瘢痕疙瘩發(fā)病機制研究進展

馬 卉 張潤田 曲天歌 包海蘭 李玲玲 段行武

瘢痕疙瘩(keloid disease，KD)為外傷、燒傷、手術(shù)后或無明顯誘因引起的病理性瘢痕增生，以成纖維細胞(fibroblast，F(xiàn)b)過度增殖、膠原等細胞外基質(zhì)(extracellular matrix，ECM)過量累積為典型病理特征[1]。本病常超出原傷口界限，呈侵襲性生長、瘤樣增生，伴癢痛不適，單純手術(shù)切除后易復(fù)發(fā)，治愈十分困難，其損容性傷害給患者生活質(zhì)量和心理健康也造成極大負面影響[2]。雖然目前針對KD的機制研究涉及多基因、多細胞、多分子以及多通路，但仍未取得突破性進展，其治療方法大多側(cè)重于局部病變組織，而較少針對形成機制。本人認為通過對發(fā)病機制的深入了解，可為臨床治療提供更多思路，因此就其發(fā)病機制綜述如下。

1 流行病學(xué)

KD的發(fā)生存在著明顯的遺傳易感性，主要表現(xiàn) 為患病人種的差異，黑種人較黃種人及白種人有更高的患病率[3]；其大都散在發(fā)病，部分呈家族聚集性[4]；與散在性KD患者相比，家族性KD患者常身體多個部位出現(xiàn)KD，有時家族多個成員出現(xiàn)KD的部位甚至相同[5]。以上均提示遺傳傾向比環(huán)境因素在KD發(fā)病中扮演著更為重要的角色。

2 遺傳基因特性研究

2.1 遺傳模式 目前，大部分學(xué)者趨向于認為KD為常染色體顯性遺傳，伴外顯不完全，表現(xiàn)度存在差異，并具有延遲顯性特征，并非簡單的孟德爾式單基因遺傳，而是多基因遺傳[6]，但不同研究結(jié)果之間存在差異，尚未達成共識。

2.2 易感基因位點研究 Nakashima等[7]發(fā)現(xiàn)3個染色體區(qū)域(1q41、3q22.3-23和15q21.3)中的4個單核苷酸多態(tài)性位點與日本人群KD家系有顯著關(guān)聯(lián)；我國學(xué)者Zhu等[8]確認了 1q41 和15q21.3區(qū)域 與漢族人群KD發(fā)病具有顯著相關(guān)性。Velez Edwards等[9]對478個非裔美國人進行外顯子圖譜繪制后確定15q21.2-22.3為易感基因位點。因此，不同種族、不同家系的KD易感基因并不完全相同，可能存在不同等位基因突變，即遺傳異質(zhì)性。

2.3 基因多態(tài)性研究 近年來許多有關(guān)KD的遺傳學(xué)研究均集中在基因多態(tài)性上，如針對轉(zhuǎn)化生長因子 β(transforming growth factor-β， TGF-β)及其受體、SMAD3、SMAD6、SMAD7、p53及人類白細胞抗原(human leukocyte antigen，HLA)的基因研究[10]。Shih等[11]通過檢索文獻發(fā)現(xiàn)， 至少有25個基因在多個研究結(jié)果中呈失調(diào)狀態(tài)，其中12種與細胞外基質(zhì)相關(guān)，8種與細胞因子、免疫調(diào)節(jié)有關(guān)，說明多個基因共同參與KD發(fā)病過程。

綜上，該病可能是一種由多個基因協(xié)同調(diào)控的復(fù)雜性、多基因遺傳病，有關(guān)KD遺傳模式、易感基因位點及基因多態(tài)性等方面的研究不僅為發(fā)現(xiàn)易感人群、早期預(yù)防提供寶貴的理論基礎(chǔ)，而且對闡明其發(fā)病機制、協(xié)助臨床診斷等具有重大意義。

3 細胞生物學(xué)研究

3.1 成纖維細胞 Fb是參與KD形成的關(guān)鍵效應(yīng)細胞，它可分泌ECM的主要成分-III型及I型膠原，當Fb過度增殖時，大量膠原蛋白生成且進行病理性交聯(lián)，使ECM發(fā)生沉積和重構(gòu)[12]。此外，在線粒體通路的細胞凋亡中，以Bax為代表的促凋亡蛋白和以Bcl-2為代表的抑凋亡蛋白表達失衡[13]，或者是另一重要促凋亡分子Caspase-3蛋白低表達[14]，均會導(dǎo)致Fb凋亡抑制從而促使KD形成。因此，調(diào)控Fb增殖與凋亡的平衡對于抑制KD的形成至關(guān)重要。

3.2 肌成纖維細胞 在損傷修復(fù)增殖階段，F(xiàn)b逐漸增殖分化為分泌功能更強的肌成纖維細胞(Myofibroblast，MFb)，它既可以分泌α-平滑肌肌動蛋白(α-smooth muscle actin，α-SMA)促進創(chuàng)面愈合，又可以分泌III型及I型膠原，協(xié)助Fb完成ECM重塑[15]?；罨腗Fb的特征性細胞標志物在KD組織中高表達，直接說明了MFb參與了KD的形成[16]。近期，Science雜志刊文稱骨形成蛋白4(Bone Morphogenetic Protein，BMP4)可通過激活BMP4/smad通路誘導(dǎo)人KD組織MFb向脂肪細胞分化，從而抑制KD形成[17]。所以，除了抑制Fb向MFb過度分化外，促進MFb轉(zhuǎn)化無分泌功能的細胞從而減少ECM沉積，可以成為抑制KD形成的另外一條途徑。

3.3 角質(zhì)細胞 角質(zhì)細胞可分泌PDGF和TGF-β，刺激真皮Fb增殖活化并向MFb轉(zhuǎn)化，產(chǎn)生大量 ECM成分[18]。Hahn等[19]發(fā)現(xiàn)KD角質(zhì)細胞與正常組織角質(zhì)細胞相比，運動能力增強，黏附減少，大量參與上皮-間充質(zhì)轉(zhuǎn)化的基因上調(diào)，由此推斷KD的持續(xù)性生長可能與角質(zhì)細胞密切相關(guān)，此發(fā)現(xiàn)揭示了角質(zhì)細胞對KD形成具有更為直接的作用，其內(nèi)在固有因素在KD持續(xù)性生長中可能扮演正相關(guān)的角色。

3.4 黑色素細胞 正常情況下，黑素細胞不會增殖及分泌細胞因子，但局部微環(huán)境改變時，可通過激活TGF-β通路刺激Fb增殖，增加膠原合成[20]。Luo等[21]認為KD組織中Fb大量增殖分化的原因之一是α促黑激素(a-melanocyte-stimulating hormone，α-MSH)的受體MC1R表達下調(diào)，使具有抗纖維化作用的α-MSH/MC1R信號通路受到抑制。雖然以上研究為黑色素細胞促KD形成提供了一些證據(jù)，但皮膚色素痣的患者并無易患KD的資料支持，因此研究者認為此領(lǐng)域仍有進一步探索的空間。

3.5 肥大細胞 皮膚損傷修復(fù)過程中，肥大細胞聚集在損傷部位，通過釋放各種炎癥介質(zhì)以及絲氨酸蛋白酶來維持結(jié)締組織穩(wěn)態(tài)以及參與纖維化等病理過程[22,23]。Dong等[24]認為糜蛋白酶作為肥大細胞分泌的一種趨化因子，在KD組織中具有較高的活性，它可通過激活TGF-β/Smad通路促進Fb增殖及膠原合成。雖然肥大細胞在傷口愈合、炎癥、纖維化等方面的作用已被廣泛研究和證實，但其促KD形成的相關(guān)性研究尚處于起步階段，缺乏有力證據(jù)支持。

目前，KD的細胞生物學(xué)研究以及治療策略主要針對成纖維細胞及肌成纖維細胞，包括抑制其增殖分化促進其凋亡等，這些干預(yù)措施很難取得長期的成功，因此未來的研究需要考慮多細胞之間的相互作用，才能多方位、全面地制定有效的預(yù)防和治療策略。

4 細胞因子研究

4.1 轉(zhuǎn)化生長因子-β(transforming growth factor, TGF-β) TGF-β是目前已知的與KD關(guān)系最密切、最具代表性的一種促纖維化細胞因子[25]。其中以TGF-β1所占比例最高(>90%)，活性最強，可刺激Fb增殖分化，上調(diào)α-SMA及膠原的表達，促進ECM合成及血管生成[26]。無瘢痕愈合和瘢痕愈合這兩種不同修復(fù)方式的主要區(qū)別之一為TGF-β表達水平的差異，與正常組織Fb相比，體外培養(yǎng)的瘢痕疙瘩Fb中 TGF-β1、TGF-β2表達明顯上調(diào)[27]。眾多研究亦表明[28,29]，直接抑制TGF-β信號蛋白及其受體表達可以不同程度緩解KD的形成。

4.2 堿性成纖維細胞生長因子(bacic fibroblast growth factor，bFGF) 堿性成纖維細胞生長因子是一種多功能多肽，可促進成纖維細胞、角質(zhì)形成細胞等的增殖和分化，與組織重建及創(chuàng)傷修復(fù)密切相關(guān)[30]。近年來，bFGF的抗瘢痕作用已在動物模型和臨床應(yīng)用中得到證實，術(shù)后給予bFGF也能抑制增生性瘢痕的形成且無不良反應(yīng)[31,32]。然而其具體作用機制尚未完全明確，相關(guān)研究認為這可能與抑制TGF-β1/Smad通路減少α-SMA分泌有關(guān)[33]，亦有研究表明bFGF可通過調(diào)控Notch1/Jagged1 通路來抑制表皮干細胞向MFb分化，從而抑制瘢痕的形成[34]。

4.3 胰島素樣生長因子(insulin-like growth factor，IGF) 胰島素樣生長因子IGF-1和IGF-2是強效的有絲分裂原和凋亡抑制劑，通過與胰島素樣生長因子- I受體(IGFIR)結(jié)合，在細胞增殖、存活和凋亡抑制中發(fā)揮重要作用。IGF-1/IGF-IR通路與許多纖維化疾病有關(guān)，如腎纖維化、大鼠肝纖維化等，研究發(fā)現(xiàn)IGF-IR在KD中組織中高表達，它通過增加成纖維細胞的侵襲性 及抑制其凋亡從而發(fā)揮促瘢痕效應(yīng)，因此靶向于成纖維細胞中的IGF-IR可能有助于防止瘢痕形成[35]。

4.4 血小板源性生長因子(platelet derived growth factor，PDGF) PDGF是一種血清絲裂原，既往研究發(fā)現(xiàn)它可誘導(dǎo)細胞有絲分裂、刺激細胞增殖，促使成纖維細胞趨化，并且在KD組織局部可檢測到PDGF高表達，以上均說明它具有一定的促瘢痕效應(yīng)[36,37]。但Lee等[36]發(fā)現(xiàn)與正常組織成纖維細胞相比，KD組織成纖維細胞的PDGF-BB及其受體的表達水平反而下降，他認為由于 PDGF-BB能上調(diào)間質(zhì)膠原酶基因表達水平，加速膠原蛋白代謝、抑制ECM沉積，因此PDGF-BB減少可能會導(dǎo)致過度纖維化。故而， PDGF與KD發(fā)病相關(guān)性仍存有爭議。

4.5 血管內(nèi)皮生長因子(vescular endothelial growth factor，VEGF) VEGF是一種特異性血管內(nèi)皮細胞有絲分裂原，對血管生成、ECM的產(chǎn)生均發(fā)揮重要作用[22]。無疤痕胎兒傷口與纖維化胎兒傷口相比，VEGF水平較低且血管形成少，添加外源性VEGF可將無疤痕表型轉(zhuǎn)化為瘢痕表型；將成人傷口中的VEGF中和后對瘢痕有一定的改善作用，以上均表明VEGF與KD形成直接相關(guān)[38]。VEGF的促瘢痕效應(yīng)逐漸被證實，但其具體作用機制尚不明確，有待進行進一步深入研究。

除以上細胞因子外，還有眾多因子(IL-6、TNF-α等)參與KD形成，這些因子的作用機制尚不完全明確或存有爭議，唯有通過進一步深入挖掘，才能為運用抗體中和療法來治療KD或其它纖維化疾病提供更為扎實的基礎(chǔ)支持。

5 纖維化相關(guān)信號通路

5.1 TGF-β通路 TGF-β/Smad信號通路在多種纖維化疾病中發(fā)揮重要作用，亦是研究KD的經(jīng)典通路，此信號通路的持續(xù)激活或抑制減弱，易導(dǎo)致持久的自分泌正反饋環(huán)，最終促使Fb增殖分化，ECM過度沉積[39]?；罨蟮腡GF-β與TβR-II結(jié)合后并激活TβR-I，誘導(dǎo)Smad2/3蛋白磷酸化，形成Smad2/3與Smad4結(jié)合的轉(zhuǎn)錄復(fù)合物進入核內(nèi)，從而將生物信號由胞膜傳導(dǎo)至胞內(nèi)[27]，Smad7為此通路的負反饋調(diào)節(jié)蛋白[40]。通過抑制TGF-β以及調(diào)控Smads的表達，已被證明可減少膠原合成，促進膠原降解，從而減輕皮膚纖維化[28，41]。

5.2 絲裂原活化蛋白激酶(mitogen activated proteinkinase，MAPK)通路 MAPK 是一類介導(dǎo)細胞內(nèi)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)的絲氨酸-蘇氨酸蛋白激酶，由3個亞族組成：細胞外信號調(diào)節(jié)激酶(Extracellular signal regulated kinase, ERK)、c-Jun氨基末端激酶(c-Jun N-terminal kinase, JNK)和p38激酶[42]。對于體外培養(yǎng)的瘢痕疙瘩成纖維細胞，JNK和p38抑制劑可明顯干擾Smad2/3/4復(fù)合物的形成；積雪草苷通過抑制MAPK/Smad通路可阻礙瘢痕疙瘩Fb的侵襲性生長[43-45]。MAPK通路雖然可通過介導(dǎo)TGF-β1 / Smad通路發(fā)揮作用，但二者之間的相互作用十分復(fù)雜，具有細胞特異性，其機制仍未完全明確。

5.3 整合素(Integrin)通路 整合素是Fb與周圍ECM結(jié)合的跨膜受體，由α和β兩個亞 單位組成，其中α1β1、α2β1主要結(jié)合膠原，有利于細胞增殖及分化[46]。在KD形成過程中，由于機械力的增加使Fb產(chǎn)生高壓，從而對整合素施壓使其釋放一種活化的TGF-β，促進膠原沉積；若整合素β1缺失，則不能激活TGF-β，導(dǎo)致膠原蛋白生成減少[43]。由此可見，整合素表達的改變可能影響TGF-β信號轉(zhuǎn)導(dǎo)，以此通路為靶點拮抗KD形成有望成為治療KD的新方向。

5.4 哺乳動物雷帕霉素靶蛋白(mammalian target of rapamycin，mTOR)通路 mTOR是一種絲氨酸/蘇氨酸激酶，參與調(diào)節(jié)細胞的基本生物學(xué)功能。mTOR復(fù)合體1(TORC1)通路在成熟的KD組織中被強烈激活，因此促進膠原合成及ECM沉積[47]。特異性阻斷mTOR可削弱KD成纖維細胞中膠原合成基因的表達[48]，mTOR抑制劑在KD成纖維細胞體外培養(yǎng)中也表現(xiàn)出很強的抗纖維化活性[49]。但是由于細胞培養(yǎng)基中含有高水平的氨基酸和胰島素等可激活mTOR信號的潛在因素，可能對實驗結(jié)果造成一定影響，因此其臨床有效性有待進一步驗證。

除以上通路外，亦有Wnt、IGF-I等通路在KD形成過程中發(fā)揮作用，盡管其作用機制尚未完全明確，但可以肯定的是KD形成絕非只是一個線性方向通路起作用，而是多通路的復(fù)雜調(diào)控機制，以多通路間的連接區(qū)域為靶點或者選擇可以同時作用于不同通路多個靶點的藥物，同時對多通路進行調(diào)控，可以作為治療KD的一個思路。

6 展望

KD的形成過程是一個多基因、多細胞、多因子、多通路共同調(diào)節(jié)的復(fù)雜過程，其發(fā)病機制尚不完全明確，多認為Fb是參與其形成的主要細胞，TGF-β通路是主要信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑。由于KD成纖維細胞在不同人群中具有一定的異質(zhì)性，體外實驗結(jié)果常常不一致，因此，應(yīng)從KD標準模型中收集KD成纖維細胞并且用于無差別的細胞培養(yǎng)研究。目前治療KD的方法多種多樣，但是療效都不理想，其治療方法大多側(cè)重于治療KD病變組織，而較少針對形成機制，因此臨床實驗可多向此方向側(cè)重。