生長因子在創(chuàng)傷愈合中作用的研究

王佳琪，王國棟，顏紅柱，吳 洋

創(chuàng)傷愈合是一個(gè)復(fù)雜的生物學(xué)過程，包括出血與凝血、炎癥滲出、血管和肉芽組織的形成、再上皮化、纖維化以及組織重建等，在這一系列的生物學(xué)活動(dòng)中各種生長因子如轉(zhuǎn)化生長因子(transforming growth factor，TGF-β)、血管內(nèi)皮生長因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)、血小板衍生因子(platelet derived growth factor，PDGF)、表皮生長因子(epidermal growth factor，EGF)、成纖維細(xì)胞生長因子(fibroblast growth factor，F(xiàn)GF)、粒細(xì)胞集落刺激生物因子(granulocyte macrophage-colony stimulating factor，GM-CSF)等均發(fā)揮著重要的作用，當(dāng)前對(duì)于這些生長因子與創(chuàng)傷愈合的關(guān)系得到了廣泛的研究，現(xiàn)將兩者研究進(jìn)行綜述。

1 簡介

創(chuàng)傷發(fā)生后，皮膚表皮屏障被破壞，角質(zhì)細(xì)胞釋放的白細(xì)胞介素-1(IL-1)被認(rèn)為是創(chuàng)傷發(fā)生后參與創(chuàng)傷愈合的第1個(gè)信號(hào)分子，其可以趨化創(chuàng)面邊緣的細(xì)胞至傷口處發(fā)揮生物學(xué)功能［1－2］，在隨后的愈合過程中各種細(xì)胞分泌的生長因子如VEGF、PDGF、TGF-β等均扮演著重要的角色。首先，在創(chuàng)傷發(fā)生時(shí)PDGF與IL-1一起誘導(dǎo)中性粒細(xì)胞至傷口部位清除污染物與細(xì)菌［3－4］，而TGF-β誘導(dǎo)滲出的單核細(xì)胞成為巨噬細(xì)胞，增強(qiáng)傷口的炎癥反應(yīng)參與傷口清創(chuàng)，并可誘導(dǎo)肉芽組織的形成。

隨著傷口的止血、炎癥滲出等過程的進(jìn)行，在VEGF和FGF的作用下血管內(nèi)皮細(xì)胞發(fā)生增殖形成血管，在FGF、TGF-β與PDGF的作用下均成纖維細(xì)胞在創(chuàng)傷處發(fā)生浸潤并轉(zhuǎn)化為肌成纖維細(xì)胞，分布于細(xì)胞外基質(zhì)的邊緣，增加創(chuàng)面張力，促進(jìn)傷口愈合［4］。

在創(chuàng)面的上皮再生化過程中，EGF、FGF、TGF-β等因子可刺激上皮細(xì)胞遷移、增殖，在細(xì)胞外基質(zhì)的基礎(chǔ)上隨著角質(zhì)形成細(xì)胞的分化與遷移發(fā)生細(xì)胞與細(xì)胞、細(xì)胞與基質(zhì)的接觸進(jìn)而完成上皮的再生化，當(dāng)創(chuàng)口完全閉合后，這些生長因子可以促進(jìn)角質(zhì)細(xì)胞分層、分化形成皮膚屏障［5］;與此同時(shí)，膠原蛋白與彈性纖維形成的框架取代了肉芽組織的結(jié)構(gòu)，糖蛋白與蛋白聚糖的填充該框架，在PDGF、TGF-β的作用下發(fā)生舊的膠原蛋白的降解及新的膠原蛋白的形成最后形成瘢痕組織［6］。

由上述可知，這些具在生物學(xué)活性的多肽，通過與特定細(xì)胞表面受體或細(xì)胞外基質(zhì)蛋白結(jié)合活化細(xì)胞信號(hào)通路調(diào)控細(xì)胞相關(guān)生物學(xué)活動(dòng)，進(jìn)而參與創(chuàng)傷愈合的整個(gè)過程。

2 參與創(chuàng)傷愈合的相關(guān)細(xì)胞因子

2.1 EGF家族 EGF家族是創(chuàng)傷愈合過程中最重要的生長因子之一，其主要由血小板、巨噬細(xì)胞、成纖維細(xì)胞等分泌，通過旁分泌的方式作用于角質(zhì)形成細(xì)胞，在急性創(chuàng)傷時(shí)主要通過調(diào)節(jié)角質(zhì)形成細(xì)胞增殖信號(hào)通路中角蛋白K6、K16的表達(dá)，促進(jìn)角質(zhì)形成細(xì)胞增殖與遷移，加速創(chuàng)面的再生上皮化并增加傷口的拉伸強(qiáng)度及張力［7］，而在慢性創(chuàng)口中，表皮生長因子受體(epidermal growth factor receptor，EGFR)的下調(diào)或定位錯(cuò)誤會(huì)抑制再上皮化過程使其形成難愈傷口［8］;在治療方面發(fā)現(xiàn)局部給予EGF治療可促進(jìn)再上皮化過程、縮短傷口愈合時(shí)間，然而在慢性潰瘍傷口中由于外源性的EGF對(duì)傷口的蛋白水解環(huán)境較為敏感易降解，所以當(dāng)前研究嘗試用基因工程、納米纖維等方法維持慢性傷口持續(xù)的EGF濃度，減緩降解促進(jìn)慢性難愈傷口愈合［9］，例如近來研究證實(shí)低分子量的魚精蛋白與EGF的聚合物、肝素-EGF復(fù)合物以及促紅細(xì)胞生成素(erythropoietin，EPO)與EGF聯(lián)合治療等方法可明顯改善血管形成、角質(zhì)細(xì)胞功能及再生上皮化過程等，從而促進(jìn)慢性創(chuàng)口愈合［10－12］

2.2 TGF-β家族 TGF-β家族包括很多成員如TGF-β1、TGF-β2、TGF-β3等，但在皮膚創(chuàng)傷愈合中發(fā)揮主要作用的是TGF-β1，其主要由巨噬細(xì)胞、角質(zhì)細(xì)胞、血小板等分泌，在整個(gè)愈合過程中TGF-β1都具有重要的作用。

在創(chuàng)傷愈合的炎癥階段，TGF-β1表達(dá)顯著上調(diào)可誘導(dǎo)炎癥細(xì)胞向創(chuàng)口處聚集，促進(jìn)巨噬細(xì)胞對(duì)傷口污染物的清除，而當(dāng)創(chuàng)面為無菌條件時(shí)，TGF-β1會(huì)抑制巨噬細(xì)胞產(chǎn)生的超氧化物的活性，有利于保護(hù)周圍正常組織，促進(jìn)肉芽組織形成［13］，而TGF-β1主要通過誘導(dǎo)與細(xì)胞外基質(zhì)(extracellular matrix，ECM)形成有關(guān)的纖連蛋白、纖連蛋白受體、膠原蛋白及蛋白酶抑制劑等的表達(dá)促進(jìn)肉芽組織形成［14］;在上皮再生過程中，TGF-β1還可以通過誘導(dǎo)角質(zhì)細(xì)胞遷移型整合素的表達(dá)促進(jìn)角質(zhì)形成細(xì)胞遷移［11］，在基質(zhì)形成與組織重塑階段，TGF-β1可以促進(jìn)膠原纖維的產(chǎn)生并通過抑制基質(zhì)金屬蛋白酶(matrix metallopeptidase，MMP)的表達(dá)抑制膠原蛋白的降解［15］，而在纖維化過程中TGF-β1可通過誘導(dǎo)、維持成纖維疙瘩細(xì)胞的活化參與纖維化的過程，而在肥大性瘢痕疙瘩的形成中其也有著重要作用。當(dāng)前對(duì)于TGF-β1對(duì)于角質(zhì)細(xì)胞增殖的作用存在爭議，一些研究證實(shí)TGF-β1抑制角質(zhì)細(xì)胞增殖，而一些研究認(rèn)為TGF-β1可以促進(jìn)角質(zhì)形成細(xì)胞增殖尤其在創(chuàng)傷愈合的后期，這也進(jìn)一步說明了生長因子參與傷口愈合的相關(guān)信號(hào)通路的復(fù)雜性，也強(qiáng)調(diào)了在愈合過程中生長因子具有的時(shí)空特異性，表達(dá)水平或時(shí)間的改變都會(huì)影響生長因子的功能。

在治療方面，近來有研究將TGF-β與蛋白聚糖、纖維蛋白原、白蛋白等形成聚合物用于治療慢性創(chuàng)口的愈合，早期的臨床實(shí)驗(yàn)也證實(shí)外源性TGF－β可以治療慢性潰瘍［16］，但對(duì)于TGF－β治療瘢痕及增生性瘢痕的研究卻顯示效果并非十分明顯［17］。

2.3 VEGF家族 VEGF-A被認(rèn)為是參與創(chuàng)傷愈合最主要的VEGF家族分子，VEGF-A主要由內(nèi)皮細(xì)胞、角質(zhì)細(xì)胞、巨噬細(xì)胞等分泌，在創(chuàng)傷愈合的血管形成過程中發(fā)揮著重要作用，尤其是在內(nèi)皮細(xì)胞遷移、增殖等方面，急性創(chuàng)傷時(shí)活化的血小板、巨噬細(xì)胞可以釋放VEGF-A，且巨噬細(xì)胞可以通過分泌TNF-α間接誘導(dǎo)角質(zhì)細(xì)胞、成纖維細(xì)胞表達(dá)VEGF-A，其它的一些生長因子如TGF-β、EGF也可以誘導(dǎo)其表達(dá);此外，在急性愈合的過程中，誘導(dǎo)VEGF-A釋放的一個(gè)重要的因素是創(chuàng)口代謝紊亂引起的低氧，低氧可以增加單核細(xì)胞、角質(zhì)細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞表達(dá)VEGF-A，其也可以促進(jìn)內(nèi)皮細(xì)胞表面VEGF受體的表達(dá)，從而VEGF-A的表達(dá)水平與傷口的缺氧程度成正比;而新生血管形成時(shí)會(huì)引起組織灌注的恢復(fù)、重建微循環(huán)，增加傷口部位的氧分壓［18］;另外在創(chuàng)傷愈合的過程中，VEGF-A還可以通過作用于VEGFR-2促進(jìn)淋巴管的形成［19］。

在創(chuàng)傷愈合的過程中，VEGF-C的表達(dá)同樣會(huì)升高，VEGF-C在愈合炎癥階段通過位于淋巴管內(nèi)皮細(xì)胞或單核巨噬細(xì)胞表面表達(dá)的VEGFR3發(fā)揮作用［20］，VEGF-C還可以活化血管內(nèi)皮細(xì)胞表面的VEGFR-2，通過增加血管通透性促進(jìn)造血細(xì)胞、炎癥細(xì)胞滲透至傷口部位，此外還發(fā)現(xiàn)其在淋巴管生成中也發(fā)揮重要作用［21］，而對(duì)于VEGF家族另一個(gè)成員VEGF-E，同樣發(fā)現(xiàn)其可以調(diào)節(jié)角質(zhì)形成細(xì)胞的增殖與遷移促進(jìn)表皮再生［22］。

由于VEGF上述的重要功能，使VEGF成為治療慢性傷口局部缺血的一種新的治療手段，在糖尿病難愈傷口中VEGF可以改善受損的血管生成過程，促進(jìn)傷口表皮再生［23－24］;但是，由于外源性VEGF會(huì)誘導(dǎo)持續(xù)性的血管生成，導(dǎo)致血管紊亂、畸形及功能不佳的淋巴管形成，因此對(duì)于其在創(chuàng)傷中的治療應(yīng)用中仍有待進(jìn)一步研究［25］。

2.4 FGF家族 FGF家族在皮膚創(chuàng)傷愈合中發(fā)揮作用的主要是FGF-2、FGF-7以及FGF-10，其主要由角質(zhì)形成細(xì)胞、成纖維細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞及平滑肌細(xì)胞等分泌;在急性創(chuàng)傷中顯著上調(diào)的FGF-2能夠促進(jìn)肉芽組織形成，在再上皮化過程通過調(diào)控多種細(xì)胞外基質(zhì)成分的合成與沉積，增加角質(zhì)形成細(xì)胞在表皮細(xì)胞再生中的移動(dòng)、促進(jìn)成纖維細(xì)胞的遷移刺激細(xì)胞產(chǎn)生膠原酶［26］。FGF-7及FGF-10能夠刺激角質(zhì)形成細(xì)胞的增殖與遷移參與組織上皮化過程，而且這兩種因子還可以改善傷口區(qū)活性氧(reactive oxygen species，ROS)的清除，有助于減少活性氧ROS誘導(dǎo)的角質(zhì)形成細(xì)胞的凋亡，維持正常的上皮化過程［5］;此外，F(xiàn)GF-7在血管管腔及基底膜形成時(shí)有著重要作用，F(xiàn)GF-7被認(rèn)為是一種有效的血管內(nèi)皮細(xì)胞的有絲分裂原，可以上調(diào)VEGF的表達(dá)，刺激血管內(nèi)皮細(xì)胞產(chǎn)生新生血管形成所需要的尿激酶型纖溶酶原激活劑［27］。

在治療研究方面發(fā)現(xiàn)外源性的FGF-2能夠明顯提高并維持皮膚及軟組織在瞬時(shí)輻射創(chuàng)傷后組織的活力，加速創(chuàng)傷愈合過程［28］，此外在大鼠創(chuàng)傷研究中發(fā)現(xiàn)FGF-2可以維持皮瓣活力但并不可以有效阻止皮瓣的缺血性壞死［29］。

2.5 PDGF家族 PDGF主要由血小板、巨噬細(xì)胞、角質(zhì)形成細(xì)胞分泌，在創(chuàng)傷愈合的各個(gè)階段都發(fā)揮著重要作用;創(chuàng)傷發(fā)生時(shí)，脫顆粒的血小板釋放的PDGF存在傷口的滲出液中，它們可以誘導(dǎo)中性粒細(xì)胞、巨噬細(xì)胞、成纖維細(xì)胞以及平滑肌細(xì)胞增殖并遷移至傷口處，刺激巨噬細(xì)胞分泌TGF-β，同樣可以促進(jìn)巨噬細(xì)胞介導(dǎo)的對(duì)殘余物的吞噬作用參與肉芽組織的形成［30］;在創(chuàng)傷愈合過程中PDGF與缺氧均可以上調(diào)VEGF的表達(dá)，通過誘導(dǎo)周細(xì)胞、血管平滑肌細(xì)胞進(jìn)入毛細(xì)胞血管增加血管結(jié)構(gòu)的完整性［31］;體外實(shí)驗(yàn)還證實(shí)PDGF通過上調(diào)胰島素樣生長因子(insulin-like growth factors，IGF-1，增加角質(zhì)形成細(xì)胞活力)及血小板反應(yīng)蛋白-1(抑制蛋白降解，促進(jìn)細(xì)胞增殖)的表達(dá)參與表皮再生過程，此外在組織重構(gòu)過程中PDGF還可以促進(jìn)成纖維細(xì)胞的增殖及ECM的生成，誘導(dǎo)成纖維細(xì)胞變?yōu)榧〕衫w維細(xì)胞，通過上調(diào)基質(zhì)金屬蛋白酶的表達(dá)降解傷口中舊的膠原蛋白［3］，但由于PDGF對(duì)于慢性傷口中的蛋白水解環(huán)境異常敏感，在慢性傷口中PDGF的水平顯著下調(diào)，而外源性的PDGF已成為一種治療慢性傷口的手段，而重組的PDGF-BB(Becaplermin，貝卡普勒明)已經(jīng)成功用于治療糖尿病潰瘍及壓力性潰瘍的生長因子，其也是唯一一個(gè)通過食品和藥物管理局(food and drug administration，F(xiàn)DA)認(rèn)證用于慢性傷口治療的生長因子類藥物。

3 展望

如上所述，各種生長因子共同參與著創(chuàng)傷愈合的整個(gè)過程，在不同的階段發(fā)揮著重要的作用;在急性創(chuàng)傷中，在各種生長因子作用下共同完成愈合過程，使皮膚屏障功能得到重建，而在慢性傷口中，由于炎癥細(xì)胞的持續(xù)浸潤導(dǎo)致傷口部位的蛋白水解環(huán)境以及促炎因子及趨化因子的上調(diào)表達(dá)，抑制了正常的傷口愈合過程，這種情況下各種細(xì)胞因子因?yàn)楸唤到馕茨馨l(fā)揮其應(yīng)有的功能，因此，在創(chuàng)傷的治療過程中，這些分子均可能成為將來分子治療的靶點(diǎn);在慢性傷口嚴(yán)重影響病人的生活質(zhì)量、加重病人的醫(yī)療費(fèi)用以及傳統(tǒng)治療方法難以達(dá)到效果的情況下，對(duì)慢性傷口新的治療手段的研究是十分必要的，盡管當(dāng)前對(duì)某些生長因子治療慢性創(chuàng)傷的研究已取得了突破，但是只有少數(shù)進(jìn)入臨床試驗(yàn)階段，未來對(duì)于創(chuàng)傷愈合的分子治療的研究仍需要廣大研究者們繼續(xù)努力。

［1］Janssens AS，Pavel S，Tensen CP，et al.Reduced IL－1Ra/IL－1 ratio in ultraviolet B－exposed skin of patients with polymorphic light eruption［J］.Exp Dermato，2009，18(3):212－217.

［2］Chong HC，Tan MJ，Philippe V，et al.Regulation of epithelial－mesenchymal IL－1 signaling by PPARbeta/delta is essential for skin homeostasis and wound healing［J］.J Cell Biol，2009，184(6):817－831.

［3］Javed F，Al-Askar M，Al-Rasheed A，et al.Significance of the platelet－derived growth factor in periodontal tissue regeneration［J］.Arch Oral Biol，2011，56(12):1476－1484.

［4］Hantash BM，Zhao L，Knowles JA，et al.Adult and fetal wound healing［J］.Front Biosci，2008，13:51－61.

［5］Raja，Sivamani K，Garcia MS，et al.Wound re－epithelialization:modulating keratinocyte migration in wound healing［J］.Front Biosci，2007，12:2849－2868.

［6］Plasari G，Calabrese A，Dusserre Y，et al.Nuclear factor I－C links platelet－derived growth factor and transforming growth factor beta1 signaling to skin wound healing progression［J］.Mol Cell Biol，2009，29(22):6006－6017.

［7］White LA，Mitchell TI，Brinckerhoff CE.Transforming growth factor beta inhibitory element in the rabbit matrix metalloproteinase－1(collagenase－1)gene functions as a repressor of constitutive transcription［J］.Biochim Biophys Acta，2000，1490(3):259－268.

［8］Brem H，Stojadinovic O，Diegelmann RF，et al.Molecular markers in patients with chronic wounds to guide surgical debridement［J］.Mol Med，2007，13(1－2):30－39.

［9］Choi JS，Leong KW，Yoo HS.In vivo wound healing of diabetic ulcers using electrospun nanofibers immobilized with human epidermal growth factor(EGF)［J］.Biomaterials，2008，29(5):587－596.

［10］Choi JK，Jang JH，Jang WH，et al.The effect of epidermal growth factor(EGF)conjugated with low－molecular－weight protamine(LMWP)on wound healing of the skin［J］.Biomaterials，2012，33(33):8579－8590.

［11］Hong JP，Park SW.The combined effect of recombinant human epidermal growth factor and erythropoietin on full－thickness wound healing in diabetic rat model［J］.Int Wound J，doi:10.1111.

［12］Johnson NR，Wang Y.Controlled delivery of heparin－binding EGF－like growth factor yields fast and comprehensive wound healing［J］.J Control Release，doi:10.1016.

［13］Mitra R，Khar A.Suppression of macrophage function in AK－5 tumor transplanted animals:role of TGF－beta1［J］.Immunol Lett，2004，91(2－3):189－195.

［14］Hori K，Ding J，Marcoux Y，et al.Impaired cutaneous wound healing in transforming growth factor－beta inducible early gene1 knockout mice［J］.Wound Repair Regen，2012，20(2):166－177.

［15］Hall MC，Young DA，Waters JG，et al.The comparative role of activator protein 1 and Smad factors in the regulation of Timp－1 and MMP－1 gene expression by transforming growth factor－beta 1［J］.J Biol Chem，2003，278(12):10304－10313.

［16］Konerding MA，Ziebart T，Wolloscheck T，et al.Impact of singledose application of TGF－β，copper peptide，stanozolol and ascorbic acid in hydrogel on midline laparatomy wound healing in a diabetic mouse model［J］.Int J Mol Med，doi:10.3892.

［17］Penn JW，Grobbelaar AO，Rolfe KJ.The role of the TGF－beta family in wound healing，burns and scarring:a review［J］.Int J Burns Trauma，2012，2(1):18－28.

［18］Ahluwalia A，Tarnawski AS.Critical role of hypoxia sensor－HIF－1alpha in VEGF gene activation:implications for angiogenesis and tissue injury healing［J］.Curr Med Chem，2012，19(1):90－97.

［19］Hong YK，Lange－Asschenfeldt B，Velasco P，et al.VEGF－A promotes tissue repair－associated lymphatic vessel formation via VEGFR－2 and the alpha1beta1 and alpha2beta1 integrins［J］.FASEB J，2004，18(10):1111－1113.

［20］Coso S，Zeng Y，Opeskin K，et al.Vascular endothelial growth factor receptor－3 directly interacts with phosphatidylinositol 3－kinase to regulate lymphangiogenesis［J］.Plos One，2012，7(6):e39558.

［21］Karkkainen MJ，Haiko P，Sainio K，et al.Vascular endothelial growth factor C is required for sprouting of the first lymphatic vessels from embryonic veins［J］.Nat Immunol，2004，5(1):74－80.

［22］Wise LM，Inder MK，Real NC，et al.The vascular endothelial growth factor(VEGF)－E encoded by orf virus regulates keratinocyte proliferation and migration and promotes epidermal regeneration［J］.Cell Microbiol，2012，14(9):1376－1390.

［23］Kwon MJ，An S，Choi S，et al.Effective healing of diabetic skin wounds by using nonviral gene therapy based on minicircle vascular endothelial growth factor DNA and a cationic dendrimer［J］.J Gene Med，2012，14(4):272－278.

［24］Yoon CS，Jung HS，Kwon MJ，et al.Sonoporation of the minicircle－VEGF(165)for wound healing of diabetic mice［J］.Pharm Res，2009，26(4):794－801.

［25］Carmeliet P.VEGF gene therapy:stimulating angiogenesis or angioma－genesis［J］.Nat Med，2000，6(10):1102－1103.

［26］Sogabe Y，Abe M，Yokoyama Y，et al.Basic fibroblast growth factor stimulates human keratinocyte motility by Rac activation［J］.Wound Repair Regen，2006，14(4):457－462.

［27］Niu J，Chang Z，Peng B，et al.Keratinocyte growth factor/fibroblast growth factor－7－regulated cell migration and invasion through activation of NF－kappaB transcription factors［J］.J Biol Chem，2007，282(9):6001－6011.

［28］Kinoshita N，Tsuda M，Hamuy R，et al.The usefulness of basic fibroblast growth factor for radiation－exposed tissue［J］.Wound Repair Regen，2012，20(1):91－102.

［29］Fayazzadeh E，Ahmadi SH，Rabbani S，et al.A comparative study of recombinant human basic fibroblast growth factor(bFGF)and erythropoietin(EPO)in prevention of skin flap ischemic necrosis in rats［J］.Arch Iran Med，2012，15(9):553－556.

［30］Uutela M，Wirzenius M，Paavonen K，et al.PDGF－D induces macrophage recruitment，increased interstitial pressure，and blood vessel maturation during angiogenesis［J］.Blood，2004，104(10):3198－3204.

［31］Hellberg C，Ostman A，Heldin CH.PDGF and vessel maturation［J］.Recent Results Cancer Res，2010，180:103－114.