王 瑩, 代彥麗△, 樸金龍, 劉春節(jié), 李萌萌, 姜麗萍
(1. 河南大學(xué)第一附屬醫(yī)院, 開封 475000; 2. 上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬新華醫(yī)院護理部, 上海 200092)
炎癥因子、生長因子以及凋亡因子在壓瘡慢性難愈合性創(chuàng)面中的表達及作用*
王 瑩1, 代彥麗1△, 樸金龍1, 劉春節(jié)1, 李萌萌1, 姜麗萍2
(1. 河南大學(xué)第一附屬醫(yī)院, 開封 475000; 2. 上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬新華醫(yī)院護理部, 上海 200092)
目的:探討炎癥反應(yīng)、生長因子及凋亡因子在壓瘡慢性創(chuàng)面中的表達及作用。方法:選取2013年10月至2015年7月河南大學(xué)第一附屬醫(yī)院收治的患者,其中臨床Ⅲ、Ⅳ期壓瘡患者共20例,急性創(chuàng)面10例,正常皮膚組織6例。通過HE染色觀察不同創(chuàng)面組織的形態(tài)學(xué)特征;免疫組織化學(xué)法檢測組織中細胞凋亡因子Caspase-3的分布規(guī)律;熒光定量PCR法定量分析IL-1β、IL-6、TNF-α、VEGF、bFGF及其受體KDR、FGFR1基因水平的變化特征。結(jié)果:Ⅲ、Ⅳ期壓瘡創(chuàng)面中可見炎性細胞浸潤;凋亡信號因子caspase-3在壓瘡組中的表達高于其他兩組,差異有統(tǒng)計學(xué)意義;IL-1β、IL-6、TNF-α表達高于急性創(chuàng)面組和正常皮膚組;VEGF和bFGF生長因子及其受體KDR和bFGFR1表達分別低于對照組。結(jié)論:炎癥因子和凋亡因子在壓瘡慢性創(chuàng)面中持續(xù)長時間的高表達、生長因子及其受體顯著的低表達可能是壓瘡慢性難愈合性創(chuàng)面形成的機制和難以徹底治愈的重要因素。
炎癥因子;凋亡因子;生長因子;壓瘡;慢性創(chuàng)面
【DOI】 10.12047/j.cjap.5425.2017.046
壓瘡(pressure ulcers,PU)又稱為壓力性潰瘍或褥瘡,好發(fā)于年老體弱、脊髓損傷等長期臥床或坐輪椅的患者,壓瘡一旦發(fā)生可累及皮下組織,肌肉及骨骼而經(jīng)久不愈形成慢性難愈合性創(chuàng)面[1],簡稱慢性創(chuàng)面。慢性創(chuàng)面的治療和修復(fù)一直是困擾國內(nèi)外學(xué)者的重點和難點問題。細胞因子和生長因子在創(chuàng)面愈合中起著重要的作用,它調(diào)控細胞的增殖、分化、遷移與代謝。細胞凋亡因子Caspase-3是凋亡信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路中最重要的蛋白酶和凋亡執(zhí)行者,細胞凋亡過度和增殖不足可導(dǎo)致慢性創(chuàng)面愈合延遲。壓瘡慢性創(chuàng)面是否也存在這些問題尚不清楚,該文章以此為切入點探討壓瘡的難愈合機制,針對內(nèi)因,為臨床采取有的放矢的干預(yù)措施提供科學(xué)依據(jù)。
1.1 各組創(chuàng)面的納入和排除標(biāo)準(zhǔn)
1.1.1 壓瘡創(chuàng)面 (1)納入標(biāo)準(zhǔn):根據(jù)美國壓瘡顧問小組(National Pressure Ulcer Advisory Panel,NPUAP)在2007年2月制定的壓瘡診斷標(biāo)準(zhǔn)[2],臨床收集已確診的Ⅲ、Ⅳ期壓瘡慢性難愈合創(chuàng)面。Ⅲ期壓瘡為全層皮膚組織缺失,可見皮下脂肪暴露,但骨頭、肌腱、肌肉未外露,可能伴有潛行或竇道;Ⅳ期壓瘡為全層組織缺失,皮下肌肉、骨骼肌組織外露,傷口床的某些部位有腐肉或焦痂,壞死組織呈黑色,可伴有潛行或竇道。(2)排除標(biāo)準(zhǔn):糖尿病患者,心、肝、腎功能衰竭患者;糖尿病潰瘍、靜脈潰瘍、癌癥潰瘍、放射性潰瘍、嚴重感染、潰瘍處有明顯化膿性感染的組織;皮膚病患者;創(chuàng)面使用過各種生長因子或急性外傷創(chuàng)面。
1.1.2 急性創(chuàng)面 (1)納入標(biāo)準(zhǔn):根據(jù)傷口愈合理論及結(jié)合動物實驗研究結(jié)果為理論依據(jù)[3],選擇急性外傷后第3~7天并于2周內(nèi)愈合的創(chuàng)面。(2)排除標(biāo)準(zhǔn):各種病因所致的慢性創(chuàng)面、皮膚病、創(chuàng)面有明顯感染、患有嚴重器質(zhì)性疾病的患者。
1.2 臨床資料及分組
2013年10月至2015年7月筆者單位收治的患者,其中臨床Ⅲ、Ⅳ期壓瘡患者共20例,男8例、女12例,年齡(53±9)歲;急性創(chuàng)面10例,男6例、女4例,年齡(50±7)歲;正常皮膚組織6例,男3例、女3例,年齡(54±3)歲。按照臨床手術(shù)中采集樣本的部位,本研究對象共分為四組:壓瘡中心組20例、壓瘡邊緣組20例、急性創(chuàng)面組10例、正常皮膚組6例。四組患者間年齡比較無統(tǒng)計學(xué)差異。鑒于倫理學(xué)原則,正常皮膚組織來源于手術(shù)中切取棄用組織。
1.3 取材及檢測指標(biāo)
1.3.1 樣本的獲取 所有創(chuàng)面組織均為手術(shù)過程中無菌狀態(tài)下切除的組織,標(biāo)本取大小為0.5 cm×0.5 cm×0.3 cm,用4%多聚甲醛溶液固定,脫水,常規(guī)石蠟包埋切片后備用。
1.3.2 HE染色 常規(guī)蘇木素-伊紅染色,NIKON顯微鏡觀察,NIS Elements圖像采集軟件采集圖像,光學(xué)顯微鏡下觀察不同樣本組織形態(tài)學(xué)改變。
1.3.3 Caspase-3蛋白表達 應(yīng)用DAB辣根過氧化物酶顯色法檢測組織中Caspase-3的表達(兔多克隆抗體Caspase-3購自美國SANAT CRUZ公司),實驗操作嚴格按照免疫組化SABC試劑盒說明書步驟進行。用磷酸鹽緩沖液(PBS)代替一抗做陰性對照。在400倍光學(xué)顯微鏡下,每組任意挑選5張切片,每張切片選擇5個以上不重疊視野,觀察陽性細胞分布和著色情況,采用Image-Pro-Plus 6.0計算機圖像分析軟件以積分光密度值(IOD)檢測Caspase-3陽性細胞表達的強弱,IOD值越高說明蛋白表達含量越高。
1.3.4 IL-1β、IL-6、TNF-α、VEGF、KDR、bFGF和FGFR1 mRNA的表達 采用實時熒光定量RT-PCR(Real time RT-PCR)檢測不同組別中基因的表達。從GenBank獲得目的基因mRNA的全長序列,利用引物設(shè)計軟件Primer Express(美國ABI公司產(chǎn)品)設(shè)計引物序列,經(jīng)Blast分析,引物序列具有特異性,所用的引物及內(nèi)參GAPDH均由上海捷瑞生物工程有限公司引物合成。聯(lián)合運用2-△△Ct法分析real-time PCR數(shù)據(jù)、Light Cycler Data Analysis軟件和MS Excel分析初始數(shù)據(jù)(表1)。
Tab. 1 Gene primer sequences for human IL-1β, IL-6, TNF-a, VEGF, VEGFR, bFGF, FGFR1and GAPDH
GenePrimersequence(5'to3')AmplifiedfragmentlengthIL-1β(h)-FAGTGGCAATGAGGATGACT-TGT129IL-1β(h)-RGCTGTAGTGGTGGTCG-GAGATIL-6(h)-FAACCTGAACCTTC-CAAAGATGG163IL-6(h)-RTCTGGCTTGTTCCTCAC-TACTTNFα(h)-FTCTTCTGCCTGCTGCACTTT-GG133TNFα(h)-RTGGGCTACAGGCTTGT-CACTCGbFGF(h)-FGAGAAGAGCGACCCTCA-CATCA101bFGF(h)-RTCCTTCATAGCCAGGTA-ACGGTFGFR1(h)-FAGTACGGCAGCATCAACCA-CAC122FGFR1(h)-RGAACTCCACGTTGCTAC-CCAGGVEGF(h)-FCGCAGCTACTGCCATCCAAT192VEGF(h)-RGTGAGGTTTGATCCGCATA-ATCTVEGFR(h)-FGCCTACCTCACCTGTTTCCT-GTA114VEGFR(h)-RCGGCTCTTTCGCTTACTGT-TCTGGAPDH(h)-FAGGGGTCTACATGGCAACTG228GAPDH(h)-RCGACCACTTTGTCAAGCTCA
IL-1β: Interleukin-1β; IL-6: Interleukin-6; TNF-a: Tumor necrosis factor a; bFGF: Fibroblast growth factors 2; FGFR1: Fibroblast growth factors receptor 1; VEGF: Vascular endothelial growth factor; VEGFR: Vascular endothelial growth factor receptor; GAPDH: Glyceraldehydes phosphate dehydrogenase; Tm=60℃ for all genes
1.4 統(tǒng)計學(xué)處理
2.1 組織形態(tài)學(xué)觀察
光鏡下對比可見:正常皮膚組織分布整齊規(guī)律,見少量的成纖維細胞,急性創(chuàng)面組織中可見有大量的成纖維細胞和血管內(nèi)皮細胞、部分炎性細胞;壓瘡邊緣組織中可見炎性細胞聚集增多、新生毛細血管增加、成纖維細胞、內(nèi)皮細胞增多,壓瘡中心組織表達同邊緣部位但表達量相應(yīng)減少并出現(xiàn)有壞死組織(圖1)。
Fig. 1 Representative histopathology images(HE×200) A: Normal skin; B: Acute wound; C: PU margin; D: PU center Stained with HE form; Arrows: Inflammatory cells, fibroblasts and vascular endothelial cells
2.2 各組創(chuàng)面中炎癥因子IL-1β、IL-6、TNF-a基因表達
聯(lián)合運用2-△△Ct法、Light Cycler Data Analysis軟件和MS Excel分析法進行相對定量分析,結(jié)果顯示IL-1β、IL-6、TNF-a mRNA在壓瘡邊緣組表達高于壓瘡中心組(P<0.01),壓瘡邊緣組與壓瘡中心組中的IL-1β、IL-6、TNF-a mRNA表達均明顯高于急性創(chuàng)面組(P<0.01);三組與正常皮膚組織相比,差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.01,表2)。
GroupnIL-1βIL-6TNF-aNormalskin6111PUcenter208.47±0.88**##△△8.26±0.21**##△△6.32±2.39**##△△PUmargin2021.58±1.81**##19.76±3.21**##15.88±5.17**##Acutewound103.49±0.29**4.13±0.56**2.81±1.35**
**P<0.01vsnormal skin;?##P<0.01vsacute wound;
△△P<0.01vsPU margin
2.3 各組創(chuàng)面中VEGF及其受體KDR基因表達
經(jīng)熒光定量PCR技術(shù)檢測分析,結(jié)果顯示VEGF及其受體KDR mRNA在壓瘡中心組表達低于壓瘡邊緣組 (P<0.01);在壓瘡中心組中和壓瘡邊緣組的表達均明顯低于急性創(chuàng)面組(P<0.01);三組與正常皮膚組織相比,差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.01,表3)。
GroupnVEGFKDRNormalskin611PUcenter202.95±0.31**##△△0.16±0.02**##△△PUmargin208.22±0.89**##0.46±0.05**##Acutewound1018.57±1.22**1.96±0.14**
VEGF: Vascular endothelial growth factor; KDR: Vascular endothelial growth factor receptor 2
**P<0.01vsnormal skin;?##P<0.01vsacute wound;
△△P<0.01vsPU margin
2.4 各組創(chuàng)面中bFGF及其受體FGFR1基因表達
GroupnbFGFFGFR1Normalskin611PUcenter202.50±0.35**##△△0.24±0.06**##△△PUmargin205.86±0.48**##0.41±0.02**##Acutewound1010.81±1.75**1.67±0.08**
bFGF: Fibroblast growth factors; FGFR1: Fibroblast growth factors receptor 1
**P<0.01vsnormal skin;?##P<0.01vsacute wound;
?△△P<0.01vsPU margin
2.5 細胞凋亡因子Caspase-3蛋白在不同創(chuàng)面組織中的表達
正常皮膚組織中Caspase-3表達較少為 107.50±5.77,陽性顆粒主要見于表皮基底層細胞和內(nèi)皮細胞中;急性創(chuàng)面中陽性表達為182.93±14.17,陽性信號主要分布于成纖維細胞和血管內(nèi)皮細胞中;壓瘡中心組織和壓瘡邊緣組織中的陽性細胞表達分別為329.10±7.89、251.19±13.67,位于成纖維細胞、血管內(nèi)皮細胞、單核細胞和巨噬細胞(圖2)
用IPP 6.0計算機圖像分析技術(shù)對Caspase-3的表達進行灰度半定量(IOD)分析,結(jié)果顯示各組創(chuàng)面中Caspase-3表達量總體相比差異具有統(tǒng)計學(xué)意義(F=49.97,P<0.01);Caspase-3在壓瘡中心組表達高于壓瘡邊緣組,差異具有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.01),壓瘡邊緣組和壓瘡中心組的表達量顯著高于急性創(chuàng)面組,差異顯著(P<0.01),三組分別與正常皮膚組對比差異具有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.01,圖3)。
Fig. 2 Immunohistochemical staining for caspase-3 expression (short arrows) in normal skin (A), acute wounds (B), PU margins (C) and PU centers(D)(IHC×200)
Fig. 3 Immunohistochemical analysis of image gray integral optical density (IOD) of caspase-3 protein in different groups**P<0.01vsnormal skin;?##P<0.01vsacute wound;△△P<0.01vsPU margin
本文從形態(tài)學(xué)角度可觀察到壓瘡?fù)砥趧?chuàng)面組織中見大量的中性粒細胞和部分成纖維細胞、內(nèi)皮細胞等,與之前Robert[4]報道的研究結(jié)果吻合。同時采用熒光定量PCR方法發(fā)現(xiàn)壓瘡中心和邊緣組織中的IL-1β、IL-6、TNF-α表達水平較急性創(chuàng)面增高,同時壓瘡邊緣組織中的炎癥因子的表達高于壓瘡中心組織,創(chuàng)面邊緣炎性反應(yīng)較強,與HE染色組織形態(tài)學(xué)結(jié)果一致。大量的炎癥因子持續(xù)長時間的高表達可導(dǎo)致影響創(chuàng)面愈合的一些破壞性酶的產(chǎn)生,降解細胞基質(zhì)和纖連蛋白,進而導(dǎo)致創(chuàng)面的難愈合。課題組前期動物實驗已證實壓瘡中的炎癥細胞聚集、細胞腫脹、代謝紊亂等原因而導(dǎo)致組織的損傷[5],本文從任何動物壓瘡模型都無法復(fù)制的人體標(biāo)本這一角度出發(fā),更精確地研究晚期壓瘡的難愈合機制,得出兩者結(jié)論相似。說明炎癥反應(yīng)的長時間高表達可能是導(dǎo)致壓瘡難愈合的一個重要因素。已有研究發(fā)現(xiàn)應(yīng)用IL-1受體的拮抗劑可以減弱TNF-α引起的傷口組織的抗斷裂強度,而應(yīng)用TNF-α的抑制劑可以減弱糖尿病引起的成纖維細胞的凋亡和caspase-3的活性,從而改善糖尿病的治愈[6]。晚期壓瘡慢性難愈合創(chuàng)面的治療是否可以考慮應(yīng)用炎癥因子受體阻斷劑來干預(yù),有待于進一步深入研究。
VEGF是血管生長的最重要的生長因子,填補壓瘡中缺失組織起著關(guān)鍵作用。而bFGF可加速創(chuàng)面肉芽組織的生成和上皮細胞的形成,促進創(chuàng)面的愈合。實驗結(jié)果顯示壓瘡中心組織中的VEGF、bFGF及其受體KDR、bFGFR1的表達明顯低于壓瘡邊緣組織,但兩者都顯著低于急性創(chuàng)面,差異有統(tǒng)計學(xué)意義,說明從壓瘡中心到壓瘡邊緣組織修復(fù)能力增強,但與急性創(chuàng)面相比,壓瘡創(chuàng)面分泌的生長因子仍不能滿足正常創(chuàng)面愈合所需,這可能與修復(fù)細胞的構(gòu)型或活性改變導(dǎo)致功能受損或受體表達減少不能與生長因子結(jié)合發(fā)揮其生物學(xué)功能有關(guān),從而導(dǎo)致創(chuàng)面愈合障礙。我們的研究結(jié)果和糖尿病潰瘍中生長因子及其受體的減少或結(jié)合障礙是導(dǎo)致創(chuàng)面難愈的重要因素這一結(jié)論基本吻合[7]。由于生長因子需和其特定的受體結(jié)合才能發(fā)揮其生物學(xué)的功能,受體的表達減少導(dǎo)致生長因子無法與其受體結(jié)合,這也可能是導(dǎo)致其難愈合的又一重要原因。
Caspase-3是Caspase家族中介導(dǎo)凋亡的關(guān)鍵效應(yīng)酶,是執(zhí)行凋亡的重要效應(yīng)分子。Caspase-3的活化標(biāo)志著凋亡進入不可逆的階段。因此在凋亡的研究中備受關(guān)注。有學(xué)者指出持續(xù)的缺氧刺激下激活TNF-α,同時伴隨著IL-1β促進細胞凋亡,這提示凋亡可能是創(chuàng)面愈合延遲的重要因素[8]。本研究結(jié)果表明壓瘡中心組織凋亡信號最強,表達最高,導(dǎo)致組織受損最嚴重,這和HE染色光學(xué)顯微鏡下觀察到壓瘡中心組織出現(xiàn)部分組織的壞死結(jié)論一致,但與部分學(xué)者提出的創(chuàng)傷早期細胞凋亡僅限于創(chuàng)面邊緣,隨后出現(xiàn)在損傷中心上皮的這一觀點稍有矛盾,我們認為在壓瘡?fù)砥陔y愈合創(chuàng)面中,損傷由中心向周圍擴散,導(dǎo)致組織壞死和全層皮膚的缺失,而在愈合過程中,傷口是由邊緣向中心肉芽組織的填充,上皮的爬行過程,與壓瘡邊緣的凋亡較壓瘡中心弱這一結(jié)果相符合。實驗中還發(fā)現(xiàn)壓瘡組織中凋亡的表達均高于急性創(chuàng)面組織,說明壓瘡創(chuàng)面中呈現(xiàn)凋亡過度的現(xiàn)象,潘瑩瑩[9]等指出壓瘡組織的損傷是由于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激反應(yīng)誘導(dǎo)細胞凋亡,而應(yīng)用其抑制劑4-PBA可降低內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激水平,從而可減輕細胞凋亡保護受損組織,從反方向驗證凋亡導(dǎo)致壓瘡的發(fā)生,這與我們的研究結(jié)果相似。適度的凋亡有利于清除真皮層中有害的炎性細胞的聚集、滲透、大量的活性氧和炎癥因子等,減輕炎癥反應(yīng)促進創(chuàng)面愈合,而過度的凋亡則延緩創(chuàng)面修復(fù),導(dǎo)致傷口難以愈合,這可能是阻礙或延遲壓瘡創(chuàng)面難愈合的重要機制。
綜上所述,本研究結(jié)果顯示壓瘡慢性創(chuàng)面的難愈合可能與炎癥長時間高表達、生長因子及其受體的低表達以及細胞過度凋亡等多種因素相關(guān),本研究從一個綜合的角度分析壓瘡難愈合的分子機制,為今后臨床晚期壓瘡的治療提供理論依據(jù)和尋找新的干預(yù)靶點提供思路。
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The expressions and functions of inflammatory cytokines, growth factors and apoptosis factors in the late stage of pressure ulcer chronic wounds
Wang Ying1, Dai Yai-li1△, Piao Jin-long1, Liu Chun-jie1, Li Meng-meng1, Jiang Li-ping2
(1. The First Affiliated Hospital of Henan University, Kaifeng 475000; 2. Department of Nursing,Xin Hua Hospital Affiliated to Shanghai Jiao Tong University School of Medicine, Shanghai 200092, China)
Objective: To study the distribution and expressions of inflammatory, growth factors, apoptosis factors in the late stage of pressure ulcer chronic wounds. Methods: Twenty patients were recruited from the First Affiliated Hospital of Henan University during Octomber 2013 to July 2015. Including twenty patients of stage III,Ⅳ pressure ulcer, ten acute injury patients and six normal health persons. The histological changes of different wounds were observed by HE staining, the distribution of Caspase-3 protein in four groups was detected by immunohistochemistry technique. The expressions of mRNAs for interleukin (IL)-1β, interleukin (IL)-6, tumor necrosis factor-a (TNF-a),vascular endothelial growth factor (VEGF), vascular endothelial growth factor receptor 2(KDR), fibroblast growth factors(bFGF) and fibroblast growth factors receptor1 (FGFR1)were determined by real-time reverse transcription polymerase chain reaction. Results: Large numbers of inflammatory cells were found in the stage of Ⅲ, Ⅳpressure ulcer wound under HE staining. The levels of Caspase-3 were mainly localized in fibroblasts or endothelial cells. Compared with the other two groups, the expression of Caspase-3 in pressure ulcers groups was higher (P<0.01). The expressions of IL-1β, IL-6 and TNF-α were higher than those of the acute group and normal group. The expressions of VEGF, KDR, bFGF and FGFR1 were lower than those of the control group respectively. Conclusion: Overproduction or prolonged expression of inflammatory factor and apoptosis factor, the expression of VEGF and its receptor KDR and bFGF and its receptor FGFR1 were significantly decreased in the stage Ⅲ, Ⅳ pressure ulcer wound. These characteristics can be used to comprehensively evaluate etiology and treatment of pressure ulcer chronic wounds.
inflammatory; growth factors; apoptosisfactors; pressure ulcers; chronic wounds
河南省科技發(fā)展規(guī)劃(142300410129);河南省教育廳河南省高等學(xué)校重點科研項目基金資助(16B320001)
2016-02-17
2016-12-14
R47
A
1000-6834(2017)02-181-05
△【通訊作者】Tel: 18800081558; E-mail: iamdxm@163.com