病理性瘢痕形成的細胞分子生物學研究

王玉玲 綜述，萬德芬 審校

病理性瘢痕包括增生性瘢痕(Hypertrophic Scar，HS)和瘢痕疙瘩(Keloid，K)，是因成纖維細胞增殖，生長失控、膠原過度沉積導致真皮纖維化。K表現(xiàn)為侵襲性瘤樣生長，而HS卻隨時間推移有自然軟化趨勢，可見在形成機制方面還有不同之處。雖然目前病理性瘢痕形成的機制還不太清楚，但這方面的研究卻方興未艾，本文就近年來對病理性瘢痕發(fā)生機制的研究綜述如下。

1 病理性瘢痕形成的機制研究

1．1 肌成纖維細胞在瘢痕形成中的作用：正常創(chuàng)面愈合過程中的創(chuàng)面收縮或過度愈合引起的病理性瘢痕以及各種纖維化疾病中，肌成纖維細胞(Myofibroblast，MFB)的作用越來越受到學者們的廣泛關(guān)注。MFB最主要的特征是胞質(zhì)中出現(xiàn)完整的細胞骨架結(jié)構(gòu)，包括微絲、微管系統(tǒng)。它除了表達胞漿肌動蛋白外，還可以與以下四種主要表型共同表達：①波型蛋白(vimentin)；②波型蛋白和結(jié)合蛋白(desmin)；③波型蛋白和a-平滑肌肌動蛋白(a-SMA)；④波型蛋白、結(jié)合蛋白和a-SMA。并且還證明MFB可以表達不同的平滑肌肌漿球蛋白重鏈(MHC)，表明MHC表型對進一步鑒別分化好的MFB不同表型意義較大。而a-SMA是體內(nèi)MFB最常見的標志，其次是波型蛋白，因此可用a-SMA鑒定MFB。

在增生性瘢痕及纖維化病灶中，a-SMA陽性的MFB持續(xù)存在。免疫組化顯示a-SMA陽性的MFB主要存在于HS結(jié)節(jié)狀結(jié)構(gòu)中，而K中則幾乎不存在MFB。因為瘢痕疙瘩的特性為幾乎不萎縮也不發(fā)生攣縮，內(nèi)含粗大的膠原纖維，而增生性瘢痕則會發(fā)生萎縮也易攣縮，內(nèi)含散亂的細膠原纖維，所以有理由認為瘢痕的攣縮與其中所含的MFB有關(guān)。另外，在證實了胎羊、胎鼠等在胎內(nèi)前2／3的時間傷口不產(chǎn)生瘢痕，而到后1／3時間傷口會出現(xiàn)瘢痕愈合基礎上，Estes等通過透射電鏡及免疫組化方法研究了孕早期及孕晚期胎羊傷口MFB發(fā)生情況，發(fā)現(xiàn)孕75天制作的傷口中無a-SMA，而在100～120天制作的傷口中大量表達。電鏡下可見細胞中微絲逐漸增多、排列也漸規(guī)則，并發(fā)現(xiàn)伴有連接纖維形成，說明MFB在瘢痕形成過程中可能起到一定作用。

1．2 病理性瘢痕形成和細胞凋亡的關(guān)系：細胞凋亡為細胞的一種主動性細胞自殺行為。在生理情況下，細胞凋亡起到調(diào)節(jié)細胞數(shù)量、便于形態(tài)發(fā)生、去除有害或異常細胞、清除已完成功能的細胞等作用；在病理情況下，凋亡不足或過度，均可導致疾病發(fā)生。最近有研究證實，人體的系統(tǒng)性硬化疾病中，存在成纖維細胞的凋亡增加及細胞外基質(zhì)的增加。通過電子顯微鏡與原位末端DNA片斷標記技術(shù)發(fā)現(xiàn)，肉芽組織向瘢痕組織轉(zhuǎn)變期間，隨著傷口的愈合，肌成纖維細胞和血管細胞的凋亡增加，并推測凋亡缺乏可能在病理性瘢痕的形成發(fā)展中發(fā)揮了重要作用。通過TUNEL及免疫組經(jīng)技術(shù)發(fā)現(xiàn)，增生性瘢痕中存在細胞凋亡現(xiàn)象，增生性瘢痕消退過程中，成纖維細胞數(shù)量的減少與成纖維細胞的增加相一致。由此可認為，MFB凋亡不足和增加，是增生性瘢痕產(chǎn)生和消退的原因。Luo，F(xiàn)unayama等研究發(fā)現(xiàn)在瘢痕疙瘩組織中同時存在細胞增生、壞死和凋亡。Mcssadi等通過標記定量研究發(fā)現(xiàn)，正常皮膚成纖維細胞凋亡率比瘢痕疙瘩高2倍，凋亡相關(guān)基因表達也下降。Chen等通過基因芯片對8400條人基因研究檢測發(fā)現(xiàn)，普通瘢痕與瘢痕疙瘩相比，有402條基因的表達有區(qū)別，其中有250條基因上調(diào)，152條基因下調(diào)，有8種凋亡基因表達過低。由此推斷，瘢痕疙瘩不能正常凋亡并持續(xù)產(chǎn)生膠原，是其不斷增生的原因之一。

1．3 Bcl-2對病理性瘢痕的影響：病理性瘢痕均是以細胞增殖所致的疾病。Bcl-2是參與細胞增殖與凋亡的重要調(diào)節(jié)基因，對細胞凋亡具有直接抑制作用，并能促進細胞的存活。我們的調(diào)查表明：Bcl-2可促進成纖維細胞的增殖，抑制成纖維細胞的凋亡。減少凋亡，延長存活的作用，必然導致膠原蛋白合成沉積增多，從而促使皮膚纖維化發(fā)生。

1．4 氧自由基和病理性瘢痕的形成：氧自由基是體內(nèi)各種代謝反應的中間產(chǎn)物，化學性質(zhì)活躍，很容易與其他分子或自由基發(fā)生氧化還原反應，生成新的自由基，由此引發(fā)連鎖反應，它具有重要的生理功能，同時也與人體多種疾病密切相關(guān)。丙二醛(MDA)是自由基與生物膜中的多價不飽和脂肪酸作用發(fā)生脂質(zhì)過氧化反應生成的終產(chǎn)物，它的產(chǎn)生與脂質(zhì)過氧化平行，測定其含量不僅可反映脂質(zhì)過氧化的程度，同時也間接反映了機體細胞損傷的程度。李偉人等通過測定病理性瘢痕中丙二醛的含量，發(fā)現(xiàn)增生性瘢痕與瘢痕疙瘩中丙二醛含量均較正常人皮膚明顯升高(ρ＜0．05)，增生性瘢痕和瘢痕疙瘩比較無差異(ρ＞0．05)，表明在病理性瘢痕中脂質(zhì)過氧化程度加重，局部組織細胞由于遭受自由基攻擊也可能發(fā)生了一定程度的損傷。而引起病理性瘢痕局部自由基產(chǎn)生和清除失衡的原因可能與生成增多有關(guān)。Wan等的研究也表明病理性瘢痕中與自由基生成有關(guān)的補體C3和游離鐵含量明顯高于正常皮膚。在成熟瘢痕中丙二醛含量與正常人皮膚比較無差異，則可能是因為自由基生成與清除已恢復平衡，從而脂質(zhì)過氧化程度也趨于正常。同時我們也注意到，與成熟瘢痕相比增生性瘢痕和瘢痕疙瘩中MDA含量非常顯著升高(ρ＜0．01)，提示通過減輕脂質(zhì)過氧化程度可能有助于防治病理性瘢痕的形成。

2 瘢痕疙瘩形成機制的研究

K是繼發(fā)于皮膚損傷，如創(chuàng)傷、燒傷或手術(shù)后，以膠原過度沉積為特征的皮膚疾病。其形成機制的研究，目前在細胞、分子生物學及遺傳學方面比較活躍。

2．1 抗瘢痕疙瘩成纖維細胞凋亡的研究：K組織中成纖維細胞(fibroblast，F(xiàn)B)過度增生，大量的細胞外基質(zhì)沉積和向正常皮膚侵襲、生長從而形成K，其原因是瘢痕疙瘩成纖維細胞(Keloid derived fibroblast，KFB)凋亡受阻引起的。Saed等在所有KFB的p53exon4編碼72位點，檢測到精氨酸→脯氦酸的置換，而HS和K患者正常皮膚等標本未發(fā)現(xiàn)異常，提示p53基因為KFB后天獲得性突變的高發(fā)區(qū)，并且該基因精氨酸／精氨酸純合型患者耳部K的發(fā)生率明顯增加，而脯氨酸／脯氨酸純合型患者發(fā)生HS的幾率增加。卓陽等認為，p53脯氨酸等位基因頻率的檢測，可作為K高危個體的判斷標志。魯峰在20％(2／10)的K標本中發(fā)現(xiàn)，fas exon9編碼區(qū)的“A”堿基的移碼突變，提示編碼fas“死亡區(qū)”結(jié)構(gòu)基因的突變，可導致fas蛋白功能喪失和K細胞凋亡障礙。Bel-2、c-jun和c-fos原癌基因與FB的增殖有關(guān)。在增生期，HS和K的基底細胞、散在的FB樣細胞和血管周圍紡錘形細胞強烈表達Bcl-2，而c-jun和c-fos mRNA及其蛋白分子，則主要分布于真皮FB樣細胞和血管周圍細胞，正常皮膚未見上述異常表現(xiàn)，推測活躍的KFB增殖與Bcl-2蛋白和c-jun、c-fos轉(zhuǎn)錄和翻譯水平增加有關(guān)。1999年有研究發(fā)現(xiàn)，K組織中有64種凋亡誘導相關(guān)基因表達下降。K基因表達的重新編程或真皮模式的病態(tài)分化，可能涉及K的發(fā)病機制，可作為K的病理診斷標志和治療策略。KFB凋亡普遍依賴caspase-9的活性作用。KFB凋亡相關(guān)基因表達的失衡，表面為轉(zhuǎn)化生長因子(Vansforming growth factor TGF)β₁活化以及p53、fas及caspase-3、caspase-8、caspase-9表達缺失，表明KFB凋亡抗性基因位點位于caspases上游。

在K形成的過程中，局部生長因子非主要因素，起關(guān)鍵作用的是KFB對生長因子的敏感性，即通過上調(diào)KFB胞膜上生長因子受體的數(shù)量，提高外源性刺激信號的轉(zhuǎn)導能力和效率，是其細胞增殖和凋亡抑制的主要原因之一。IGF和TGF-β₁，通過促纖維化效應和絲裂原效應，刺激FB增殖和瘢痕形成，是與KFB凋亡抗性關(guān)系密切的細胞生長因子。此外，腫瘤壞死因子-α在上調(diào)KFB抗凋亡能力中也發(fā)揮重要作用。

2．2 角質(zhì)形成細胞的異常作用：表皮-真皮相互作用是近年來創(chuàng)傷修復研究的熱點。表皮角質(zhì)形成細胞通過自分泌、旁分泌和內(nèi)分泌作用，調(diào)節(jié)組織內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定和細胞增殖、分化和凋亡。在增生期K和HS表皮-真皮交界區(qū)域Bcl-2陽性，F(xiàn)B增多，提示表皮-真皮之間的相互作用，參與了病理性瘢痕的形成。KFB凋亡障礙可能與K低氧環(huán)境有關(guān)，即K微血管閉塞和缺血缺氧環(huán)境能誘導KFB和血管內(nèi)皮細胞等表達Tβ₁和缺氧誘導因子-1。后者可誘導抗凋亡蛋白Bcl-2表達，并可經(jīng)P13-激酶通路激活抗凋亡激酶(Akt／PKB)，以維持細胞的功能和低氧適應性。

2．3 瘢痕疙瘩與langerhans細胞：K及HS組織中S-100蛋白及Cala免疫反應陽性的Langerhans細胞明顯增多。Langerhans細胞與K形成關(guān)系密切。瘢痕過度增生的原因之一可能是由于病變部位Langerhans細胞增多，造成成纖維細胞過度合成膠原和細胞外基質(zhì)，最終結(jié)果造成了膠原的過量沉積。HS臨床表現(xiàn)類似于K，兩者表皮組織中的Langerhans細胞均明顯多于正常皮膚，且無明顯差異，說明兩者在形成機制方面存在某些相同處。

2．4 瘢痕疙瘩與染色體2q23、7P11及易感基因：最近，Mameros等通過瘢痕日本家系和非洲裔美國人家系進行遺傳學研究后發(fā)現(xiàn)，日本家系與染色體2q23連鎖，非洲裔美國人家系與染色體7p11連鎖，他們還報道了一個有10人發(fā)病的非洲裔美國人中等大小的瘢痕疙瘩家系進行同樣的研究，卻未發(fā)現(xiàn)與2q23和7p11存在連鎖關(guān)系，說明瘢痕疙瘩易感基因位點存在異質(zhì)性。雖然單個基因的突變可以導致對瘢痕疙瘩產(chǎn)生特異的易感性，但是不同人群瘢痕疙瘩的發(fā)病率不同，而且發(fā)病年齡、臨床表型和對人不同治療的反應，也存在差異，說明不僅是一對基因參與瘢痕疙瘩的發(fā)病。其發(fā)病機制可能是由于若干對微效基因(minor gene)。最近，張剛等采用比較基因組雜交方法檢測了6例瘢痕疙瘩患者的染色體后發(fā)現(xiàn)染色體1q、16q、20q和22q存在部分缺失，推測這種缺失導致抑制性基因的丟失，造成瘢痕疙瘩的發(fā)生和發(fā)展，從而認為瘢痕疙瘩的發(fā)病可能與染色體的結(jié)構(gòu)畸變有關(guān)。

3 增生性瘢痕形成機制的研究

3．1 TGF-β₃對增生性瘢痕形成的生物學作用：增生性瘢痕是現(xiàn)代外科治療難點，轉(zhuǎn)化生長因子β(TGF-β)在組織纖維化中具有重要作用，TGF-β是明顯的促瘢痕形成因子，而TGF-β₃可減少TGF-β₁、TGF-β₂的產(chǎn)生，從而減少細胞外基質(zhì)(ECM)合成，因此，TGF-β₃，有可能是人體內(nèi)在的抗瘢痕形成因子。TGF-β家族是細胞生長、分化、ECM合成與代謝的多功能調(diào)節(jié)因子。哺乳類動物TGF-β是三種異構(gòu)體，即TGF-β₁、TGF-β₂、TGF-β₃，而這三種異構(gòu)體在體內(nèi)分別具有不同的功能以維持平衡，這種平衡被打破將會導致組織器官纖維化。TGF-β₁是具特征性的促纖維化形成因子，通過自分泌和旁分泌機理，刺激成纖維細胞產(chǎn)生膠原及其基質(zhì)成分并沉積。Shah等對成纖維細胞體外培養(yǎng)研究發(fā)現(xiàn)，TGF-β₁和TGF-β₂中和抗體有明顯抑制成纖維細胞增殖，減少膠原蛋白等ECM合成，而無型別特異性的TGF-β多克隆抗體卻無此作用。因此認為纖維化疾病可能是TGF-β異構(gòu)體表達失衡所致。

3．2 Smad2、Smad7與增生性瘢痕：Smads蛋白家族是近年來發(fā)現(xiàn)的轉(zhuǎn)化生長因子β₁，受體下游信號蛋白，也是目前公認的介導TGF-13。胞內(nèi)反應的主要通路。TGF-β₁是與瘢痕形成最密切的細胞因子。Smads是TGF-β₁的下游信號蛋白，Smad2和Smad7分別起正性和負性調(diào)節(jié)作用。已知在增生性瘢痕中TGF-βⅠ、Ⅱ型受體明顯增加。因此我們推測，Smad2信號通路在細胞內(nèi)異常持續(xù)地激活和(或)smad7抑制作用逐漸減弱，是增生性瘢痕形成的原因。Smads在細胞核內(nèi)的正確定位是信號轉(zhuǎn)導的前提。NSF組織有少量磷酸化Smad2表達且位于細胞質(zhì)中；HSF組磷酸化Smad2表達量增多且位于細胞核中，表明其可持續(xù)激活靶基因轉(zhuǎn)錄，導致增生性瘢痕的形成。

3．3 增生性瘢痕相關(guān)蛋白p311：有學者曾利用基因芯片技術(shù)，對燒傷后同體早期HS與正常皮膚組織的差異表達基因進行篩選，找出97條相關(guān)基因并逐一分析，結(jié)果顯示p311(Genebank ID：hsu36189)基因表達差異顯著。同時，Pan等也報道了p311基因的編碼蛋白p311能夠促進成纖維細胞向肌成纖維細胞轉(zhuǎn)化，進而可能影響創(chuàng)傷修復甚至纖維化的發(fā)生發(fā)展過程。p311的編碼蛋白由68個氨基酸組成，相對分子質(zhì)量為8×10³。p311在細胞分化過程中可能扮演著轉(zhuǎn)錄因子轉(zhuǎn)錄活性的角色。目前之所以關(guān)注P311，一則是因為p311基因在早期的HS中呈高表達，另則是因為它能夠促進成纖維細胞向肌成纖維細胞轉(zhuǎn)化。而肌成纖維細胞又是創(chuàng)傷不全愈合過程以及腫瘤間質(zhì)反應中影響纖維化過程的重要靶細胞。這也暗示P311可能通過肌成纖維細胞影響創(chuàng)傷修復甚至纖維化與HS的發(fā)生發(fā)展過程。

3．4 組織缺氧與增生性瘢痕的關(guān)系：缺氧促使成纖維細胞合成大量的膠原，上調(diào)TGF-β的分泌，TGF-β能夠進一步促進膠原的合成，大量膠原纖維的存在勢必導致氧彌散功能的下降；在創(chuàng)傷后早期肉芽組織內(nèi)就有血管閉塞現(xiàn)象，在增生性瘢痕組織內(nèi)可見大量閉塞、半閉塞性的毛細血管，與血管內(nèi)壁增多的內(nèi)皮細胞有關(guān)。缺氧導致膠原合成增加和血管閉塞，兩者進一步加重缺氧，反復循環(huán)，最終導致增生性瘢痕的形成，但持續(xù)的缺氧使膠原合成受限使瘢痕轉(zhuǎn)向成熟。用原位雜交技術(shù)對增生性瘢痕進行分析：成纖維細胞合成Ⅰ、Ⅲ膠原增加，尤其在靠近血管網(wǎng)的部位；TGF-β不但能為成纖維細胞而且能為血管內(nèi)皮細胞所分泌。說明TGF-β能通過自分泌、旁分泌調(diào)節(jié)膠原的合成。增生期的增生性瘢痕的氧分壓是降低的，隨著瘢痕的成熟，組織氧分壓才逐漸接近正常組織水平，增生性瘢痕外觀顏色鮮紅，表現(xiàn)為血液供應豐富，這與組織低氧分壓表現(xiàn)并不一致，原因在于過度增生的膠原纖維結(jié)節(jié)阻礙了瘢痕組織的氧氣交換，也可能是瘢痕組織增生活躍氧耗增加，使瘢痕組織貌似血供豐富，其實處在缺氧狀態(tài)。

3．5 皮膚圓錐體結(jié)構(gòu)損傷和增生性瘢痕：梁智等通過對雌性杜洛克豬(female red duroc pig，F(xiàn)RDP)的皮膚圓錐體結(jié)構(gòu)損傷情況進行觀察，發(fā)現(xiàn)淺創(chuàng)面組FRDP皮膚圓錐體結(jié)構(gòu)的上半部分受損，但脂肪穹隆以及腺體完好，可見圓點狀結(jié)構(gòu)和均勻的出血點，愈合后無瘢痕形成。深創(chuàng)面組皮膚圓錐體結(jié)構(gòu)的上半部分缺失、下半部分受損，傷及脂肪穹隆及腺體，未見圓點狀結(jié)構(gòu)和均勻的出血點，愈合后有瘢痕形成。創(chuàng)面愈合及瘢痕形成情況：淺創(chuàng)面組創(chuàng)面在傷后3周內(nèi)愈合，較為平整，無瘢痕組織形成；深創(chuàng)面組創(chuàng)面愈合時間在傷后4周以上，較厚、無毛發(fā)、攣縮、質(zhì)地堅硬、局部色素變淺或加深。深創(chuàng)面組傷后10、30天皮膚的變化與淺創(chuàng)面組相似，成纖維細胞和炎性細胞主要存在于圓錐體結(jié)構(gòu)周圍，脂肪穹隆逐漸變小，并被炎性細胞所填充；傷后150天愈合的創(chuàng)面明顯增厚，有明顯的瘢痕組織形成。深創(chuàng)面組傷后時間越長，瘢痕越厚；傷后150天瘢痕增生達高峰。圓錐體結(jié)構(gòu)的深層部分受損可導致HS的產(chǎn)生。VVG染色計分顯示，不同深度創(chuàng)面在不同時相點形成瘢痕的規(guī)律是創(chuàng)面越深，瘢痕越厚。由此說明，皮膚圓錐體結(jié)構(gòu)受損與HS的形成有一定關(guān)系。

[收稿日期]2006-10-16 [修回日期]2006-12-19

編輯／李陽利

注：本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內(nèi)容請以PDF格式閱讀原文。