表皮干細(xì)胞在創(chuàng)傷愈合中的作用

呂玲玲 綜述 李發(fā)成 審校

皮膚作為人體第一道防線及最大的器官，不僅具有重要的生理功能，還有其美學(xué)意義。瘢痕是皮膚創(chuàng)傷愈合后的必然產(chǎn)物，是一種不具備正常皮膚組織結(jié)構(gòu)及生理功能，失去正?；盍Φ慕M織。瘢痕形成不充分或過(guò)分，均會(huì)導(dǎo)致外形或功能上的嚴(yán)重問(wèn)題。1971年，Burrington發(fā)現(xiàn)胎兒無(wú)瘢痕愈合，引發(fā)了皮膚無(wú)瘢痕愈合方面的大量研究。表皮干細(xì)胞作為維持皮膚新陳代謝的重要細(xì)胞，與創(chuàng)面修復(fù)密切相關(guān)，在胎兒無(wú)瘢痕愈合中起關(guān)鍵作用。本文對(duì)表皮干細(xì)胞在創(chuàng)傷愈合中的作用進(jìn)行綜述。

1 表皮干細(xì)胞定位及標(biāo)記

表皮干細(xì)胞（Epidermal stem cells，ESCs）主要位于表皮基底層及毛囊部，包括毛囊干細(xì)胞、毛囊間表皮干細(xì)胞、皮脂腺前體干細(xì)胞及峽部干細(xì)胞。其中毛囊干細(xì)胞研究最多，定位于毛囊隆突部，為皮膚干細(xì)胞的主要棲息地，對(duì)毛囊的新陳代謝和皮膚的創(chuàng)傷愈合具有重要作用[1]。表皮干細(xì)胞及由其分化而來(lái)的短暫擴(kuò)增細(xì)胞（Transit amplifying cells，TACs）和有絲分裂后的細(xì)胞成片分布于基底層，其中ESCs約占細(xì)胞總量的1%～10%，體積小、致密、細(xì)胞核大細(xì)胞漿少、胞內(nèi)細(xì)胞器和RNA含量少，具有體內(nèi)慢周期性[2]自我更新及對(duì)皮膚基底膜的黏附等特征。

目前，用于表皮干細(xì)胞分離鑒定的表面標(biāo)記物很多，常用的有角蛋白、整合素家族、P63、CD71、CD90等，最常用且特異性較好的是角蛋白及整合素。角蛋白是表皮細(xì)胞的結(jié)構(gòu)蛋白，其表達(dá)與表皮干細(xì)胞分化程度相關(guān)，角蛋白19最早發(fā)現(xiàn)且應(yīng)用最廣。由C8/144B單克隆抗體識(shí)別的角蛋白CK15也在表皮干細(xì)胞中表達(dá)[3]，而K5和K14在短暫擴(kuò)充細(xì)胞中表達(dá)，K1和K10在終末分化細(xì)胞中表達(dá)。整合素為一類細(xì)胞膜表面的糖蛋白受體家族分子，主要介導(dǎo)細(xì)胞與細(xì)胞外基質(zhì)的黏附。表皮基底細(xì)胞層中的干細(xì)胞是整合素表達(dá)水平最高的一類細(xì)胞，與表皮干細(xì)胞關(guān)系密切的是β1和α6，β1整合素表達(dá)于所有基底細(xì)胞，包括干細(xì)胞、短暫分化細(xì)胞及成熟的終末分化細(xì)胞，但在不同類型的細(xì)胞中表達(dá)量不同，可以用于鑒別不同細(xì)胞，但需在激光共聚焦顯微鏡下辨別[4]。α6結(jié)合10G7則可區(qū)分干細(xì)胞和短暫擴(kuò)增細(xì)胞。

2 創(chuàng)傷愈合過(guò)程中表皮干細(xì)胞的參與

皮膚創(chuàng)傷愈合主要包括炎癥反應(yīng)、組織修復(fù)及瘢痕形成塑形期。每個(gè)階段參與的主要細(xì)胞不同，表皮干細(xì)胞在各個(gè)階段通過(guò)不同通路，與細(xì)胞因子及皮膚其他細(xì)胞相互作用，完成創(chuàng)傷愈合修復(fù)過(guò)程。

2.1 炎癥反應(yīng)階段

皮膚創(chuàng)傷愈合進(jìn)行自我修復(fù)時(shí)，必先經(jīng)過(guò)局部炎癥反應(yīng)，血液中中性粒細(xì)胞、巨噬細(xì)胞等游走至創(chuàng)傷區(qū)，通過(guò)自分泌、旁分泌等方式，分泌趨化因子及細(xì)胞因子等，產(chǎn)生級(jí)聯(lián)式生物學(xué)效應(yīng)，誘導(dǎo)各種修復(fù)細(xì)胞參與修復(fù)。在此過(guò)程中，表皮干細(xì)胞的參與方式還不是很明確。Kumamoto等[5]發(fā)現(xiàn)，小鼠毛囊皮膚隆突部中間部分有形態(tài)與免疫表型，均與胎鼠骨髓來(lái)源干細(xì)胞表型相同的細(xì)胞。有研究發(fā)現(xiàn)，毛囊的結(jié)締組織鞘中含有肥大細(xì)胞祖細(xì)胞，創(chuàng)傷愈合時(shí)能分化成肥大細(xì)胞，因而認(rèn)為毛囊結(jié)締組織鞘是髓外造血祖細(xì)胞的來(lái)源之一[6]，但這些細(xì)胞并不是皮膚中固有干細(xì)胞分化而來(lái)。通過(guò)與骨髓綠色熒光標(biāo)記的轉(zhuǎn)基因小鼠比較發(fā)現(xiàn)，這些毛囊結(jié)締組織鞘源性肥大細(xì)胞的前體細(xì)胞來(lái)源于骨髓，暫時(shí)寄居在毛囊，當(dāng)皮膚組織損傷時(shí)，毛囊細(xì)胞分泌肥大細(xì)胞增殖因子，刺激結(jié)締組織鞘中的肥大細(xì)胞祖細(xì)胞，促使其增殖成熟，參與傷口愈合[7-8]。人類真皮和新生小鼠均有這種骨髓細(xì)胞表型的肥大細(xì)胞祖細(xì)胞[9]，在皮膚創(chuàng)傷時(shí)，這些肥大細(xì)胞前體細(xì)胞與皮膚內(nèi)其他造血祖細(xì)胞通過(guò)誘導(dǎo)分化巨噬細(xì)胞、樹突狀細(xì)胞等其他炎癥細(xì)胞，共同參與創(chuàng)傷愈合初期的炎癥反應(yīng)階段。

2.2 上皮化過(guò)程

創(chuàng)傷愈合過(guò)程中傷口的重新上皮化過(guò)程非常重要，上皮化延遲會(huì)導(dǎo)致傷口纖維化加重，產(chǎn)生明顯瘢痕組織。在上皮化過(guò)程中，若皮膚的基底層完整，則上皮化由基底層表皮干細(xì)胞自下而上修復(fù)，如果基底層被破壞，則由傷口附近附屬器中的表皮干細(xì)胞向傷口分化、增殖，進(jìn)行修復(fù)。如皮膚損傷后毛囊仍是完整的，則隆突部表皮鞘細(xì)胞會(huì)向傷口遷移完成上皮化；若損傷較深，毛囊大部分結(jié)構(gòu)被破壞，傷口愈合過(guò)程就會(huì)變慢[10]，而動(dòng)物實(shí)驗(yàn)也表明皮膚的愈合率與毛發(fā)生長(zhǎng)周期相關(guān)（處于毛發(fā)生長(zhǎng)期的傷口愈合率最大）。Langton等[11]通過(guò)轉(zhuǎn)基因小鼠發(fā)現(xiàn)，毛囊干細(xì)胞雖不是上皮化的必須細(xì)胞，但缺少時(shí)會(huì)導(dǎo)致傷口延遲愈合。

上皮化過(guò)程中間充質(zhì)細(xì)胞也起一定作用。研究發(fā)現(xiàn)，表皮細(xì)胞和間充質(zhì)細(xì)胞表型可相互表達(dá)，即可能存在表皮細(xì)胞與間充質(zhì)細(xì)胞之間的相互轉(zhuǎn)化[12]，此過(guò)程在胚胎形成、組織再生及傷口愈合中起重要作用。已有研究證實(shí)，鼠類真皮中多能干細(xì)胞能分化成角質(zhì)細(xì)胞[13]。

2.3 瘢痕形成階段

真皮愈合主要是膠原及細(xì)胞外基質(zhì)的再生。創(chuàng)傷后3 d起，肉芽中的毛細(xì)血管垂直于創(chuàng)面生長(zhǎng)，5～7 d成纖維細(xì)胞開始產(chǎn)生膠原纖維，即瘢痕組織，主要成分為Ⅰ型膠原纖維。膠原的合成與分解代謝之間維持著平衡，而成纖維細(xì)胞在維持這種平衡中起重要作用[14]；如果這種平衡被破壞，導(dǎo)致膠原的合成增加或降解減少，均會(huì)導(dǎo)致瘢痕增生甚至瘢痕疙瘩的產(chǎn)生。成纖維細(xì)胞的來(lái)源主要有兩種，一是真皮中常駐纖維細(xì)胞，其在創(chuàng)傷刺激下會(huì)轉(zhuǎn)變成纖維母細(xì)胞；另外，毛囊干細(xì)胞也是成纖維細(xì)胞來(lái)源之一。Jahoda等[15]曾將毛囊結(jié)締組織鞘細(xì)胞特染的毛囊移植至鼠皮膚傷口基底部，可見(jiàn)結(jié)締組織鞘源性成纖維細(xì)胞參與傷口愈合。有研究認(rèn)為，傷口愈合膠原形成時(shí)，結(jié)締組織鞘中的干細(xì)胞可能遷移到真皮濾泡間形成纖維細(xì)胞[16]。劉玲等[17]在研究病理性瘢痕與正常皮膚表皮干細(xì)胞標(biāo)記物的表達(dá)時(shí)發(fā)現(xiàn)，真皮瘢痕中表皮干細(xì)胞表型的成纖維細(xì)胞明顯增多，認(rèn)為表皮干細(xì)胞可能在細(xì)胞因子作用下分化為成纖維細(xì)胞參與瘢痕形成。

表皮干細(xì)胞通過(guò)復(fù)雜通路作用于成纖維細(xì)胞，調(diào)控其在瘢痕形成過(guò)程中的活動(dòng)。這些通路包括SAMD蛋白、磷脂酰肌醇-3-激酶、TGF-β和結(jié)締組織生長(zhǎng)因子等。Wang等[18]對(duì)表皮干細(xì)胞在表皮與真皮間相互作用，及表皮纖維化的研究證實(shí)，表皮干細(xì)胞具有維持正常表皮和真皮間相互作用，及抑制真皮纖維化的能力，缺乏則會(huì)導(dǎo)致病理性纖維增生。成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子（Fibroblast growth factors，F(xiàn)GF）可促進(jìn)成纖維細(xì)胞生成，使膠原纖維合成增加，而表皮干細(xì)胞分泌的細(xì)胞因子可對(duì)抗這種作用，從而減少Ⅰ型膠原纖維的合成，達(dá)到減少瘢痕形成的作用[19]。

3 表皮干細(xì)胞應(yīng)用現(xiàn)狀

隨著對(duì)表皮干細(xì)胞及傷口愈合機(jī)制研究的不斷深入，近些年，干細(xì)胞的治療發(fā)展已較成熟且已進(jìn)入臨床試驗(yàn)。

目前的組織工程皮膚是由表皮干細(xì)胞與成纖維細(xì)胞混合于膠原凝膠中制成，將其覆蓋到燒傷創(chuàng)面，能加速上皮化，并通過(guò)重建表皮干細(xì)胞壁龕，以降低皮片移植的失敗率，獲得了較滿意的效果。但此種組織工程皮膚較人體正常皮膚結(jié)構(gòu)相差甚遠(yuǎn)，不含皮膚中各種附屬器。隨著研究的不斷深入，最近的報(bào)道已經(jīng)構(gòu)建出含有表皮、真皮、毛囊甚至真皮附屬器的三維組織工程皮膚[20]。

除了外源性應(yīng)用，激活損傷皮膚區(qū)的干細(xì)胞，可使其能動(dòng)地參與傷口愈合。例如，應(yīng)用表皮生長(zhǎng)因子（Epidremal grow factors，EGF）能促進(jìn)傷口原位表皮干細(xì)胞生長(zhǎng)。Ghalbzouri等[21]在鼠皮膚制造全層缺損后給予EGF，結(jié)果表明EGF能加速上皮化過(guò)程，促進(jìn)傷口愈合。感覺(jué)神經(jīng)肽P物質(zhì)也可通過(guò)誘導(dǎo)表皮干細(xì)胞向創(chuàng)緣集中而加速創(chuàng)面愈合[22]。

4 展望

表皮具有代謝周期快的特點(diǎn)，是研究干細(xì)胞生物學(xué)特性的良好組織。目前，影響表皮干細(xì)胞增殖分化具體因素的研究已取得巨大的進(jìn)步，但表皮干細(xì)胞之間，及其與皮膚其他細(xì)胞在傷口愈合中的各種傳導(dǎo)通路仍不明確。從基因分子水平了解傷口愈合過(guò)程中的各項(xiàng)調(diào)控，充分調(diào)動(dòng)表皮干細(xì)胞作用，最終達(dá)到無(wú)瘢痕愈合，是今后深入研究的方向。

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