毛囊干細(xì)胞在創(chuàng)面愈合中的應(yīng)用進展

王永飛綜述，程勇，許喜生審校

（南華大學(xué)附屬郴州市第一人民醫(yī)院燒傷整形外科，湖南郴州423000）

毛囊干細(xì)胞在創(chuàng)面愈合中的應(yīng)用進展

王永飛綜述，程勇，許喜生審校

（南華大學(xué)附屬郴州市第一人民醫(yī)院燒傷整形外科，湖南郴州423000）

毛囊；干細(xì)胞；皮膚；傷口愈合

皮膚是保護人體免受環(huán)境侵害最重要的一道屏障，表皮干細(xì)胞是皮膚及其附件再生的重要細(xì)胞來源，是維持表皮穩(wěn)態(tài)和修復(fù)創(chuàng)面的“種子細(xì)胞”。我國每年有數(shù)百萬人發(fā)生皮膚燒傷，導(dǎo)致皮膚完整性的喪失，破壞機體抵御環(huán)境中病原體侵襲的能力，成為了導(dǎo)致疾病和死亡的主要原因之一。大面積深度燒傷創(chuàng)面及難愈合創(chuàng)面的修復(fù)，依然是現(xiàn)代醫(yī)學(xué)的一大挑戰(zhàn)，并有著顯著的生物醫(yī)藥負(fù)擔(dān)[1]。皮膚創(chuàng)面愈合需要細(xì)胞增殖、遷移，細(xì)胞外基質(zhì)沉積及血管生成和重塑等的發(fā)生[2]。

傳統(tǒng)模式治療創(chuàng)面愈合，主要側(cè)重于炎癥細(xì)胞的作用，往往忽視了皮膚干細(xì)胞和基質(zhì)動態(tài)變化對皮膚修復(fù)的重要性。實質(zhì)上創(chuàng)面治療是表皮層、真皮層再生及皮膚功能恢復(fù)的關(guān)鍵[3]，如何有效動員皮膚干細(xì)胞游走、替代并分化為各級實質(zhì)細(xì)胞，參與損傷修復(fù)，重塑生理解剖結(jié)構(gòu)和恢復(fù)皮膚功能，是目前亟待解決的問題。成體干細(xì)胞具有高度的增殖潛能和終生無限的自我更新能力，能產(chǎn)生至少一種以上高度分化的子代細(xì)胞，在細(xì)胞的生長和分化過程中具有主導(dǎo)作用。在完整無損的成體表皮中存在大量干細(xì)胞儲存庫，是促使皮膚組織更新和再生的重要因素。表皮干細(xì)胞主要位于表皮基底層（約占基底細(xì)胞的1%～10%）、毛囊外根鞘隆突部（bugle）和皮脂腺邊緣[4]。根據(jù)分布位置不同表皮干細(xì)胞可分為毛囊間干細(xì)胞（基底層干細(xì)胞）、毛囊干細(xì)胞（hair follicle stem cells，F(xiàn)SCs）和皮脂腺干細(xì)胞3類，各自發(fā)揮相應(yīng)功能。其中位于表皮基底層的干細(xì)胞可分化形成全層表皮，是皮膚組織修復(fù)中最為重要的皮膚干細(xì)胞，其在皮膚的新陳代謝和損傷修復(fù)等方面發(fā)揮關(guān)鍵作用[5]。自從在毛囊外根鞘隆突部中發(fā)現(xiàn)FSCs以來，有關(guān)FSCs的研究逐漸成為國內(nèi)外研究的焦點。

1 FSCs的特性及作用

FSCs位于皮脂腺開口處與立毛肌毛囊附著處之間的毛囊外根鞘隆突部[6]，其具有成體干細(xì)胞的共性，即慢周期性、多向分化潛能、自我更新和體外增殖能力強等特點。FSCs不僅在毛囊的周期性生長中具有重要作用，同時，也是表皮自我更新的重要細(xì)胞來源[7-8]。在缺乏FSCs早期，創(chuàng)面初始應(yīng)答遲緩，毛囊和皮脂腺的形態(tài)發(fā)生、皮膚創(chuàng)面修復(fù)過程顯著延長[9]。皮膚損傷后毛囊和基底層的表皮干細(xì)胞被動員并遷移至創(chuàng)面，F(xiàn)SCs作為主體細(xì)胞參與創(chuàng)面表皮重建，其子代細(xì)胞在創(chuàng)面愈合后繼續(xù)參與表皮修復(fù)數(shù)月，以填補組織缺損并發(fā)揮屏障功能[10-12]。通過骨形態(tài)蛋白質(zhì)（bone morphogenetic protein，BMP）/轉(zhuǎn)化生長因子β（transforming growth factor-β，TGF-β）、Wnt/β-連環(huán)蛋白、Notch、SHH（sonic hedgehog）信號通路等的嚴(yán)密調(diào)控表皮干細(xì)胞的增殖、分化及凋亡，F(xiàn)SCs被活化后向上遷移，使分化形成的角質(zhì)細(xì)胞被快速募集至創(chuàng)面中心，參與創(chuàng)面修復(fù)[6，13-15]。當(dāng)相鄰部位損傷后FSCs可從隆突部遷移出并參與受損部位的修復(fù)，以補充激活創(chuàng)面修復(fù)和再生而減少的干細(xì)胞數(shù)量。Tiede等[16]曾將FSCs成功分化成為毛干、內(nèi)髓鞘、外髓鞘和表皮角質(zhì)細(xì)胞及皮脂腺。由此可見，F(xiàn)SCs不僅可作為主要細(xì)胞通過上、下遷移參與創(chuàng)面表皮愈合，并維持著皮膚動態(tài)平衡和組織再生，而且參與了毛囊和皮脂腺等皮膚附屬器官的形成，對皮膚創(chuàng)面的修復(fù)及功能的恢復(fù)具有重要作用。

2 FSCs的臨床應(yīng)用及其前景

大面積深度燒傷或穿透性創(chuàng)傷引起的全層皮膚損傷后常導(dǎo)致表皮和真皮的缺失，經(jīng)過創(chuàng)面邊緣細(xì)胞的遷移和傷口收縮逐漸達(dá)到愈合[17]。創(chuàng)面愈合后瘢痕攣縮畸形的形成，給患者造成嚴(yán)重心理負(fù)擔(dān)并極有可能導(dǎo)致關(guān)節(jié)功能喪失。燒傷創(chuàng)面及難愈合創(chuàng)面治療的目標(biāo)在過去10年發(fā)生了相當(dāng)大的轉(zhuǎn)變，旨在快速封閉創(chuàng)面并提供覆蓋物的傳統(tǒng)治療，已替換成兼具功能恢復(fù)或重建及美學(xué)理想的瘢痕形成。對大面積深度燒傷或嚴(yán)重創(chuàng)傷引起的皮膚軟組織缺損，最有效和常見的方法是利用自體游離皮片移植，但存在供皮量有限和造成額外損傷的缺陷。在皮膚組織工程中異體皮膚的使用避免了重新建立生理連續(xù)性的挑戰(zhàn)[18]。當(dāng)使用自體游離皮片或真皮的替代物治療創(chuàng)面時，特別是結(jié)合培養(yǎng)的表皮干細(xì)胞時，瘢痕攣縮會明顯減小[17，19]。

胚胎干細(xì)胞、間充質(zhì)干細(xì)胞及表皮干細(xì)胞等是皮膚種子細(xì)胞的重要來源，其中表皮干細(xì)胞在體外能更穩(wěn)定地分化為表皮細(xì)胞，從而促進創(chuàng)面愈合，發(fā)揮表皮層保護屏障作用[20-22]。同種異體脫細(xì)胞真皮基質(zhì)起初是作為真皮替代物應(yīng)用于臨床，目前，常作為真皮支架材料用于構(gòu)建組織工程皮膚[23-24]。國內(nèi)外已有學(xué)者利用表皮干細(xì)胞和同種異體脫細(xì)胞真皮基質(zhì)構(gòu)建皮膚替代物，但缺乏毛囊、皮脂腺及汗腺等皮膚附屬器官，未能實現(xiàn)皮膚的完全重建。將皮膚和毛囊中分離得到的表皮干細(xì)胞用于治療急、慢性創(chuàng)面，在臨床上并沒有觀察到免疫排斥反應(yīng)[25]。Nowak等[9]曾從毛囊隆突部純化出了高表達(dá)公認(rèn)干性標(biāo)志——β1整合素[26-27]的FSCs，并將這些細(xì)胞應(yīng)用于燒傷創(chuàng)面治療。Jimenez等[28]臨床研究表明，移植到創(chuàng)面的自體頭皮毛囊增強了上皮、新生血管和真皮的重組，富含毛囊的皮膚區(qū)域愈合時間明顯縮短。將FSCs作為種子細(xì)胞與脫細(xì)胞真皮基質(zhì)構(gòu)建組織工程皮膚，移植于創(chuàng)面后不僅有利于血管早期形成，減少炎癥的發(fā)生，加快創(chuàng)面愈合過程，減少瘢痕生長，并可獲得與生理皮膚相類似的組織結(jié)構(gòu)，有望解決皮源短缺及后期瘢痕攣縮畸形等問題[29]。眾多研究為FSCs作為一種有前景的細(xì)胞療法應(yīng)用于臨床創(chuàng)面治療提供了依據(jù)，也進一步說明了FSCs應(yīng)用于皮膚創(chuàng)面，甚至難愈合創(chuàng)面是有希望的治療選擇。

毛囊中存在大量的FSCs，具有豐富的自體資源，可利用FSCs作為種子細(xì)胞制備皮膚替代物，為大面積燒傷患者提供需要的皮片。FSCs不僅具有多能性、巨大的增殖潛能、便于分離和培養(yǎng)，而且在特定條件下能分化成毛囊、皮脂腺和表皮，具有形成皮膚附屬器的能力，并可離開干細(xì)胞壁龕進行遷移，在促進創(chuàng)面修復(fù)和組織再生方面發(fā)揮至關(guān)重要的作用。許多學(xué)者認(rèn)為，基于FSCs的可及性、易得到性及其高分化潛能，F(xiàn)SCs在全層皮膚損傷治療方面，比角質(zhì)形成細(xì)胞更具有顯著的臨床優(yōu)越性，很有可能成為再生醫(yī)學(xué)和皮膚組織工程的一種有吸引力的治療手段。

3 FSCs臨床應(yīng)用的局限性

臨床上曾用表皮干細(xì)胞構(gòu)建組織工程皮膚應(yīng)用于燒傷創(chuàng)面治療，但這種自體表皮片很脆，不能很好地黏附于創(chuàng)面上，且存在獲取較難、對組織提供者的創(chuàng)傷大、供皮量有限等缺點。雖然表皮干細(xì)胞的移植顯著加速了創(chuàng)面的再上皮化，刺激真皮層膠原蛋白的合成，并表現(xiàn)出增強皮膚拉伸強度恢復(fù)的趨勢，另外，還激活了血管與毛囊的形成[3]。但體外的緩慢繁殖和識別的復(fù)雜性、高成本、感染的高風(fēng)險性及需要足夠的真皮層等均大大限制了表皮干細(xì)胞的研究與臨床應(yīng)用[30]。

創(chuàng)面治療，尤其是難愈合創(chuàng)面治療仍是臨床上的挑戰(zhàn)，臨床醫(yī)生和研究人員為此付出了許多努力。實驗數(shù)據(jù)和臨床資料顯示，當(dāng)皮膚發(fā)生重度燒傷時，表皮和真皮層被破壞，用現(xiàn)有的組織工程皮膚覆蓋創(chuàng)面，雖然可以起到皮膚屏障的作用，但不具備正常皮膚的生理功能，不能形成毛囊、汗腺等皮膚附屬器官，嚴(yán)重影響了患者的生活質(zhì)量。用于局部創(chuàng)面治療的FSCs，培養(yǎng)的數(shù)量必須足夠。然而，在一個受控釋放的空間，有效提供用于治療的FSCs，并將這些細(xì)胞移植在特定的支架上，為其應(yīng)用于創(chuàng)面修復(fù)存在一些相關(guān)技術(shù)的困難。FSCs參與各種類型皮膚創(chuàng)面愈合的具體機制仍不清楚，需投入更多的研究以全面了解其作用機制，從而找到更先進的治療方法用于包括那些目前無法治愈的創(chuàng)面治療。

4 結(jié)語與展望

FSCs為制造真皮或皮膚全層的替代物創(chuàng)造了條件，即既能促進創(chuàng)面愈合，又能減少瘢痕形成。利用這種很有“潛力”的皮膚種子細(xì)胞——FSCs的無限增殖和多向分化潛能來構(gòu)建組織工程皮膚，將有望達(dá)到從解剖修復(fù)到功能修復(fù)的飛躍，對表皮重建具有重大實用價值。許多研究也表明了FSCs對受創(chuàng)后的皮膚重建具有重要作用，其有可能徹底改變治療皮膚創(chuàng)面的方法，但在其廣泛應(yīng)用于臨床實踐前，許多問題仍需要解決?；诟杉?xì)胞應(yīng)用的真皮替代物、復(fù)合移植和組織工程的引進已被大家所提倡，基因治療也已從一種純粹的實驗科學(xué)演變?yōu)榕R床相關(guān)的治療手段?；蚝透杉?xì)胞療法的組合已成為用于治療急、慢性創(chuàng)傷的新趨勢，對治療創(chuàng)面愈合也是一種新的選擇。

組織工程提供了創(chuàng)建功能性皮膚的潛力，生物醫(yī)學(xué)工程師、材料科學(xué)家、分子和細(xì)胞生物學(xué)家的協(xié)同努力在治療難愈合創(chuàng)面方面已取得了可喜的成績。為更好地促進傷口愈合及抑制瘢痕的形成，還需明確創(chuàng)面愈合不同階段的生長因子水平，明確基因表達(dá)或下調(diào)的精確時間?？稍O(shè)想，將經(jīng)基因操縱的FSCs作為治療劑用于創(chuàng)面修復(fù)，其作用主要是對創(chuàng)面提供再生細(xì)胞并參與皮膚功能重建。在創(chuàng)面愈合中關(guān)于最佳目標(biāo)細(xì)胞的選擇、連續(xù)治療方法的發(fā)展及引入基因可能有害因素的識別仍存在挑戰(zhàn)。研究FSCs的特性與臨床適用性及其促進創(chuàng)面愈合及損傷后功能與結(jié)構(gòu)的修復(fù)意義重大。因而，在大規(guī)模使用干細(xì)胞進行臨床試驗之前應(yīng)集中注意其在臨床上使用所要面臨的挑戰(zhàn)和應(yīng)用前景。

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10.3969/j.issn.1009-5519.2015.04.024

：A

：1009-5519（2015）04-0548-04

2014-12-21）

王永飛（1988-），女，湖南郴州人，碩士研究生，主要從事創(chuàng)面修復(fù)的研究；E-mail：wangyongfei307@163.com。

許喜生（E-mail：czyyxxs@126.com）。