干細胞治療慢性難愈性創(chuàng)面的研究進展

邱堯 岳毅剛 邵家松 霍群 張敏

[摘要]慢性創(chuàng)面愈合過程機制復(fù)雜，涉及炎性反應(yīng)、成纖維細胞異常增殖、膠原的形成與沉積、創(chuàng)面血管化和皮膚再上皮化等過程，目前臨床缺乏理想的治療方法。近年來，干細胞的應(yīng)用在慢性創(chuàng)面的治療方面?zhèn)涫懿毮?，其主要?yōu)點是避免了潛在的有害的外科手術(shù)過程，避免皮膚移植或皮瓣等手術(shù)帶來的負荷等。本文就胚胎干細胞、骨髓間充質(zhì)干細胞、脂肪干細胞、誘導(dǎo)多能干細胞對慢性創(chuàng)面的治療機制及相關(guān)研究進展作一綜述。

[關(guān)鍵詞]慢性創(chuàng)面；干細胞；血管化；再生；愈合

[中圖分類號]R622 [文獻標志碼]A [文章編號]1008-6455（2018）04-0148-04

Research Progress of Stem Cells in the Treatment of Chronic Wound Healing

QIU Yao， YUE Yi-gang， SHAO Jia-song， HUO Qun， ZHANG Min

（Department of Plastic Surgery of Affiliated Hospital of Guilin Medical University， Guilin 541001， Guangxi， China）

Abstract： The mechanism of chronic wound healing is complex， which involves inflammatory reaction， abnormal proliferation of fibroblasts， collagen formation and deposition， wound vascularization and skin re epithelialization. At present， there is no ideal treatment method in clinic. In recent years， the application of stem cells has attracted much attention in the treatment of chronic wounds. Its main advantages are avoiding potential harmful surgical procedures and avoiding skin graft or flap operation. In this paper， the treatment mechanism， advantages and disadvantages of embryonic stem cells， bone mesenchymal stem cells， adipose-derived stem cells and induced pluripotent stem cells in chronic wounds were reviewed.

Key words： chronic wound； stem cells； vascularization； regeneration； healing

慢性難愈性創(chuàng)面簡稱慢性創(chuàng)面，是指經(jīng)規(guī)范臨床治療4～8周后仍難愈合或不愈合的創(chuàng)面。在中國，伴隨著人口老齡化及生活水平的提高，糖尿病、下肢靜脈潰瘍等發(fā)病率逐年上升，慢性創(chuàng)面發(fā)生率越來越高。近年來，干細胞的應(yīng)用在慢性創(chuàng)面的治療方面?zhèn)涫懿毮?，干細胞治療的主要?yōu)點是可取代部分手術(shù)治療，從而避免皮膚移植或皮瓣等手術(shù)為老年患者帶來的身體負擔及并發(fā)癥。干細胞的應(yīng)用可為有效治療創(chuàng)傷性皮膚缺損和嚴重?zé)齻麑?dǎo)致的軟組織缺損以及治療如糖尿病、下肢靜脈性潰瘍等疾病導(dǎo)致的慢性創(chuàng)面提供新的治療方法。本文就近年來難愈創(chuàng)面的各種慢性創(chuàng)面的干細胞治療技術(shù)，如：胚胎干細胞（Embryonic Stem Cells，ESCs）、間質(zhì)干細胞（Mesenchymal Stem Cells，MSCs）尤其骨髓間充質(zhì)干細胞（Bone Mesenchymal Stem Cells，BMSCs）、脂肪干細胞（Adipose-Derived Stem Cells，ADSCs）、誘導(dǎo)多能干細胞（Induced Pluripotent Stem Cells，IPSCs）等研究進展作一綜述。

1 胚胎干細胞

胚胎干細胞（ESCs）是最早用于慢性創(chuàng)面愈合方面研究的干細胞，其驚人的增殖能力表明，對胚胎干細胞的研究可能會幫助人們進一步了解再生過程并提供最佳治療。ESCs來源于受精卵發(fā)育到囊胚或胚泡時期內(nèi)細胞團，不能從患者身上獲得，直接使用將涉及到同種異體移植的所有缺點以及與胚胎組織有關(guān)的倫理問題。雖然ESCs本身不太適合組織移植，但它們確實提供了通過旁分泌機制增強生理愈合過程的潛力。例如：ESCs衍生的內(nèi)皮細胞分泌多種細胞因子促進傷口愈合[1]。ESCs移植目前已應(yīng)用于動物創(chuàng)面治療，可明顯加速創(chuàng)面愈合，為利用ESCs對皮膚修復(fù)的非凡再生潛力，Guenou等[2-3]將ESCs分化為全功能角質(zhì)化細胞，隨后用于表皮的再構(gòu)造。盡管有這些有希望的發(fā)現(xiàn)，但由于潛在的免疫原性和致瘤性，胚胎干細胞的廣泛臨床應(yīng)用目前是難以捉摸的。與此同時，倫理學(xué)的沖突及免疫排斥問題依然限制著干細胞治療的發(fā)展。

2 骨髓間充質(zhì)干細胞

骨髓間充質(zhì)干細胞（BMSCs），即最早發(fā)現(xiàn)的間充質(zhì)干細胞，是另一個很有希望的修復(fù)或替換受損組織的候選細胞。眾所周知，它們有能力分化成多個譜系，如：內(nèi)皮細胞、神經(jīng)細胞、肝細胞等。此外，Mikako等[4]研究表明，BMSCs可分化為多種類型的皮膚細胞，將有助于創(chuàng)面的修復(fù)?，F(xiàn)已證實BMSCs能夠分化為角質(zhì)化細胞、內(nèi)皮細胞、周細胞和單核細胞。

除了自身分化潛力， BMSCs還通過自分泌及旁分泌等途徑促創(chuàng)面愈合。BMSCs分泌的生長因子和細胞因子結(jié)合能成功地誘導(dǎo)血管生成，減少炎性細胞浸潤，促進成纖維細胞遷移和膠原蛋白的產(chǎn)生，為慢性創(chuàng)面的治療提供了一種新窗口。早在2007年，Wu等[5-6]在糖尿病和非糖尿病小鼠實驗中發(fā)現(xiàn)，BMSCs釋放血管生成因子加速傷口的閉合過程，并通過其旁分泌機制釋放旁分泌因子，使CD14+單核細胞、角質(zhì)細胞和內(nèi)皮細胞聚集至傷口，從而促進傷口愈合。各種研究已經(jīng)表明，當MSCs受到低氧條件時，會通過促進生長、調(diào)節(jié)細胞因子和對低氧因子（HIF-1）的釋放及穩(wěn)定性，以增強其再生治療的能力[7]。不僅如此，其旁分泌機制還可在傷口修復(fù)過程中誘導(dǎo)細胞分化、增殖；調(diào)節(jié)免疫反應(yīng)和抑制過度的炎癥反應(yīng)，使創(chuàng)面能快速愈合而不因過度纖維化形成瘢痕組織[8-9]。Arsalan等[10]證明，MSCs可通過一種劑量依賴性的方式增強無細胞接觸的成纖維細胞遷移，從而促進正常和慢性創(chuàng)面成纖維細胞的生長和遷移，并在體外誘導(dǎo)血管生成。此外，MSCs通過抗菌因子的分泌配合免疫細胞的功能，在創(chuàng)面修復(fù)過程顯示殺菌特性?；谏鲜龉δ埽琈SCs已被證實能在多種損傷模型中加強組織修復(fù)和炎癥反應(yīng)的減弱及血管化的改善[11]。在另一項研究中，MSCs的外體被證明是傷口愈合的介質(zhì)[10]。聯(lián)合移植的MSCs和ESCs已被證實可以顯著改善糖尿病傷口愈合[12]和改善復(fù)雜骨缺損的愈合[13]。

盡管MSCs已經(jīng)證明了在各種不同的情況下提高傷口愈合率的一致能力，但其療法仍然存在一些局限性，這些局限性包括需要改善細胞的傳遞方式、細胞的存活率、MSC制劑的異質(zhì)性等。在廣泛的臨床應(yīng)用之前，需要進一步的大型臨床試驗來建立MSCs的安全性。因此，使用MSCs的療法應(yīng)該謹慎，它的許多作用和機制還有待進一步挖掘及改善[1-2，14]。

3 脂肪干細胞

脂肪源干細胞（ADSCs）也是間充質(zhì)干細胞的一種，可分化成脂肪細胞、成骨細胞、軟骨細胞和肌原細胞等?？梢哉f與BMSCs有幾乎相同的潛力，但由于它們的廣泛可用性和相對容易獲得足夠的細胞數(shù)量而更受歡迎。作為具有分化潛能的干細胞，ADSCs具有上皮分化的潛能，局部注射的ASCs可以通過分化為角質(zhì)細胞的作用加速傷口的上皮化。此外，ADSCs還被證明可以通過分化和血管生成來增強傷口愈合，可為臨床的慢性創(chuàng)面治療提供一種可行的治療方法[15-16]。

ADSCs同樣通過在傷口愈合過程中分泌大量生長因子和細胞因子來增加巨噬細胞招募，加快成纖維細胞和角化細胞的體外增殖[17]，增強膠原蛋白的生成，繼而形成肉芽組織，改善血管形成，最終提高傷口愈合率。ADSCs被證明可以釋放許多強有力的血管生成因子，也可以通過分化為內(nèi)皮細胞重建血管[6]。另一項研究顯示，在缺氧條件下ASCs可顯著增加膠原的合成水平，將有助于減少創(chuàng)面面積[8]。ADSCs已經(jīng)在傷口愈合的多個臨床試驗中進行了測試，證明可顯著增強皮膚傷口愈合和增加血管的形成，在創(chuàng)面修復(fù)和組織再生方面的應(yīng)用也已經(jīng)在體外和體內(nèi)的許多實驗?zāi)Ｐ椭械玫搅俗C實[1]。在大鼠的全厚度切除損傷模型中，ADSCs可通過VEGF-A、肝生長因子和fgf-2[18]的分泌來促進新生血管生成，加速傷口的閉合，從而促進角質(zhì)形成細胞或真皮成纖維細胞的后續(xù)血管生成和增殖[19]。此外，在人類和最近一期的臨床試驗中，富含脂肪干細胞的脂肪移植物其生存率明顯升高，證實了ADSCs在治療關(guān)鍵肢體缺血時的有益作用[20]。Lee等[21]利用肌肉注射ADSCs來治療血栓閉塞性脈管炎患者和糖尿病足患者，可觀察到大多數(shù)患者的疼痛評分及步行距離都有所改善。

此外，ADSCs在臨床醫(yī)學(xué)中具有實際的優(yōu)勢，因為脂肪組織是豐富易獲得且很少引起捐贈部位的發(fā)病，也沒有與胚胎干細胞相關(guān)的倫理考慮。截至目前，在皮膚創(chuàng)面愈合過程中，ADSCs的臨床應(yīng)用尚處于早期階段，這類細胞目前確實存在一些限制，例如考慮到誘發(fā)癌癥的風(fēng)險[22]。作為干細胞，ADSCs在本質(zhì)上具有多能性，不僅在移植后可能分化為脂肪細胞、骨細胞和軟骨細胞，也可能發(fā)展為不良組織[23]。上述的ADSCs通過分泌生長因子、細胞因子和化學(xué)引誘劑，增強血管生成，增加血液供應(yīng)，這一方面可用于創(chuàng)面修復(fù)，另一方面也可為腫瘤細胞提供營養(yǎng)支持。考慮到它們的血管生成和抗炎分子的分泌，人們推測某些干細胞的數(shù)量可能刺激腫瘤的生長。然而，到目前為止，尚無發(fā)現(xiàn)使用ADSCs治療的患者出現(xiàn)癌變的報道。對慢性傷口愈合過程中所涉及的生長因子、蛋白質(zhì)和治療路徑的鑒定，可使臨床治療更加安全和快速。ADSCs在治療慢性傷口愈合方面所展現(xiàn)出的潛力已經(jīng)顯示出了希望，為未來的再生醫(yī)學(xué)提供了新的發(fā)展方向[24]。

4 誘導(dǎo)多潛能干細胞

誘導(dǎo)多能干細胞（IPSCs）自問世以來，就因其易獲取、無免疫排斥性、多能分化潛能的特點，在再生醫(yī)學(xué)領(lǐng)域受到越來越多的關(guān)注。使用IPSCs技術(shù)，可以產(chǎn)生從分化的成人組織衍生出來的自體多能干細胞群而不使用胚胎細胞或卵細胞，因此，沒有倫理學(xué)的問題。此外，利用患者自體的體細胞制備的IPSCs是非免疫原性的。利用這些特點，Itoh等[25]在體外3-D皮膚中產(chǎn)生了完全由人的IPSCs衍生的角質(zhì)形成細胞和成纖維細胞組成的皮膚，Sebastiano等[26]進一步成功地利用了人類角質(zhì)細胞衍生的IPSCs在體外重組皮膚，以治療隱性營養(yǎng)不良表皮松解。另外，Yang等[27]成功地通過IPSCs分化為人類上皮干細胞，以及再生毛囊的所有成分。這些發(fā)現(xiàn)都展示了IPSCs在再生領(lǐng)域的巨大發(fā)展前景。

IPSCs的潛力還包括在傷口愈合過程中促血管化。研究表明，從人的IPSCs衍生的間充質(zhì)干細胞中提取的外泌體能促進膠原合成和血管生成，從而促進皮膚創(chuàng)面愈合。IPSCs已被證明可以分化為心肌、血管平滑肌和周細胞[9]。治療性IPSCs可以從患者體內(nèi)分離分化的細胞，重新編程到多能狀態(tài)，然后分化為所需的細胞類型[11]。研究證明，來自IPSCs的間充質(zhì)干細胞（IPSC-MSCs）兼具MSCs和IPSCs的優(yōu)點，已成為干細胞移植治療的替代資源，PSC-MSCs可大量產(chǎn)生，具有很強的自我活力，并能減弱組織缺血，與成人骨髓間充質(zhì)干細胞相比，有更好的治療效果[28]。

IPSCs兼具ESCs多潛能的綜合優(yōu)勢和MSCs的可用性，但也存在很多問題：如它們在未分化的狀態(tài)下通過逆轉(zhuǎn)錄病毒載體會促進癌癥風(fēng)險；低效率的細胞重編程使其產(chǎn)生的細胞數(shù)量較低而處理成本較高；遺傳不穩(wěn)定性和潛在的免疫原性等[2，29]。因此，隨著該領(lǐng)域研究的不斷進步，在IPSCs進入人體試驗及廣泛的臨床適應(yīng)之前需要改進和提高的技術(shù)還有很多，如：研究非病毒介導(dǎo)的重編程細胞方法。盡管存在上述擔憂，IPSCs巨大的治療前景仍然不可忽視[11]。

5 總結(jié)與展望

慢性創(chuàng)面是臨床治療難點，機制復(fù)雜，涉及炎性反應(yīng)、成纖維細胞異常增殖、膠原的形成與沉積、創(chuàng)面血管化和皮膚再上皮化等過程，目前臨床缺乏理想的治療方法。近年來干細胞技術(shù)的應(yīng)用在慢性創(chuàng)面的治療方面取得了較大進展。

ESCs已應(yīng)用于動物創(chuàng)面治療，在血管化及治療慢性創(chuàng)面方面體現(xiàn)出良好效果，但倫理學(xué)的沖突及免疫排斥問題始終是限制其發(fā)展的最大障礙；BMSCs的治療潛力是很有希望的，它避免了胚胎干細胞相關(guān)的生物倫理問題以及在與患者分離時避免免疫原性的能力。此外，與相對稀少的ESCs數(shù)量來說，BMSCs及ADSCs的來源更加廣泛易得。限制MSCs臨床應(yīng)用的，是其諸多尚未明確的機制及未排除的生物和腫瘤學(xué)等安全問題。IPSCs技術(shù)是干細胞研究領(lǐng)域的一項重大突破，不僅同樣回避了ESCs細胞的倫理爭議及免疫排斥問題，且IPSCs兼具ESCs多潛能的綜合優(yōu)勢和MSCs的可用性，使干細胞向臨床應(yīng)用又邁進了一大步。但同MSCs相似，IPSCs早期同樣受其產(chǎn)生機制不明、低誘導(dǎo)率及惡變風(fēng)險的限制[30]。近年來，隨著誘導(dǎo)多能干細胞技術(shù)的不斷發(fā)展以及技術(shù)水平的不斷更新[31]，使IPSCs安全性得到提高的同時，轉(zhuǎn)化率大幅提升，已經(jīng)能夠相對安全及高效地獲得，其在再生醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的潛力及優(yōu)勢也已日趨明顯。

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