，Wu 等人（2009）在所有检查的正常组织中检测到 FLG 表达。

▼ 基因结构

FLG 基因包含 3 个外显子（ Presland et al., 1992 ）。

▼ 测绘

McKinley-Grant 等人在研究一组保留人类染色体区域重叠子集的小鼠-人类体细胞杂交体和染色体原位杂交时，使用 cDNA 克隆作为探针（1989）证明人类丝聚蛋白基因对应到 1q21。罗斯纳格尔等人（1994）通过对从小鼠/中国仓鼠体细胞杂交体中分离的 DNA 进行 PCR 分析，将同源基因定位到小鼠 3 号染色体。

在人类表皮终末分化过程中特异性表达的 3 个蛋白质家族的基因已被定位到 1q21。沃尔兹等人（1993）表明这些基因在 2.05 Mb 的 DNA 内按以下顺序物理连接：钙蛋白 I 轻链（CAL1L; 114085 ）、毛透明蛋白（THL; 190370 ）、聚丝蛋白、外皮蛋白（IVL; 147360 ）、富含脯氨酸的小分子蛋白（SPRR1A；182265）、loricrin（LOR；152445）和钙环素（CACY；114110）。

▼ 基因功能

史密斯等人（2006 年）回顾了丝聚蛋白（也称为细丝聚集蛋白）在角质层形成中的功能。滤泡间表皮颗粒层中的透明角质颗粒主要由 400-kD 蛋白聚丝蛋白原组成。在一个短的、独特的 N 端结构域之后，大多数丝聚蛋白分子由 324 个残基丝聚蛋白序列的 10 到 12 个重复序列组成（Gan 等人，1990）。在颗粒细胞终末分化后，聚丝蛋白被蛋白水解成约 37 kD 的聚丝蛋白肽和含有 S100 样钙结合结构域的 N 端结构域。丝聚蛋白迅速聚集角蛋白细胞骨架，导致颗粒细胞塌陷成扁平的无核鳞片。在角化细胞包膜（CCE）的形成过程中，这种浓缩的细胞骨架通过转谷氨酰胺酶交联。CCE 是皮肤最外层的屏障层，它不仅可以防止水分流失，还可以阻止过敏原和传染原的进入。因此，聚丝蛋白是促进表皮分化和维持屏障功能的关键蛋白质。

使用 RT-PCR，Wu 等人（2009）发现 FLG 和 FLG2（ 616284 ）在钙诱导分化后培养的人包皮角质形成细胞中的表达增加了 200 倍。

▼ 分子遗传学

在 15 个寻常鱼鳞病（ 146700 ）家族中，Smith 等人（2006）鉴定了纯合或复合杂合突变 R501X（ 135940.0001 ）和 2282del4（ 135940.0002）在具有中度或重度表型的个体的 FLG 基因中。他们得出结论，这些突变是半显性的。杂合子表现出非常温和的表型，外显率不完全。这些突变在欧洲血统的人群中显示出约 4% 的组合等位基因频率，这解释了寻常鱼鳞病的高发病率。Profilaggrin 是表皮中透明角质颗粒的主要蛋白质。在终末分化过程中，它被切割成多个聚合角蛋白丝的聚丝蛋白肽。所得基质交联形成角质细胞包膜的主要成分。史密斯等人（2006）发现这种主要结构蛋白的丢失或减少会导致不同程度的角化受损。

双胞胎和家庭研究表明，特应性疾病具有高度遗传倾向，包括特应性皮炎（见603165）、过敏和哮喘（见600807）。尽管遗传研究集中在特应性皮炎的免疫机制上，但已预料到原发性上皮屏障缺陷（Cookson 和 Moffatt，2002）。丝聚蛋白是促进表皮终末分化和皮肤屏障形成的关键蛋白质。帕尔默等人（2006）表明 FLG 基因中的 2 个孤立的功能丧失遗传变异体 R501X（ 135940.0001 ）和 2282del4（ 135940.0002 ）是特应性皮炎（605803）的非常强的易感因素）。这些突变已被证明是 15 个家庭和孤立病例中寻常鱼鳞病的原因（Smith 等，2006）。大约 9% 的欧洲人携带的 R501X 和 2282del4 变体也显示出与特应性皮炎背景下发生的哮喘高度显着相关。这项工作确立了皮肤屏障功能受损在特应性疾病发展中的关键作用。

桑迪兰兹等人（2007）表明Smith 等人报道的 2 种常见的丝聚蛋白无效突变（2006 年）和Palmer 等人（2006）是携带保守单倍型的祖先欧洲变体。为了便于对其他人群进行全面分析，他们报告了对这一大型、高度重复基因进行全面测序的策略，并描述了 15 个变体，其中包括 7 个普遍存在的变体。所有变体都是无意义或移码突变，在代表性情况下，会导致表皮中丝聚蛋白产生的损失。在一项爱尔兰病例对照研究中，欧洲最常见的 5 种突变与中度至重度儿童湿疹密切相关。他们在该病例系列中发现了另外 3 个罕见的无效突变，表明与丝聚蛋白相关的特应性皮炎的遗传结构由普遍和罕见的风险等位基因组成。

Weidinger 等人在 476 名患有特应性皮炎的德国亲子三人组中使用遗传不平衡测试（2006）发现 FLG 基因中的功能缺失突变 R501X 和 2282del4 与外源性特应性皮炎、过敏性致敏、总 IgE 水平、哮喘和手掌超线性之间存在显着关联；与内在特应性皮炎没有显着相关性。

马伦霍尔兹等人（2006 年）对来自 2 个大型欧洲人群的 1092 名湿疹（特应性皮炎）儿童进行了 FLG 基因 R501X 和 2282del4 突变的基因分型，并证实了无效突变与湿疹和伴随哮喘之间的高度显着关联。此外，作者发现这些突变仅在湿疹存在时才易患哮喘、过敏性鼻炎和过敏性致敏，这突出了表皮屏障在这些疾病发病机制中的重要性（所谓的“特应性进行曲”）。

野村等人（2007）对来自 4 个无关家族的 7 名日本寻常鱼鳞病患者的 FLG 基因进行了测序，这些患者的 R501X 和 2282del4 突变均为阴性，并确定了 2 个新突变 S2554X（ 135940.0003 ）和 3321delA（ 135940.0004 ）的杂合性），分别。作者随后筛选了来自 140 个无关家庭的 143 名日本特应性皮炎患者的新无效突变，并在 6 名患者中鉴定出 S2554X，在 2 名患者中鉴定出 3321delA；在 156 名不相关的日本非特应性和非鱼类对照中未发现它们，卡方 p 值为 0.0015。Nomura 等人指出，总共 253 名日本人（包括他们患有寻常鱼鳞病和特应性皮炎的患者）中没有 R501X 和 2282del4 突变（2007）得出结论，日本的 FLG 突变与欧洲人群中发现的不同。

胡等人（2012）发现 FLG 基因（K4022X; 135940.0005 ）中的无义变异与中国人群中的银屑病/寻常鱼鳞病表型之间存在关联。胡等人（2012）指出，Nemoto-Hasebe 等人（2009）报道了日本特应性皮炎患者中相同变体的杂合性，他们将其命名为 K4021X。

▼ 动物模型

Netherton 综合征（ 256500 ）是一种常染色体隐性遗传多系统疾病，其特征是先天性鱼鳞状红皮病、毛干缺陷和特应性，由 SPINK5 基因（ 605010 ）突变引起。休伊特等人（2005）创造了在 Spink5 基因中具有 R820X 突变的小鼠。新生儿纯合子发展为严重的鱼鳞病，皮肤屏障功能丧失和脱水，导致几小时内死亡。皮肤的生化分析揭示了聚丝蛋白水解加工成其组成的聚丝蛋白单体的过程显着增加。作者提出，在没有 SPINK5 的情况下，聚蛋白原的加工异常增加，这可能在观察到的角质层粘附缺陷和表皮屏障功能严重受损中起直接作用。

法伦等人（2009）报道了一个 1 bp 缺失突变，5303delA，类似于常见的人类 FLG 突变，在自发小鼠突变体“片状尾巴”（ft）中的鼠 Flg 基因内。法伦等人（2009）证明，对这种突变纯合子小鼠局部应用过敏原会导致皮肤炎症浸润，并随着过敏原特异性抗体反应的发展而增强皮肤过敏原引发。这些数据验证了片状尾巴是一种有用的丝聚蛋白缺乏模型，并为以下假设提供了实验证据，即抗原通过有缺陷的表皮屏障转移是导致 IgE 致敏性升高和引发患有丝聚蛋白相关特应性疾病的人类皮肤炎症的关键机制。

▼ 等位基因变体（ 5个精选示例）：

.0001 寻常型鱼鳞病
皮炎，特应性，2，易感性，包括
FLG, ARG501TER
在来自爱尔兰、苏格兰和美国的7 个无关的寻常鱼鳞病（ 146700 ）家庭和另外 8 个“散发”病例中， Smith 等人（2006）发现寻常鱼鳞病与 arg501 到终止（R501X）突变有关，该突变由 FLG 基因外显子 3 中重复 1 开始附近的 1501C 到 T 转变引起。在 3 个家系中，具有非常明显表型的寻常鱼鳞病患者是 R501X 纯合子。在其他家庭和孤立病例中，他们发现具有明显寻常鱼鳞病表型的个体是 R501X 复合杂合子和外显子 3（135940.0002）中的第二个突变2282del4）。2282del4 突变导致下游 107 bp 的过早终止密码子，并且与 R501X 一样，在第一个丝聚蛋白重复序列内停止蛋白质翻译。

寻常型鱼鳞病是半显性的：也就是说，杂合子没有明显的表型或更轻微的鱼鳞病，而纯合子或复合杂合子有明显的鱼鳞病和明显的组织学皮肤屏障缺陷。在史密斯等人的工作的扩展中（2006），帕尔默等人（2006）指出，在他们患有寻常鱼鳞病的家庭中，许多丝聚蛋白无效或杂合子的个体也患有特应性皮炎（ 605803 ）（湿疹），并且在少数情况下还患有哮喘（见600807）。具体而言，特应性皮炎在患有轻度寻常型鱼鳞病的个体中普遍存在，他们都是 R501X 或 2282del4 FLG-null 等位基因的杂合子（13/29；44%）。特应性皮炎在患有严重寻常型鱼鳞病的个体中尤为常见，他们都是 FLG 无效等位基因的纯合子或复合杂合子（16/21；76%）。这些家庭中缺乏 FLG-null 等位基因的个体均未患有特应性皮炎（n = 13）。因此，特应性皮炎在这些家族中作为半显性特征遗传，在 FLG-null 纯合子或复合杂合子中具有高外显率，而在杂合子中外显率降低。

马伦霍尔兹等人（2006 年）对来自 2 个大型欧洲人群的 1092 名湿疹（特应性皮炎）儿童进行了 FLG 基因 R501X 和 2282del4 突变的基因分型，并复制了无效突变与湿疹和伴随哮喘之间的高度显着关联。此外，作者发现这些突变仅在存在湿疹的情况下易患哮喘、过敏性鼻炎和过敏性致敏，并且这些突变同样易患特应性（内在）和非特应性（外在）形式的湿疹。他们证明，2 个无效等位基因的存在是湿疹儿童哮喘的孤立危险因素（OR，11.76，p = 0.0085）。这两种突变加起来约占德国人群湿疹病例的 11%。

.0002 寻常型鱼鳞病
皮炎，特应性，2，易感性，包括
FLG，4-BP DEL，2282CAGT
Smith 等人讨论了在普通鱼鳞病（ 146700 ）患者中复合杂合状态下发现的 FLG 基因（2282del4）中的 4-bp 缺失（2006），见135940.0001。

讨论在特应性皮炎（605803）患者中发现的复合杂合状态下的 FLG 基因中的 2282del4 缺失，Palmer等人（2006），见135940.0001。

魏丁格等人（2006）发现特应性皮炎，特别是外在型，与 R501X 和 2282del4 突变之间存在显着关联；马伦霍尔兹等人（2006）复制了这种关联，还发现 2 个无效等位基因的存在是湿疹儿童哮喘的孤立危险因素。见135940.0001。

.0003 寻常型鱼鳞病
皮炎，特应性，2，易感性，包括
FLG，SER2554TER
在 2 个不相关的日本寻常鱼鳞病（ 146700 ）家庭的受影响成员中，他们之前发现的 FLG 基因无效突变为阴性，Nomura 等人（2007 年）确定了 FLG 基因外显子 3 中 7661C-G 颠换的杂合性，导致 ser2554-to-ter（S2554X）替换，预计会导致聚丝蛋白重复结构域 7 中的聚丝蛋白原翻译提前终止。姐姐1 名先证者，有严重的疾病表现，被发现是 S2554X 的纯合子。作者随后筛选了 143 名日本特应性皮炎患者（ 605803）来自 140 个无关家庭的这种无效突变，并在 6 名患者中鉴定出 S2554X。在 156 名不相关的非特应性和非鱼类日本对照中未发现该突变。

.0004 寻常型鱼鳞病
皮炎，特应性，2，易感性，包括
FLG，1-BP DEL，3321A
在来自 2 个不相关的日本寻常鱼鳞病家庭（ 146700 ）的 2 个先证者中，这些先证者对先前发现的 FLG 基因无效突变呈阴性，Nomura 等人（2007）鉴定了 FLG 基因外显子 3 中 1 bp 缺失（3321delA）的杂合性，导致聚丝蛋白重复结构域 2 中的聚丝蛋白翻译提前终止。作者随后筛选了 143 名日本特应性皮炎患者（ 605803 ） 140 个不相关的家庭与此缺失有关，并在 2 名患者中确定了 3321delA。在 156 名不相关的非特应性和非鱼类日本对照中未发现缺失。

.0005 意义未知的变体
FLG, LYS4022TER
该变体被归类为意义未知的变体，因为它对皮肤表型的贡献尚未得到证实。

在一名中国男性银屑病患者（603935）中，其姑姑和祖母被诊断为寻常型鱼鳞病（146700），胡等（2012）分析了 FLG 基因的整个编码区，并确定了无义突变 K4022X 的纯合性。在他患有寻常鱼鳞病的阿姨和祖母以及包括他的父亲和母亲在内的 4 名未受影响的家庭成员中发现了这种变异。胡等人（2012）指出，Nemoto-Hasebe 等人（2009）报道了日本特应性皮炎患者中相同变体的杂合性，他们将其命名为 LYS4022TER（K4021X）（ 605803）。对 441 例无关的中国银屑病病例进行 K4022X 筛查，发现另外 2 例患者为纯合子；在 29 名（6.6%）患者和 15 名（3%）未筛查无银屑病的对照组中，也发现了该变异的杂合性。优势模型的优势比为 2.552（p = 0.002），表明 K4022X 变异与中国人群中的银屑病/寻常鱼鳞病表型相关，病例对照分析显示与银屑病显着相关（p = 0.01）。