1. 개요
표피(表皮, epidermis)는 피부의 가장 바깥층을 이루는 상피조직이다. 주로 각질형성세포(keratinocyte)로 구성되며, 조직학적으로는 각질화된 중층편평상피(keratinized stratified squamous epithelium)에 해당한다.[A] 표피는 외부 환경과 직접 접촉하면서 물리적 손상, 화학물질, 미생물, 자외선 등으로부터 신체를 보호하고, 체내 수분 손실을 제한하는 장벽 역할을 한다.[2]표피에는 혈관이 존재하지 않는다. 따라서 표피세포는 아래쪽의 진피에 존재하는 혈관으로부터 확산되는 산소와 영양분에 의존한다.[A] 표피와 진피 사이에는 기저막(basement membrane)이 있으며, 기저막은 표피를 진피에 부착시키고 두 조직 사이의 경계를 형성한다.
2. 구조
Sublayer 5개로 구성됨. 각질 층이 가장 표면이고 기저층이 가장 아래임. 투명층은 있는 곳도 있고 없는 곳도 있음.
2.1. 각질층
각질층(stratum corneum)은 표피의 가장 바깥층이다. 핵이 없는 죽은 각질세포와 세포 사이 지질로 구성되며, 표피 장벽 기능의 핵심 부위이다. 각질층은 외부 물질의 침투를 제한하고, 체내 수분이 과도하게 증발하는 것을 방지한다.[4]각질층의 각질세포는 케라틴과 각질세포막(cornified envelope)을 포함하며, 세포 사이 공간에는 세라마이드, 콜레스테롤, 지방산 등의 지질 성분이 배열된다. 이러한 단백질성 세포 구조와 지질성 세포간 구조가 함께 작용하여 피부의 투과 장벽을 형성한다.[5]
각질층의 오래된 각질세포는 피부 표면에서 지속적으로 탈락한다. 이 탈락 과정은 아래층에서 새로 이동해 온 각질세포에 의해 보완되며, 이를 통해 표피 표면과 장벽 기능이 유지된다.
2.2. 투명층
투명층(stratum lucidum)은 각질층과 과립층 사이에 위치하는 얇고 투명한 층이다. 주로 손바닥과 발바닥처럼 표피가 두꺼운 부위에서 관찰되며, 일반적인 얇은 피부에서는 뚜렷하게 구분되지 않는다.[A]투명층은 죽고 납작해진 각질형성세포로 이루어지며, 이 세포들은 케라토히알린(keratohyalin)의 변환 산물인 엘레이딘(eleidin)을 포함한다. 과립층의 각질형성세포가 핵과 세포소기관을 잃고 각질층의 각질세포로 이행하는 과정에서 나타나는 중간 단계로 볼 수 있다.[B]
손바닥과 발바닥은 반복적인 마찰과 압력을 받는 부위이므로 표피와 각질층이 두껍게 발달한다. 투명층은 이러한 두꺼운 피부에서 관찰되는 추가 표피층으로, 두꺼워진 표피 장벽 구조의 일부를 이룬다. 다만 마찰과 외부 자극에 대한 직접적인 기계적 보호는 주로 각질층이 담당한다.[B]
2.3. 과립층
과립층(stratum granulosum)은 투명층 또는 각질층 아래에 위치하는 층으로, 각질형성세포가 본격적으로 각질화되는 부위이다. 이 층의 세포에는 케라토히알린 과립(keratohyalin granule)과 층판소체(lamellar body)가 관찰된다.[A]과립층에서는 각질형성세포가 납작하고 마름모꼴에 가까운 형태로 변하며, 케라토히알린 과립과 층판소체를 축적한다. 케라토히알린 과립은 케라틴 섬유의 응집과 각질세포 형성에 관여하고, 층판소체는 세포 사이 공간으로 지질 성분을 분비하여 각질층의 장벽 형성에 기여한다.[A]
이후 각질형성세포는 각질층으로 이동하면서 더 납작해지고, 세포소기관과 핵을 잃어 핵이 없는 각질세포(corneocyte)가 된다.[11]
2.4. 유극층
유극층(stratum spinosum)은 과립층 아래, 기저층 위에 위치하는 표피층이다. 이 층의 각질형성세포는 데스모좀(desmosome)에 의해 서로 강하게 연결되어 있다. 조직 표본에서 세포 사이의 연결 부위가 가시처럼 보이기 때문에 유극층이라는 이름이 붙었다.[A]유극층은 표피의 기계적 강도와 관련이 깊다. 세포 사이 결합이 견고하게 유지되어야 표피가 마찰과 압력에 견딜 수 있으며, 이 부위의 결합이 손상되면 표피 내부의 분리나 물집 형성이 일어날 수 있다.
유극층에는 랑게르한스세포(Langerhans cell)도 존재한다. 랑게르한스세포는 항원제시세포로서 표피의 면역 감시에 관여한다.
2.5. 기저층
기저층(stratum basale)은 표피의 가장 깊은 층으로, 진피와 접하는 부위에 위치한다. 이 층은 기저막 위에 배열된 세포층이며, 세포분열이 활발한 기저세포를 포함한다. 기저세포는 새로운 각질형성세포를 지속적으로 생성한다.[A]기저층에는 멜라닌세포(melanocyte)와 메르켈세포(Merkel cell)도 존재한다. 멜라닌세포는 멜라닌을 생성하여 주변 각질형성세포로 전달하고, 메르켈세포는 가벼운 촉각 감지와 관련된다.[A]
3. 구성 세포
3.1. 각질형성세포
각질형성세포(keratinocyte)는 표피의 주된 세포이다. 기저층에서 생성된 뒤 표면 방향으로 이동하면서 유극층, 과립층, 각질층을 거쳐 점차 분화한다. 이 과정에서 각질형성세포는 케라틴을 축적하고, 최종적으로 핵과 세포소기관을 잃은 각질세포(corneocyte)가 된다.[A]각질형성세포는 표피의 물리적 장벽과 수분 장벽 형성에 핵심적인 역할을 한다. 특히 케라틴, 각질세포막(cornified envelope), 세포 사이 지질 성분은 각질층의 구조적 안정성과 투과 장벽 형성에 관여한다.[16]
각질형성세포는 단순한 구조 세포가 아니라 표피의 면역 반응에도 관여한다. 손상, 감염, 자외선 노출 등 외부 자극을 받으면 여러 신호물질을 분비하여 주변 면역세포의 반응에 영향을 줄 수 있다. 또한 각질층의 죽은 각질형성세포는 방어 펩타이드와 관련되어 피부의 선천면역 장벽에 기여한다.[A]
3.2. 멜라닌세포
멜라닌세포(melanocyte)는 주로 기저층에 존재하는 색소 생성 세포이다. 발생학적으로는 신경능선세포(neural crest cell)에서 유래하며, 멜라노좀(melanosome)이라는 세포소기관 안에서 멜라닌(melanin)을 합성한다.[A]멜라닌세포는 가지돌기(dendrite)를 통해 주변 각질형성세포와 접촉하고, 생성한 멜라닌을 각질형성세포로 전달한다. 하나의 멜라닌세포가 여러 각질형성세포와 기능적 단위를 이루는 구조를 표피-멜라닌 단위(epidermal-melanin unit)라고 한다.[19]
각질형성세포로 전달된 멜라닌은 세포핵 주변, 특히 핵 위쪽에 모여 자외선으로 인한 DNA 손상을 줄이는 데 기여한다. 다만 멜라닌이 멜라닌세포에서 각질형성세포로 이동하는 세부 기전은 하나로 완전히 확정된 것이 아니며, 여러 전달 모델이 제안되어 있다.[20]
피부색은 멜라닌세포의 수만으로 결정되지 않는다. 멜라닌의 종류, 생성량, 멜라노좀의 크기와 분포, 각질형성세포 안에서의 멜라닌 처리 방식 등이 함께 영향을 준다.
3.3. 랑게르한스세포
랑게르한스세포(Langerhans cell)는 표피에 존재하는 면역세포이다. 형태적으로는 가지돌기를 가진 세포이며, 표피 안에서 외부 항원이나 이물질을 감지하는 항원제시세포(antigen-presenting cell)로 기능한다.[A]랑게르한스세포는 표피에 그물망처럼 분포하면서 외부 환경으로부터 들어오는 물질을 감시한다. 이 세포는 항원을 포획하고 처리한 뒤 면역계에 전달하여 적절한 면역 반응이 일어나도록 돕는다.[22]
랑게르한스세포의 역할은 단순히 염증 반응을 일으키는 것에 한정되지 않는다. 정상 상태에서는 불필요한 면역 활성화를 억제하고 면역 관용을 유지하는 데도 관여하며, 감염이나 피부 손상과 같은 위험 신호가 있을 때는 T세포 반응을 유도할 수 있다.[23]
조직학적으로 랑게르한스세포는 주로 유극층에서 관찰되며, 비르벡 과립(Birbeck granule)이라는 특징적인 세포소기관을 가진다.[A]
3.4. 메르켈세포
메르켈세포(Merkel cell)는 주로 기저층에 위치하는 감각 관련 표피세포이다. 기저막 바로 위쪽에서 관찰되며, 말초 감각신경 말단과 연관되어 가벼운 촉각 감지에 관여한다.[A]메르켈세포는 특히 손가락 끝, 손바닥, 발바닥 등 촉각이 예민한 부위에 비교적 많이 분포한다. 이 세포는 감각신경 말단과 함께 메르켈세포-신경돌기 복합체(Merkel cell-neurite complex)를 이루며, 천천히 적응하는 촉각 수용과 관련된다.[26]
메르켈세포는 단순히 신경 말단을 보조하는 수동적 세포가 아니라, 촉각 자극을 감지하고 감각신경 반응을 조절하는 능동적인 기계감각세포로 이해된다.[27]
메르켈세포는 드물게 악성 종양인 메르켈세포암(Merkel cell carcinoma)과 관련될 수 있다. [28]
4. 기능
외부 Substance의 1차 물리적인 장벽[A] Yousef H, Alhajj M, Fakoya AO, Sharma S. Anatomy, Skin (Integument), Epidermis. StatPearls. Last Update: June 8, 2024.[2] Wickett RR, Visscher MO. Structure and function of the epidermal barrier. Am J Infect Control. 2006 Dec;34(10 Suppl):S98-S110. doi: 10.1016/j.ajic.2006.05.295.[A] [4] Proksch E, Brandner JM, Jensen JM. The skin: an indispensable barrier. Exp Dermatol. 2008 Dec;17(12):1063-1072. doi: 10.1111/j.1600-0625.2008.00786.x. PMID: 19043850.[5] Proksch E, Brandner JM, Jensen JM. The skin: an indispensable barrier. Exp Dermatol. 2008 Dec;17(12):1063-1072. doi: 10.1111/j.1600-0625.2008.00786.x. PMID: 19043850.[A] [B] OpenStax. Anatomy and Physiology 2e, 5.1 Layers of the Skin.[B] [A] [A] [11] Murphrey MB, Miao JH, Zito PM. Histology, Stratum Corneum. StatPearls. Last Update: November 14, 2022.[A] [A] [A] [A] [16] Proksch E, Brandner JM, Jensen JM. The skin: an indispensable barrier. Exp Dermatol. 2008 Dec;17(12):1063-1072. doi: 10.1111/j.1600-0625.2008.00786.x. PMID: 19043850.[A] [A] [19] Bento-Lopes L, Cabaço LC, Charneca J, Neto MV, Seabra MC, Barral DC. Melanin’s Journey from Melanocytes to Keratinocytes: Uncovering the Molecular Mechanisms of Melanin Transfer and Processing. Int J Mol Sci. 2023;24(14):11289. doi: 10.3390/ijms241411289. PMID: 37511054.[20] Bento-Lopes L, Cabaço LC, Charneca J, Neto MV, Seabra MC, Barral DC. Melanin’s Journey from Melanocytes to Keratinocytes: Uncovering the Molecular Mechanisms of Melanin Transfer and Processing. Int J Mol Sci. 2023;24(14):11289. doi: 10.3390/ijms241411289. PMID: 37511054.[A] [22] Clayton K, Vallejo AF, Davies J, Sirvent S, Polak ME. Langerhans Cells—Programmed by the Epidermis. Front Immunol. 2017;8:1676. doi: 10.3389/fimmu.2017.01676. PMID: 29238347.[23] Clayton K, Vallejo AF, Davies J, Sirvent S, Polak ME. Langerhans Cells—Programmed by the Epidermis. Front Immunol. 2017;8:1676. doi: 10.3389/fimmu.2017.01676. PMID: 29238347.[A] [A] [26] Maksimovic S, Nakatani M, Baba Y, Nelson AM, Marshall KL, Wellnitz SA, Firozi P, Woo SH, Ranade S, Patapoutian A, Lumpkin EA. Epidermal Merkel cells are mechanosensory cells that tune mammalian touch receptors. Nature. 2014;509(7502):617-621. doi: 10.1038/nature13250. PMID: 24717432.[27] Maksimovic S, Nakatani M, Baba Y, Nelson AM, Marshall KL, Wellnitz SA, Firozi P, Woo SH, Ranade S, Patapoutian A, Lumpkin EA. Epidermal Merkel cells are mechanosensory cells that tune mammalian touch receptors. Nature. 2014;509(7502):617-621. doi: 10.1038/nature13250. PMID: 24717432.[28] Abraham J, Mathew S. Merkel Cells: A Collective Review of Current Concepts. Int J Appl Basic Med Res. 2019;9(1):9-13. doi: 10.4103/ijabmr.IJABMR_34_18. PMID: 30820413. PMCID: PMC6385537.