表皮干細胞及其與糖尿病創(chuàng)面修復(fù)研究

袁德品，牛扶幼，王喜梅*，喬曉俊，李永濤

2.鄭州大學第一附屬醫(yī)院神經(jīng)外科

表皮干細胞（epidermal stem cells, ESCs) 是皮膚組織特異性干細胞，具有增殖能力，可以增殖分化為各種表皮細胞，在維持表皮自我更新、保持皮膚正常的表皮結(jié)構(gòu)與功能方面起著重要作用[1]。糖尿病患者皮膚損傷后創(chuàng)面常延遲愈合或不愈合，給臨床治療帶來極大的困難。本文從表皮干細胞的生物學特征、分布特征、增殖分化等方面，探討表皮干細胞與糖尿病創(chuàng)面關(guān)系，現(xiàn)綜述如下：

1 表皮干細胞的生物學特征

表皮干細胞作為各種表皮細胞的祖細胞，形態(tài)學上具有未分化細胞的特征，表現(xiàn)為細胞體積小，核大，核漿比例大，胞內(nèi)細胞器稀少，RNA含量低, 并且大多處于G0/G1期，分裂增殖活性較低。

表皮干細胞最顯著的特征：①慢周期性：體內(nèi)表現(xiàn)為細胞的標記滯留，即在新生動物細胞分裂活躍時參入氚標的胸苷，由于干細胞分裂緩慢，可長期探測到放射活性，如小鼠表皮干細胞的標記滯留可長達2年。表皮干細胞慢周期性保證了其較強的增殖潛能和較少的DNA錯誤復(fù)制。②自我更新能力：表現(xiàn)為在離體培養(yǎng)時細胞呈克隆性生長，如連續(xù)傳代培養(yǎng)，細胞可進行140次分裂，即可產(chǎn)生1×1040個子代細胞[2]。③對基底膜的黏附：其主要通過表達整合素來實現(xiàn)黏附過程，而且不同的整合素作為受體分子與基底膜各種成分相應(yīng)的配體結(jié)合。表皮干細胞對基底膜的黏附是維持其自身特性的基本條件，也是誘導(dǎo)干細胞脫離干細胞群落，進入分化周期的重要調(diào)控機制之一。

2 表皮干細胞的分布特征

2.1 表皮干細胞在正常皮膚及創(chuàng)面的分布特征

雖然各種實驗對表皮干細胞的位置和數(shù)量報道不一，但一般認為毛囊隆突部是含有干細胞的最豐富部位。干細胞在表皮基底層呈片狀分布[3]，在沒有毛發(fā)的部位如手掌、腳掌，表皮干細胞位于與真皮乳頭頂部相連的基底層，其它有毛發(fā)的皮膚表皮干細胞則位于表皮腳處的基底層。表皮基底層中有1%～10%[4]的基底細胞為干細胞，并且在不同發(fā)育階段，表皮干細胞含量不盡相同，隨著年齡的增大，表皮腳與真皮乳頭逐漸平坦，表皮干細胞的數(shù)量也隨之減少。

當皮膚受到創(chuàng)傷時，表皮干細胞數(shù)量增加，分布變得混亂，在各個層次均可見到表皮干細胞的存在，Li[5]等在利用β1整合素、K19作為標記物研究表皮干細胞和短暫擴增細胞時，觀察到創(chuàng)面愈合過程中創(chuàng)緣的棘層和顆粒層出現(xiàn)β1整合素、K19同時陽性的染色細胞，尤其集中在近創(chuàng)面區(qū)。證明了表皮干細胞能主動參與創(chuàng)面修復(fù)，而創(chuàng)緣表皮干細胞異位的主要功能則可能是促進創(chuàng)面再上皮化，進而促進創(chuàng)面愈合。

2.2 表皮干細胞在糖尿病創(chuàng)面的分布特征

糖尿病患者皮膚易受損傷，且其創(chuàng)面較普通創(chuàng)面難以愈合，表皮干細胞在其分布也較普通創(chuàng)面有一定的變化。有人認為這種變化，在糖尿病患者形成創(chuàng)面以前，就已經(jīng)形成，即所謂的“隱性損害”[6]。田曉紅等[7]通過糖尿病大鼠模型，研究創(chuàng)面不同時間的創(chuàng)面愈合率及皮膚厚度，觀察表皮干細胞標記物在糖尿病創(chuàng)面的的動態(tài)變化，認為ESCs的數(shù)量少和活性低是導(dǎo)致DM 創(chuàng)面愈合延遲的重要原因。

3 表皮干細胞的增殖分化

表皮干細胞具有無限增殖和多向分化潛能，可以增殖分化為各種表皮細胞，在維持表皮自我更新、保持皮膚正常的表皮結(jié)構(gòu)與功能方面起著重要作用。其增殖潛能主要表現(xiàn)為在體外培養(yǎng)時細胞呈克隆性生長，而多向分化則表現(xiàn)為向上能分化出各種表皮細胞，向下至表皮基底層分化為毛囊等附屬器官[8]。張仁禮等[9]和黃錦桃等[10]發(fā)現(xiàn)胚胎干細胞源性表皮干細胞在小鼠皮膚缺損創(chuàng)面可以分化為表皮樣、汗腺樣、毛囊樣和皮脂腺樣等結(jié)構(gòu)。

皮膚組織細胞需保持一定增殖率，以維持皮膚正常的新陳代謝及結(jié)構(gòu)完整性，從而有利于組織器官正常發(fā)育及生理功能的實現(xiàn)，鐘清玲[11]等利用糖尿病大鼠模型檢測表皮干細胞細胞周期發(fā)現(xiàn)，糖尿病大鼠組表皮干細胞中處于G0/G1期和G2期的細胞低于正常對照組，而S期和凋亡細胞數(shù)高于正常對照組，同時表皮干細胞克隆形成率明顯低于正常對照組，說明糖尿病表皮干細胞的增殖分化能力明顯滯后于正常皮膚。

4 表皮干細胞在糖尿病創(chuàng)面修復(fù)中的作用

創(chuàng)面的上皮化對創(chuàng)面愈合極為重要[12]，而相關(guān)研究表明表皮干細胞對創(chuàng)面上皮化具有重要的作用[13]，說明表皮干細胞對創(chuàng)面愈合有著積極的意義。糖尿病創(chuàng)面中異常分布的表皮干細胞較正常皮膚活性低、數(shù)量少，不能有效地使糖尿病創(chuàng)面在普通時間內(nèi)愈合，提示糖尿病中已有的表皮干細胞在修復(fù)創(chuàng)面愈合過程中沒能發(fā)揮應(yīng)有的作用。

以表皮干細胞為種子細胞，培養(yǎng)組織工程皮膚，促進創(chuàng)面愈合，避免皮片移植時皮源缺乏及供皮區(qū)瘢痕等一系列問題。胡葵葵等[14]利用表皮干細胞構(gòu)建復(fù)合皮膚修復(fù)裸鼠創(chuàng)面，新生皮膚增殖能力強，生長速度和皮膚質(zhì)量均較為理想。若以包含有表皮干細胞的復(fù)合皮膚或者干細胞膜片修復(fù)糖尿病創(chuàng)面，增強其愈合能力，有可能為治療糖尿病創(chuàng)面提供一個較為理想的方式。然而，為使其有效地應(yīng)用于臨床尚有待進一步研究。

[1] Janes SM, Lowell S, Hutter C. Epidermal stem cells[J].Pathology, 2002, 197(4) :479480.

[2] Lavker RM, Sun TT. Epidermal stem cells, properties,markers and location[J]. Proc Natl Acad Sci USA, 2000, 97(25):134731.

[3] 鐘清玲，劉繁榮，劉德伍.表皮干細胞向皮膚附件誘導(dǎo)分化的研究近況[J].中國組織工程研究與臨床康復(fù)，2009,13(10):1981-1984.

[4] Catherin Niemann, Fiona M.Watt. Designer skin:lineage commitment in postnatal epidermis[J]. TRENDS in Cell Biology. 2002,12(4):185-192.

[5] Li Jianfu, Fu Xiaobing, Sheng Zhiyong, et al. Ectopia of Epidermal Stem Cells on Wound Edge During Wound Healing Process[J]. Chinese Journal of Reparative and Reconstructive Surgery. 2006, 20(3): 264-267.

[6] Wertheimer E, Spravchikov N, Trebicz M,et al. The regulation of skin proliferation and differentiation in the IR null mouse: implications for skin complications of diabetes[J].Endocrinology, 2001,4(4):1234-1241.

[7] 田曉紅，柏樹令，田偉等.表皮干細胞在糖尿病創(chuàng)面愈合過程中的動態(tài)變化[J].中國修復(fù)重建外科雜志,2007,21(7):693-697.

[8] 王聯(lián)群，劉德伍.表皮干細胞增殖分化的調(diào)控機制[J].中國組織工程研究與臨床康復(fù),2008,12(47):9343-9346.

[9] 張仁禮，李海標.胚胎干細胞源表皮樣干細胞分化潛能的初步研究[J]. 解剖學報, 2004,35(1):65-68.

[10] 黃錦桃，劉愛軍，朱永紅.ES細胞源性表皮干細胞在皮膚缺損創(chuàng)面的分化[J].解剖學研究,2007,29(1):26-28.

[11] 鐘清玲，劉德伍，劉繁榮等.糖尿病大鼠表皮干細胞及其增殖分化相關(guān)蛋白的研究[J].中國修復(fù)重建外科雜志,2010,24(2):133-137.

[12] Bitto A, Minutoli L, Altavilla D, et al. Simvastatin enhances VEGF production and ameliorates impaired wound healing in experimental diabetes[J]. Pharmacol Res, 2008,57(2): 159-169.

[13] Oberleya C, Gourronca F, Hakimia S, et al. Murine epidermal side population possesses unique angiogenic properties[J]. Exp Cell Res, 2008,314(4):720-728.

[14] 胡葵葵, 戴育成, 李劍, 等.表皮干細胞活性復(fù)合皮膚修復(fù)裸鼠全層皮膚缺損[J].中華醫(yī)學美學美容雜志, 2006,12(5):392-792.