增生性瘢痕形成机制的研究进展

增生性瘢痕形成机制的研究进展

尚涛

（解放军总医院基础研究所，北京100853）

［摘要］：增生性瘢痕是由创伤、炎症等原因造成的损伤皮肤组织过度修复的结果。其临床表现：突起于正常皮肤，形状不规整，组织质地坚韧，在不同程度上影响外观及肢体功能。其组织学特点：成纤维细胞大量增生、细胞外基质过度沉积，大量胶原无序排列。尽管现代动物实验学、细胞分子生物学等技术方法的介入研究，但增生性瘢痕形成机制至今尚未完全明确。现概述从细胞、分子、基因水平近年来对于瘢痕形成机制的研究进展，进而发现有效治疗策略。

［关键词］：皮肤创伤增生性瘢痕形成机制

一、增生性瘢痕的形成机制

皮肤创伤愈合是一个由细胞、体液、分子等机制综合调控的过程。皮肤创伤愈合有完全再生和不完全再生两种方式：完全再生是由损伤组织同种的细胞进行修复；不完全再生是损伤部位纤维化及瘢痕形成。一般认为影响增生性瘢痕形成主要是炎症环境、成纤维细胞的异质性、细胞外基质合成与降解平衡失控、胶原代谢紊乱、免疫调控、细胞因子等相关因素造成。

1.炎症环境：有大量研究表明,成人皮肤创伤愈合过程中炎症直接关系瘢痕形成的程度。炎症反应上调会导致增生性瘢痕特性改变包括新生血管增加，大量细胞增殖和过度的胶原沉积。Bullard等发现胎儿创伤的无瘢痕愈合，是因为不存在炎症反应[1]。并有实验证明在成功诱导出胎儿皮肤创面炎症反应后有一定程度的瘢痕形成。有学者在低雌激素小鼠的创面愈合中，发现炎症反应上调及瘢痕愈合形成[2]。

2.成纤维细胞：创面修复的重要细胞，其主要作用是参与伤口封闭，产生及重塑细胞外基质。与正常皮肤比较，增生性瘢痕中成纤维细胞存在异质性，能够高表达TGF-β1。而且TGF-β1的上调又能够促使成纤维细胞分泌胶原造成细胞外基质的沉积。Ghahary等研究发现增生性瘢痕中成纤维细胞还能下调胶原酶的合成[3]。Wang等通过实验发现增生性瘢痕中成纤维细胞能够下调具有抗增殖及抑制炎症反应的NO表达[4]。同时还有研究检测到增生性瘢痕中成纤维细胞对于凋亡信号低敏感。同时成纤维细胞还部分向肌成纤维细胞分化，而肌成纤维细胞还可以继续分泌胶原，进一步造成细胞外基质分解合成紊乱。

3.细胞因子TGF-β/Smads信号转导通路：TGF-β家族在哺乳动物中存在三种不同亚型：TGF-β1、TGF-β2、TGF-β3。在体内TGF-β1、TGF-β2主要由单核细胞和巨噬细胞分泌，TGF-β3则是由角质细胞合成。最初TGF-β被认为是通过刺激血管新生，成纤维细胞增殖，成纤维细胞向肌成纤维细胞细胞分化及改变细胞外基质合成分解平衡对创面愈合产生作用。近来有研究表明TGF-β在多种纤维代谢性疾病如肺纤维化，肝硬化中都是起主要作用的细胞因子。有实验表明TGF-β1,TGF-β2在增生性瘢痕形成过程中起主要作用，在动物实验中同时拮抗TGF-β1,TGF-β2能够降低细胞外基质的沉积，但是分别单独拮抗其中一种对于瘢痕的形成无明显影响。Shah等通过实验发现TGF-β3能够拮抗TGF-β1,TGF-β2，并且TGF-β主要在创伤愈合早期发挥作用[5]。TGF-β可通过包括Smads等多种蛋白进行信号转导。Smads家族是细胞内调节信号转导蛋白，根据其功能可以分为受体调节类Smads蛋白，公共递质类Smads蛋白及抑制类Smads蛋白。Smads通过与TGF-β受体结合成复合体激活TGF-β，其中Smad7表达下调会导致Ⅰ型胶原、Ⅲ型胶原分泌下降。TGF-β还可以可通过MAPK，ERK通路进行信号传导。有大量文献报道TGF-β1对细胞外基质的过度合成有显著作用。趋化因子通过募集单核细胞迁移到创面影响增生性瘢痕形成。趋化因子是对中性粒细胞、单核细胞、淋巴细胞具有趋化作用的分子量多在8-10kDa的蛋白家族。根据其N端半胱氨酸的排列分为CC,CXC,C和CX3C亚家族。SDF-1（CXCL12），属于CXC亚家族，由周细胞，成纤维母细胞和内皮细胞产生，表达于人、猪、大鼠的皮肤。CXCR4是CXC亚家族受体能够高度特异的与SDF-1结合。SDF-1/CXCR4信号传导通路能介导造血细胞从胎儿肝脏向骨髓的迁移，并且能通过募集祖细胞刺激血管生成。对于该信号通路较早前的研究主要集中在肿瘤细胞转移及其血管新生中对干、祖细胞的迁徙作用。近来有研究报道SDF-1/CXCR4信号传导通路也参与了肺损伤及纤维化。Avniel等在阻断SDF-1/CXCR4信号传导通路后发现烧伤病人的创面愈合加快[6]。SDF-1对于形成增生性瘢痕的作用机制可能是刺激活化了能分化为肌成纤维细胞的CD14+CXCR4+细胞向创面的迁徙。另外，趋化因子MCP-1也与增生性瘢痕的形成有关。MCP-1属于CC亚家族，由巨噬细胞，内皮细胞和成纤维细胞分泌，其受体是CCR2和CCR4。MCP-1能够募集单核细胞和树突细胞向炎症部位迁徙。Gharaee等研究发现MCP-1能够上调TGF-β表达从而刺激肺组织中成纤维细胞合成胶原。Ferreira等在bleomycin诱导小鼠渐进性瘢痕模型中敲除MCP-1基因后发现无瘢痕形成[7]。更有实验进一步证实了增生性瘢痕成纤维细胞中MCP-1的表达高于正常皮肤成纤维细胞。核心蛋白聚糖是小分子蛋白多糖（decorin）中的一员，是ECM的组成之一，在真皮和结缔组织中大量表达。Kolb等用decorin治疗博来霉素小鼠瘢痕模型后发现瘢痕纤维化程度明显降低，更进一步发现decorin能够抑制TGF-β表达[8]。Wang等通过对增生性瘢痕中成纤维细胞的研究发现decorin表达明显降低。Honardous等通过decorin对真皮浅部和深部成纤维细胞的作用比较发现，decorin能够明显诱导真皮浅部成纤维细胞凋亡。干扰素（IFN）又称Th1细胞因子，主要有白细胞和成纤维细胞分泌，分为三种亚型1型干扰素（包括IFN-α和IFN-β），2型干扰素（IFN-γ）和3型干扰素（IFN-λ）。Tredget等在正常皮肤及增生性瘢痕的体外实验发现IFN-α和IFN-γ能够降低成纤维细胞增殖及胶原合成[9]。Ghahary等则发现IFN-α2b能够促进胶原酶的表达及活性，并刺激TIMP-1活性因而减轻增生性瘢痕。Tredget等在临床治疗增生性瘢痕中发现IFN-α2b能够明显下调TGF-β表达。大量临床实验发现IFN-α2b还能抑制瘢痕组织中血管新生，降低TGF-β1及下调SDF-1/CXCR4信号转导发挥抗纤维化抑制瘢痕增生的作用。基质金属蛋白酶（MMPs）是一类锌依赖性蛋白酶，在创伤修复的重塑中起关键作用。MMPs的特征性功能是对于胶原蛋白的水解及对于ECM其他成分的降解作用。组织金属蛋白酶抑制剂（TIMPs）是通过与MMPs1:1结合阻断MMPs活性的一类特殊蛋白。Saito等发现在创伤愈合过程中过表达MMPs能够使ECM的分解与合成失衡，导致慢性溃疡。另外Lichtinghagen等人发现MMPs及TIMPs表达的改变会造成胶原降解减少，ECM过度沉积进而引起肝硬化。由大量实验推断MMPS对于ECM的分解作用会因TIMPs的阻断而明显下调，而TGF-β1通过上调α-SMA的表达诱导成纤维细胞向肌成纤维细胞的分化，进而造成ECM的沉积最后形成瘢痕。有文献报道在增生性瘢痕中MMP-1低表达，分化的角化细胞能够分泌人分层蛋白通过c-fos和p38MAPK信号通路转导刺激皮肤成纤维细胞MMP-1表达进而增加ECM的分解从而对增生性瘢痕起到干预治疗，也有文献报道MMP-2，MMP-9也有类似的促进ECM分解作用。Manuel和Gawronska-Kozak使用无胸腺裸鼠作为动物模型研究发现在无瘢痕愈合创面中MMP-9表达上调。在对人的增生性瘢痕及瘢痕疙瘩的治疗研究中也得出在无瘢痕愈合过程中MMP-9可能起主要作用。Zhang等通过将SIP1转染至增生性瘢痕的成纤维细胞中，发现MMP-1表达上调，COLIα2表达下调，而在敲除SIP1后的正常皮肤成纤维细胞中COLIα2表达上调。Simon等发现TIMP-1在增生性瘢痕中高表达而在正常皮肤中表达极少。

4.免疫因素：近年来的研究发现，瘢痕的形成不只与炎症环境有关，还与免疫反应的类型相关。Davis等通过动物实验发现在创面愈合中CD4+T淋巴细胞对于瘢痕形成有重要影响[10]。Th1细胞表达IL-2，IFN-γ和IL-12通过增强胶原酶活性，ECM的重塑起到抗纤维化的作用，而Th2细胞表达的IL-4，IL-5和IL-10则是通过降低胶原酶活性，下调NO发挥促纤维化作用。Wang等通过检测烧伤病人的外周血发现Th3细胞能够分泌TGF-β促纤维化。

在皮肤创伤修复过程中细胞功能的调节是复杂的，对于愈合结局的影响也主要依赖于参与修复的细胞和细胞外基质之间的相互作用。参与修复的细胞及其分泌的细胞因子在创伤愈合中的作用机制还有许多尚未明确，仍需进一步研究，这样才能为皮肤创伤愈合后减少瘢痕形成提供理论支持和新的治疗策略。

［参考文献］

[1]BullardKM,LongakerMT,LorenzHP.Fetalwoundhealing:currentbiology[J].Worldjournalofsurgery,2003,27(1):54-61.

[2]AshcroftGS,MillsSJ,LeiKJ,etal.Estrogenmodulatescutaneouswoundhealingbydownregulatingmacrophagemigrationinhibitoryfactor[J].JournalofClinicalInvestigation,2003,111(9):1309.

[3]GhaharyA,ShenYJ,NedelecB,etal.Collagenaseproductionislowerinpost-burnhypertrophicscarfibroblaststhaninnormalfibroblastsandisreducedbyinsulin-likegrowthfactor-1[J].Journalofinvestigativedermatology,1996,106(3):476-481.

[4]WangR,GhaharyA,ShenYJ,etal.Humandermalfibroblastsproducenitricoxideandexpressbothconstitutiveandinduciblenitricoxidesynthaseisoforms[J].Journalofinvestigativedermatology,1996,106(3):419-427.

[5]ShahM,ForemanDM,FergusonMW.NeutralisationofTGF-beta1andTGF-beta2orexogenousadditionofTGF-beta3tocutaneousratwoundsreducesscarring[J].Journalofcellscience,1995,108(3):985-1002.

[6]AvnielS,ArikZ,MalyA,etal.InvolvementoftheCXCL12/CXCR4pathwayintherecoveryofskinfollowingburns[J].Journalofinvestigativedermatology,2006,126(2):468-476.

[7]FerreiraAM,TakagawaS,FrescoR,etal.DiminishedinductionofskinfibrosisinmicewithMCP-1deficiency[J].JournalofInvestigativeDermatology,2006,126(8):1900-1908.

[8]KolbM,MargettsPJ,GALTTOM,etal.Transienttransgeneexpressionofdecorininthelungreducesthefibroticresponsetobleomycin[J].Americanjournalofrespiratoryandcriticalcaremedicine,2001,163(3):770-777.

[9]TredgetEE,NedelecB,ScottPG,etal.Hypertrophicscars,keloids,andcontractures:thecellularandmolecularbasisfortherapy[J].SurgicalClinicsofNorthAmerica,1997,77(3):701-730.

[10]DavisPA,CorlessDJ,AspinallR,etal.EffectofCD4+andCD8+celldepletiononwoundhealing[J].Britishjournalofsurgery,2001,88(2):298-304.