創(chuàng)傷修復(fù)機(jī)制和治療進(jìn)展

林雁鴻 周清清 李春霖 肖雨花 郭智華 萬健良

1 創(chuàng)傷修復(fù)的基本過程

創(chuàng)傷修復(fù)一般分為4 個(gè)階段：①止血階段；②炎癥反應(yīng)階段；③細(xì)胞增殖分化階段；④組織重建、瘢痕形成階段。它是組織在損傷發(fā)生后多種生長因子、細(xì)胞外基質(zhì)和修復(fù)細(xì)胞之間相互作用而進(jìn)行自我修復(fù)的復(fù)雜動態(tài)過程［1］。

1.1 止血階段 當(dāng)機(jī)體組織受損后,立即發(fā)生血小板聚集及纖維蛋白凝塊形成、血管收縮等反應(yīng),參與創(chuàng)口止血。此時(shí)細(xì)胞外基質(zhì)(ECM)從受損組織中釋放,同時(shí)血小板在受損組織聚集。在血管生成的早期階段,血小板釋放多種生長因子,包括血小板衍生因子(PDGF)、血管內(nèi)皮生長因子(VEGF)、轉(zhuǎn)化生長因子-α(TGF-α)、堿性成纖維細(xì)胞生長因子(bFGF)、血小板源性內(nèi)皮細(xì)胞生長因子(PD-ECGF)和人血管生成素-1(Ang-1),這些因素刺激內(nèi)皮擴(kuò)散、遷移和管型形成。隨后,巨噬細(xì)胞和單核細(xì)胞釋放大量血管生成因子,包括PDGF、VEGF、Ang-1、TGF-α、bFGF、白細(xì)胞介素-8(IL-8)和腫瘤壞死因子-α(TNF-α)。受損組織基質(zhì)的蛋白酶進(jìn)一步釋放血管生成刺激器,直接刺激血管形成,尤其是VEGF 和bFGF 活性的增強(qiáng)。在受傷后幾小時(shí)內(nèi),傷口中的大部分嗜中性粒細(xì)胞也會通過毛細(xì)血管的內(nèi)皮細(xì)胞壁遷移,導(dǎo)致細(xì)胞因子如白細(xì)胞介素-1b(IL-1b)、TNF-α 和干擾素-g(IFN-g)在傷口部位被激活,表達(dá)各種粘附分子,從而進(jìn)一步促進(jìn)傷口止血。據(jù)研究表明,組織受損后的缺氧環(huán)境導(dǎo)致內(nèi)皮細(xì)胞釋放的一氧化碳(CO)也是血管增殖的重要驅(qū)動力。在血管生成進(jìn)一步穩(wěn)定后,隨著組織缺氧和炎癥反應(yīng)的恢復(fù),傷口的生長因子水平也迅速下降,血管的生成抑制開始［2］。

1.2 炎癥反應(yīng)階段 該階段以聚集的血小板脫顆粒和纖維蛋白凝塊的形成為開端。當(dāng)創(chuàng)傷發(fā)生后,脫顆?；难“蹇梢詮难褐姓心脊撬柙葱缘母杉?xì)胞、白細(xì)胞(特別是中性粒細(xì)胞)和纖維細(xì)胞進(jìn)入創(chuàng)口。在此階段被招募而來的有核細(xì)胞中,中性粒細(xì)胞充當(dāng)著“前鋒”的角色,最快到達(dá)炎癥部位。在創(chuàng)傷早期,中性粒細(xì)胞不僅能分泌多種趨化因子及炎癥介質(zhì)募集并激活巨噬細(xì)胞,而且具有清除壞死組織和細(xì)菌的作用。來源于骨髓祖細(xì)胞的單核吞噬細(xì)胞系統(tǒng)主要由單核細(xì)胞、巨噬細(xì)胞和樹突細(xì)胞組成［3］。由這些細(xì)胞分泌而來的旁分泌因子和其中的巨噬細(xì)胞在再生組織中處于核心地位。而Th1 和Th2 細(xì)胞分泌不同的細(xì)胞因子則是巨噬細(xì)胞極化的依賴性因素。其中促炎型M1 巨噬細(xì)胞在Th1 細(xì)胞分泌的細(xì)胞因子如γ-干擾素(IFN-γ)和TNF-α 刺激下分化而來。而抗炎型M2 巨噬細(xì)胞在Th2 分泌的細(xì)胞因子［如白細(xì)胞介素-4(IL-4)、白細(xì)胞介素-10(IL-10)和白細(xì)胞介素-13(IL-13)］刺激下分泌而來。一般來說,M1 型巨噬細(xì)胞主要在創(chuàng)傷早期發(fā)揮重要作用,具有殺滅微生物的功能。而M2 型巨噬細(xì)胞主要在促進(jìn)細(xì)胞增殖、膠原沉積和血管生成方面起主導(dǎo)作用。在創(chuàng)傷修復(fù)的過程中,作為M2 型巨噬細(xì)胞極化過程中的一種關(guān)鍵性核轉(zhuǎn)錄因子,cAMP 反應(yīng)元件結(jié)合蛋白(cAMP response element-binding protein,CREB)的生物學(xué)效應(yīng)主要表現(xiàn)為通過上調(diào)IL-10 和 精氨酸酶-1(Arg-1)水平,從而促進(jìn)M2 型巨噬細(xì)胞的極化［4］。

在炎癥過程中,M1 和M2 型巨噬細(xì)胞在不同條件下可相互轉(zhuǎn)化,這種巨噬細(xì)胞隨著時(shí)間的推移發(fā)生M1/M2亞型的轉(zhuǎn)化首次在急性心肌梗模型中被證實(shí)。前3 d 以M1 型為主,5～7 d 后以M2 型為主,共同協(xié)助心肌梗死后的炎癥修復(fù)過程［5］。因此,M2 型巨噬細(xì)胞在創(chuàng)傷修復(fù)中處于主導(dǎo)地位。

1.3 細(xì)胞增殖分化階段 在此階段,誘導(dǎo)并維持細(xì)胞增生及細(xì)胞遷移啟動的生長因子通常以自分泌、旁分泌等方式分泌,其主要來源于炎癥反應(yīng)中遷移的上皮細(xì)胞、真皮細(xì)胞及剩余的炎細(xì)胞。血管通過侵入傷口凝塊并在整個(gè)肉芽組織中組織成微血管網(wǎng)絡(luò),從先前存在的血管形成新的血管。這種動態(tài)過程受來自血清和周圍細(xì)胞外基質(zhì)環(huán)境的信號的高度調(diào)節(jié)。VEGF、Ang、bFGF 和轉(zhuǎn)化生長因子-β(TGF-β)是傷口血管生成中有效的血管生成因子之一。血管內(nèi)皮細(xì)胞降解基底膜、遷移至創(chuàng)口,增生形成細(xì)胞間接觸,最后形成血管的過程是在PDGF、VEGF、成纖維細(xì)胞生長因子-2(FGF-2)的介導(dǎo)下完成的。與此同時(shí),創(chuàng)口內(nèi)成纖維細(xì)胞增生,合成細(xì)胞外基質(zhì),形成富含新生血管的肉芽組織［6］。

由上文所知,在創(chuàng)傷修復(fù)過程中,M1 型巨噬細(xì)胞對M2型巨噬細(xì)胞的轉(zhuǎn)化,是促進(jìn)細(xì)胞增殖與炎癥修復(fù)的關(guān)鍵因素。原因是在創(chuàng)傷修復(fù)早期主要是M1 型巨噬細(xì)胞在起抵抗外來病原體的作用,而在后期M2 型巨噬細(xì)胞占主要地位,促進(jìn)組織細(xì)胞的增殖和血管生成,從而促進(jìn)傷口的修復(fù)。

1.4 組織重建、瘢痕形成階段 瘢痕組織的重建在創(chuàng)傷修復(fù)后期主要來源于新形成的肉芽組織。瘢痕以膠原沉積成纖維細(xì)胞增生為主,是機(jī)體對組織損傷的反應(yīng)。瘢痕形成的機(jī)制涉及炎癥、纖維增生、肉芽組織的形成、瘢痕的成熟。在急性炎癥反應(yīng)之后,是成纖維細(xì)胞的增殖,包括膠原蛋白和纖維蛋白。主要是纖維蛋白、膠原蛋白Ⅲ、纖連蛋白被含膠原蛋白Ⅰ的細(xì)胞所取代的過程,隨后肌成纖維細(xì)胞由成纖維細(xì)胞分化而來,即成纖維細(xì)胞負(fù)責(zé)膠原蛋白沉積和傷口收縮。最后成纖維細(xì)胞凋亡,形成相對無細(xì)胞的瘢痕組織。該階段的細(xì)胞凋亡機(jī)制尚不明確,但與成人創(chuàng)面愈合相比,早期妊娠胎兒具有顯著的創(chuàng)面愈合能力,愈后皮膚傷口無瘢痕［7］。所以加深對胎兒傷口愈合機(jī)制的研究,有可能找到新的治療方案。

2 創(chuàng)傷修復(fù)的治療

2.1 藥物治療 創(chuàng)傷修復(fù)和組織再生治療手段的進(jìn)展在很大程度上依賴皮膚免疫學(xué)的進(jìn)步,如以傳統(tǒng)的糖尿病足治療相比,斯蒂德等在118 例患者中研究了重組人血小板源生長因子(rhPDGF)對糖尿病足部潰瘍(DFU)的影響。結(jié)果表示：接受rhPDGF 長達(dá)20 周的患者傷口愈合情況較傳統(tǒng)治療效果更佳。在傳統(tǒng)的治療中,主要是應(yīng)用氨酰-tRNA 合成酶抑制劑、膠原蛋白及外用廣譜抗生素藥膏(如甲硝唑)。由上文可知,直接通過rhPDGF 影響創(chuàng)傷愈合過程中炎癥反應(yīng)階段M2 型巨噬細(xì)胞的DNA 復(fù)制、RNA 轉(zhuǎn)錄及蛋白質(zhì)合成能更有效促進(jìn)糖尿病足的傷口愈合。而在臨床的外科治療中主要是應(yīng)用抗炎作用藥物如腎上腺皮質(zhì)激素類、抗微生物類抗生素或抗凝抗血小板類藥物等,均能通過影響創(chuàng)傷修復(fù)的4 個(gè)階段而促進(jìn)傷口愈合。因此,在未來的藥物治療研究中更應(yīng)該注重M2 型巨噬細(xì)胞增殖分化機(jī)制。

2.2 物理治療

2.2.1 氧氣療法 O2對細(xì)胞的新陳代謝至關(guān)重要。在未受損的皮膚中,血氧分壓(PO2)在深層的5%下降到外層的1%,當(dāng)毛細(xì)血管受損和中斷時(shí),PO2會急劇下降。18%的PO2是人體角蛋白細(xì)胞在體外生長的最佳水平,受PO2變化的極大影響。細(xì)胞可以在厭氧條件和代謝期間耐受和存活,增加乳酸的濃度,使環(huán)境酸化,激活低氧誘導(dǎo)因子(HIF),如CO、VEGF 等,其向上調(diào)節(jié)血管擴(kuò)張因子促進(jìn)傷口愈合。因此,許多療法的策略是基于增加傷口床的PO2。例如連續(xù)擴(kuò)散的氧氣療法(CDO)、局部氧療(TOT)和高壓氧療法(HBOT)［8-10］。

2.2.2 電刺激療法 適量的電刺激能舒張機(jī)體的血管、加快血流,從而改善營養(yǎng)代謝和組織再生,同時(shí)還具有消炎、解痙、止痛等作用。這是由于電刺激能促進(jìn)多種生長因子(如bFGF 等)的表達(dá)和分泌,加速成纖維細(xì)胞的增殖與分化及血管的生成,促進(jìn)M1 型巨噬細(xì)胞向M2 型巨噬細(xì)胞轉(zhuǎn)化。此外還能使細(xì)胞離子通道大量開放,從而增加細(xì)胞中的藥物攝入濃度［9］。這種治療方式與中國傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)的針灸療法有異曲同工之處,表明針灸在傷口愈合中也可能起著重要作用。

2.2.3 光刺激療法 光刺激療法主要是利用紅外線光化學(xué)作用弱、產(chǎn)熱產(chǎn)能少、但能加快組織內(nèi)物理和化學(xué)反應(yīng)的特點(diǎn)。由于人體吸收紅外線主要集中在皮膚和皮下組織,所以紅外線療法具有增強(qiáng)代謝、舒張血管、加快血流速度、改善局部組織灌注及淋巴循環(huán)的特性。其結(jié)果是不僅加快吸收和消除組織中的異常產(chǎn)物,而且還具有鎮(zhèn)痛、降低肌張力、抑制感覺神經(jīng)興奮性等優(yōu)點(diǎn)。與藥物治療相比,光刺激療法具有操作便捷、適應(yīng)證及受眾范圍廣、并發(fā)癥少、無創(chuàng)等優(yōu)點(diǎn)。

2.2.4 機(jī)械刺激療法 成纖維細(xì)胞是機(jī)體ECM 重塑、傷口收縮控制和瘢痕形成過程中最重要的細(xì)胞。在愈合過程中,皮膚受到各種機(jī)械和其他刺激,如壓縮、緊張、扭轉(zhuǎn)、剪切應(yīng)力等,這些刺激有利于α 平滑肌肌動蛋白(α-SMA)參與成纖維細(xì)胞在細(xì)胞骨架中的表達(dá)導(dǎo)致傷口的收縮［11-15］,因此臨床中提倡術(shù)后患者盡早進(jìn)行功能康復(fù)鍛煉。

2.3 離子療法 信號金屬離子作為人體代謝催化劑至關(guān)重要,也是蛋白質(zhì)、酶或轉(zhuǎn)錄因子結(jié)構(gòu)元素的一部分,如鈣是信號轉(zhuǎn)導(dǎo)中非常著名的第二信使。許多細(xì)胞外信號觸發(fā)細(xì)胞內(nèi)級聯(lián)反應(yīng),導(dǎo)致不同的鈣通道激活,這也是心臟肌肉收縮、神經(jīng)激發(fā)、細(xì)胞遷移、凋亡和增殖等過程的起源。據(jù)研究表明,鈣是一種親血管生成因子,所以在創(chuàng)傷愈合過程中適當(dāng)補(bǔ)充鈣離子可以更好的促進(jìn)血管生成和細(xì)胞遷移［16-19］。在創(chuàng)傷愈合中還有其他金屬離子扮演著重要作用,如銀具有強(qiáng)大的抗菌性能。因此,在創(chuàng)傷愈合中如銀等具有抗菌性能的金屬元素有望成為一種新的抗菌藥物。

2.4 組織工程療法 皮膚傷口愈合是當(dāng)今關(guān)注的主要焦點(diǎn)之一,特別是3D 納米技術(shù)在生物材料中的引入,為正確模擬ECM 和細(xì)胞微環(huán)境提供了極好的工具［20-22］。據(jù)研究報(bào)道：在納米層面上修改表面積和三維結(jié)構(gòu)是可行的。納米技術(shù)的應(yīng)用如納米膠囊、納米粒子、納米纖維或納米板,這些都具有良好的信號傳導(dǎo)功能,當(dāng)然其中也涉及到許多無機(jī)材料和聚合物,如蛋白質(zhì)和多糖［10］。但是目前對于皮膚的個(gè)性化的研究,3D 技術(shù)還達(dá)不到智能生物材料的要求,特別是皮膚的附屬物如神經(jīng)、毛囊、色素沉著等的個(gè)性化。因此,這應(yīng)該是未來研究的主要方向之一。

2.5 基因工程療法 基因工程通過DNA 重組技術(shù)將目的基因?qū)胼d體細(xì)胞,以獲得大量對人體創(chuàng)傷修復(fù)有益的蛋白質(zhì),從而改變內(nèi)皮細(xì)胞的游走、平滑肌細(xì)胞的增殖、新生血管的生成、巨噬細(xì)胞表型的轉(zhuǎn)化和募集干細(xì)胞等,但其臨床療效遠(yuǎn)未達(dá)到預(yù)期值如損傷組織的完全修復(fù)、無瘢痕愈合等［11-13］。然而目前正在開發(fā)的新基因療法通過3D 打印技術(shù)生產(chǎn)的仿生材料與傳統(tǒng)基因療法相結(jié)合,可以較大程度改善傳統(tǒng)基因療法的不足。

2.6 其他療法 如酶清創(chuàng)療法、細(xì)胞療法和中醫(yī)中藥療法等對創(chuàng)傷修復(fù)的治療都有一定價(jià)值。

3 展望

近年來,由于細(xì)胞免疫學(xué)及皮膚藥理學(xué)的快速發(fā)展,人們對創(chuàng)傷修復(fù)的基本理論和臨床治療方法的認(rèn)識都有極大的水平的提高。但由于創(chuàng)傷修復(fù)的機(jī)制尚未完全闡明,特別是在對巨噬細(xì)胞表型的轉(zhuǎn)化以及巨噬細(xì)胞功能調(diào)節(jié)藥物的探索上,因此,這給未來的研究提供新的思路。除此之外,新基因工程療法在無瘢痕愈合和功能恢復(fù)方面也給人們帶來新的期待。在未來,關(guān)于皮膚創(chuàng)傷修復(fù)及愈合的機(jī)制和治療,仍有廣闊的發(fā)展前景。