皮肤病理性瘢痕形成的细胞与分子生物学机制

作者：梅新华    作者单位：山东省临沂市人民医院　普外科　 （山东　临沂　276003）

【摘要】  皮肤病理性瘢痕是人体皮肤组织损伤后的一种纤维过度增生性疾病，其发病机制涉及众多因素，是各种细胞及细胞因子相互作用、调控的结果。其组织学特点是大量成纤维细胞（FB）增生，细胞外基质（ECM）过度沉积。肥大细胞（MC）释放细胞因子，刺激ECM合成。Caspase蛋白调控FB细胞的凋亡，参与病理性瘢痕的形成。TGF-β、α-MSH、TNF-α、PDGF、IGF-1、IL-8、bFGF等细胞因子及细胞骨架基因相关蛋白、缝隙连接细胞间通讯在病理性瘢痕的形成过程中均发挥重要作用。

【关键词】  瘢痕·细胞凋亡·细胞因子类·细胞骨架基因相关蛋白·缝隙连接细胞间通讯

　　皮肤病理性瘢痕（pathological scar）是人类真皮内特有的纤维代谢性疾病，以过量的纤维化和胶原蛋白的沉积为特征，是人体皮肤组织损伤后的一种纤维过度增生性疾病。其组织学特点是大量成纤维细胞（fibroblast, FB）增生，细胞外基质（extracellular matrix, ECM）特别是其中胶原蛋白多糖、糖蛋白过度沉积，微血管异常增生伴少量炎性细胞浸润，胶原纤维排列紊乱。病理性瘢痕不仅是局部形态的改变，瘢痕过度收缩还能引起器官的功能障碍，如局部功能丧失、腔道狭窄等。本文对其细胞及分子生物学机制的研究结果进行综述。

    1　病理性瘢痕形成的细胞机制

    1.1　肥大细胞与病理性瘢痕　在正常皮肤中，肥大细胞（mast cell, MC）主要位于真皮乳头层的血管周围，病理性瘢痕中MC主要分布于胶原纤维束之间及血管周围，数量较正常皮肤明显增多，且MC相关的活性递质较正常皮肤亦显著增多，提示MC在病理性瘢痕形成过程中起一定作用。MC在病理性瘢痕形成中主要通过FB和细胞因子发挥作用。MC与FB和内皮细胞（endothelial cell）之间存在独特的细胞间的接触结构，MC能促进FB增生和胶原合成。MC脱颗粒可释放肝素和刺激ECM合成的细胞因子，主要活性递质有组胺（刺激FB增殖和胶原合成）、肝素（重要的结缔组织成分之一，在血管生成和瘢痕组织形成中有重要作用）和类胰蛋白酶（参与纤维化的重要成分，是FB的丝裂剂［１］）。活化的MC可产生一系列致纤维化的细胞因子，如肿瘤坏死因子-α（TNF-α）、转化生长因子-β1（TGF-β1）、IL-1和IL-6等。体外试验证实，MC释放的IL-4、IL-6、TGF-β1、TNF-α能加速与之共同培养的FB的增殖，激活的MC通过释放上述细胞因子与IgE表面受体相互结合而产生作用［２］。

    1.2　FB与病理性瘢痕　病理性瘢痕中FB的ECM存在着明显的合成增加和降解不足。ECM过度沉积可改变其内环境，不仅影响众多细胞因子的活性，还能直接影响FB的代谢，导致FB活性增加［３］。胶原是ECM的主要成分，正常情况下，至少有转录前和转录后两种调节机制；而增生性瘢痕只有转录后机制能减少Ⅰ型前胶原mRNA的表达，过度沉积的胶原不仅与胶原合成旺盛有关，还与胶原降解减少有关。与正常皮肤相比，病理性瘢痕中FB的胶原酶活性及mRNA水平均明显降低。正常皮肤FB呈典型的“指纹状”生长，平行排列，极性明显；而增生性瘢痕中FB异常增殖，排列紊乱，极性消失，有明显的交叉重叠现象［4］。正常皮肤FB一旦相互接触后则停止增殖，进入抑制状态，即接触性抑制及密度抑制；而增生性瘢痕中部分FB与瘢痕疙瘩中的FB接触后细胞仍能继续增殖。提示增生性瘢痕中可能存在两种不同的FB细胞亚型，一种存在持续性抑制及密度抑制，另一种为失接触性抑制及密度抑制，二者在一定条件下可以相互转化，决定了增生性瘢痕的转归。

    2　细胞凋亡与病理性瘢痕

    2.1　FB的凋亡与病理性瘢痕　细胞凋亡参与了肉芽组织向瘢痕组织转化过程中多种细胞成分大量减少的动态过程［５］。若肉芽组织中FB凋亡不足或中断，增殖相对过度，将导致病理性瘢痕的形成。Nedelec等［６］观察到，随着病程的延长，增生性瘢痕中FB数量减少至正常皮肤水平，提示FB存在凋亡。Luo等［６］通过末端脱氧核糖核酸转移酶介导的缺口末端标记法评估瘢痕疙瘩来源的FB的凋亡与增殖状态，发现来源于瘢痕疙瘩中心区域的FB群体倍增时间明显缩短，增殖旺盛；正常皮肤与瘢痕疙瘩来源的FB均可检测到凋亡细胞，但瘢痕疙瘩来源的FB凋亡数大比例减少，说明瘢痕疙瘩来源的FB增殖与凋亡平衡受损有关。研究发现，Fas （CD25） 介导的死亡信号传递是病理性瘢痕FB凋亡的主要通道之一［７］。Crowston等［８］指出，通过FB凋亡基因的表达，使Fas受体表达水平发生变化，从而调节Fas 受体信号的转导，导致FB凋亡。

    2.2　Caspase与病理性瘢痕　 Thornberry等［９］检测到创伤愈合的肉芽组织中存在肌成纤维细胞凋亡，并推测此种凋亡是病理性瘢痕形成的原因之一。细胞凋亡是由Caspase家族成员介导的蛋白酶级联反应过程。病理性瘢痕形成的主要原因之一是FB凋亡失常，基质分泌增多。Caspase蛋白酶家族在细胞凋亡的执行阶段起关键作用。 研究认为，病理性瘢痕的形成与发展可能由于正常诱导凋亡的基因改变所致［１０］。Tanaka等［１１］发现瘢痕疙瘩和正常瘢痕中纤维细胞的凋亡和增殖的比例是不同的，前者的胶原纤维合成程度比后者明显，前者分化出来的纤维细胞较后者纤维细胞凋亡率低。陈伟等［１２］对人体增生性瘢痕与正常皮肤组织进行比较研究，发现前者的Caspase3蛋白主要表达于表皮基底层细胞的细胞质内，后者皮肤组织Caspase 3的阳性表达率明显高于前者。陈凤超等［１３］研究发现，Caspase 3在瘢痕疙瘩和增生性瘢痕组织中阳性表达率明显低于正常皮肤组织，推测瘢痕的形成是由于Caspase 3的活化减少，导致细胞凋亡受阻，使FB大量增生堆积而成。Akasaka等［１4］对瘢痕疙瘩的FB研究显示，肥厚性瘢痕及瘢痕疙瘩中Caspase 3表达增强，诱发纤维母细胞的凋亡。Caspase 9和Caspase3的激活将会导致瘢痕疙瘩的FB的一个亚群凋亡。Caspase 9的激活，细胞色素C的释放可能是体内瘢痕疙瘩的FB凋亡的基础［１５］ 。

    3　细胞因子与病理性瘢痕

　　细胞因子作为细胞与ECM间一种重要的信号转导物，在病理性瘢痕形成过程中发挥重要作用。

    3.1  TGF-β 　TGF-β是目前已知与病理性瘢痕关系最密切的细胞因子，包括TGF-β1、TGF-β2和TGF-β3 ，其中TGF-β1和TGF-β2生物活性相同，是促进ECM过度密集的最密切的正性调控因子之一,参与瘢痕形成；TGF-β3 则具有抗纤维化作用。瘢痕疙瘩中，FB的 TGF-β1和TGF-β2水平明显增高，而 TGF-β3 无变化。在FB中，TGF-β刺激ECM 蛋白合成与沉积，抑制胶原酶的产生，增加胶原酶抑制剂含金属蛋白酶（TIMP I 、II）、α2巨球蛋白的组织抑制剂的产生。TGF-β不但能拮抗某些细胞因子的丝裂作用，还是FB和单核细胞的有效趋化剂［１６］。

    3.2　α-促黑素细胞雌激素　α-促黑素细胞刺激素（α-melanocytestimulating hormone, α-MSH）是一种内源性神经免疫调节肽。皮肤中的α-MSH主要由皮肤角质形成细胞、黑色素细胞、朗格罕细胞、成纤维细胞和血管内皮细胞合成与分泌，皮肤表层浓度最高。郑健生等［１７］采用免疫组织化学染色证实瘢痕疙瘩表皮层和瘢痕层中α-MSH表达增强，以表皮基底层最明显。有研究采用MTT光吸收分析法和酶联免疫吸附试验（ELISA）检测不同浓度下对体外培养的瘢痕疙瘩FB生长和增殖的影响及α-MSH对分泌TGF-β1的作用，结果表明，一定剂量的α-MSH可明显促进FB的生长与增殖，一定浓度的α-MSH可促进FB分泌TGF-β1［１８-１９］。因此推测TGF-β1通过直接促进FB的生长和增殖及间接促进ECM的沉积来促进瘢痕形成。但Bohm等［２０］发现给鼠注射TGF-β造成胶原沉积，再给已致纤维化的鼠注射α-MSH，能够抑制胶原沉积，推测α-MSH在瘢痕形成过程中可能起负调控作用。

    3.3　TNF-α　在真皮纤维化中，TNF-α有明显促分解代谢作用，通过直接抑制纤维连结蛋白的产生和促进FB产生胶原蛋白酶，增强蛋白多糖酶活性而发生作用。TNF-α在增生性瘢痕中的表达明显少于正常瘢痕组织，TNF-α抑制FB胶原蛋白基因的转录和合成，同时可引起胶原酶基因转录的显著增加。TNF-α在创面愈合中起重要作用，异常的增殖性愈合可能与TNF-α表达水平降低有关。

    3.4　血小板衍生生长因子　血小板衍生生长因子（platelet derived grouth factor, PDGF）是单核细胞和FB的黏附趋化剂，通过对FB促分裂增殖、趋化及刺激纤维粘连合成等作用参与创伤修复，对胶原合成、分解也有调节作用。多数研究认为，瘢痕疙瘩FB对PDGF的化学趋化和促有丝分裂较普通瘢痕明显提高，可能与细胞表面PDGF受体水平明显增高有关。Lee等［２１］的研究结果则表明，两者PDGF-α受体mRNA表达均升高，且二者表达水平无统计学意义。

    3.5　胰岛素样生长因子-Ⅰ　胰岛素样生长因子（insulin-like grouth factor ,IGF）受体分为Ⅰ型和II型，其中I型受体与胰岛素受体同源，具有酪氨酸激酶活性，介导IGF-Ⅰ、II和胰岛素的有丝分裂功能。II型受体则与胰岛素受体不同，无信号转导功能。IGF-Ⅰ具有降低胶原酶和胶原酶mRNA表达、增加胶原蛋白mRNA表达和促进胶原蛋白合成的功能，并能使瘢痕组织中ECM胶原蛋白过度沉积。Valentinis等［２２］研究发现，IGF-Ⅰ受体在瘢痕疙瘩FB中的过表达与抗凋亡有关，因而使瘢痕疙瘩FB获得持久增殖和产生ECM的能力。

    3.6　IL-8　Chrunyk等［２３］在研究胎儿无瘢痕愈合时发现，创伤胎儿愈合过程中，体内炎性细胞因子包括IL-8 明显减少，提示缺乏细胞增殖和炎症反应可能是胎儿无瘢痕愈合的原因。郑健生等［２4］研究也证实一定浓度的α-MSH 促进体外培养的瘢痕疙瘩FB分泌IL-8。

    3.7　碱性成纤维细胞生长因子　碱性成纤维细胞生长因子（bFGF）是FGF家族中对血管内皮细胞有很强的促有丝分裂作用的形成因子，是FB趋化剂，能诱导角质细胞、真皮FB和血管内皮细胞发生有丝分裂，诱导肉芽组织的新生上皮组织和血管形成，从而加速伤口愈合过程。bFGF能刺激胶原酶产生，抑制胶原尤其是Ⅰ型胶原的合成与沉积，对胶原代谢起负性调节作用［２５］。与正常皮肤相比，增生性瘢痕中bFGF及bFGF受体阳性细胞在胶原纤维束间明显增高，这些细胞主要为FB和巨噬细胞。

    4　细胞骨架基因相关蛋白与病理性瘢痕

    4．1　波形蛋白　波形蛋白是中等纤维的主要成分之一，在FB中起到细胞支架与网络作用，在创伤愈合及瘢痕愈合过程中起重要作用。Ribotta等［２６］认为增生性瘢痕中波形蛋白的表达信号强、分布广，在FB爬片中阳性率高，而非增生性瘢痕中表达很快降至低水平，正常皮肤中则难以看到。

    4．2　α-平滑肌肌动蛋白　只有在增生性瘢痕中才含有α-平滑肌肌动蛋白（α-smooth muscle actin, α-SMA）表达阳性的肌成纤维细胞，α- SMA是一种同时具有FB和平滑肌细胞（smooth muscle cell ,SMC）结构和功能特点的间充质细胞，与增殖性瘢痕的发展有本质联系，其表达与持续存在是形成病理性损害的原因之一［２７］。TGF-β的不同亚型对α- SMA的表达有不同的影响，TGF-β1、TGF-β2和TGF-β3在增殖性瘢痕中表达，而在正常皮肤组织中无表达，说明TGF-β的表达与瘢痕形成有关。TGF-β1和TGF-β2 主要在病程1年内的增生性瘢痕组织中表达，而TGF-β3 的表达随瘢痕形成时间的增长有增强的趋势，间接说明TGF-β1和TGF-β2对瘢痕的形成及α- SMA表达有促进作用，TGF-β3则可能通过拮抗TGF-β1和TGF-β2使瘢痕增生停止［２８］。

    5　缝隙连接细胞间通讯与病理性瘢痕

　　缝隙连接（gap junction）是散在分布于相邻细胞间的直接亲水性通道，直径约1.5 nm，仅允许相对分子质量<1.5×103 的离子代谢产物及一些第二信使（cAMP、Ca2＋、IP3）通过。相邻细胞间通过缝隙连接所介导的细胞间连接通讯（gap junctional intercellular communication, GJIC）进行着信息、能量和物质的交换，对细胞的新陈代谢、内环境稳定、增殖和分化等生理过程起着重要的调控作用。Moyer等［２９］通过FB和MC混合培养发现，MC促进了FB胶原网（fibroblast populated collagen lattice ,FPCL）的收缩，这种促进作用不依赖于MC脱颗粒，而是依赖于MC与FB间的FPCL。鲁峰等［３０］应用交互式激光细胞仪对FB间的细胞间通讯进行了观察，发现正常皮肤FB的细胞间通讯正常，增生性瘢痕FB的细胞间通讯受到抑制，瘢痕疙瘩FB的细胞间通讯被阻断。其后，Moyer等［３１］发现透明质酸促进了连接蛋白43（connexin 43 , Cx43）和β-actin聚集于细胞表面，形成了更多的缝隙连接，从而提高了胶原的形成，促进了肉芽组织的成熟。

　　综上所述，病理性瘢痕的发病机制涉及众多方面，错综复杂，是各种细胞及细胞因子相互作用、调控的结果，但随着细胞及分子生物学的发展，必将对病理性瘢痕发病机制的认识有更多的了解，为其治疗提供更加可靠依据。

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