Egr1 影響瘢痕疙瘩發(fā)病機制的研究進展

聶文婷，秦海燕，張連波

(吉林大學中日聯(lián)誼醫(yī)院 整形外科，吉林 長春130033)

瘢痕疙瘩是一種皮膚纖維性良性腫瘤，主要表現(xiàn)為成纖維細胞過度增殖和細胞外基質(ECM)過量沉積[1]，是皮膚損傷和刺激后傷口異常愈合的結果[2，3]。在發(fā)達國家，每年約1億人不同程度受瘢痕的困擾[4]。在所有種族的個體中均可見瘢痕疙瘩的形成，但白化病患者中未見發(fā)病。根據瘢痕疙瘩的數(shù)量，大小和位置不同，其可不同程度影響患者的生活質量，身體狀況和心理健康，如患者局部美觀改變、主觀感受異常(瘙癢、疼痛等)及瘢痕攣縮所導致的功能性障礙等[5]。瘢痕疙瘩組織學特征包括成纖維細胞的增生和ECM尤其是膠原蛋白的過度沉積和無序排列[3]。目前現(xiàn)有的預防和治療策略主要包括壓力治療、硅凝膠片治療、冷凍治療、放射治療、激光治療、藥物治療(曲安奈德、干擾素、5-氟尿嘧啶等)和手術切除[6]。由于瘢痕疙瘩的具體發(fā)病機制目前尚不完全明確，盡管以上治療方法目前可暫緩其發(fā)病進程，但臨床仍缺乏有效的根治性手段。瘢痕疙瘩其高復發(fā)率對整形外科醫(yī)生來說仍是一個巨大的挑戰(zhàn)[6,7]。

早期生長反應因子1(Egr1)也稱為Zif268，NGFI-A，Krox 24或TIS8,被定義為59kDa的鋅指轉錄因子。作為一種重要的轉錄因子，Egr1已被揭示在多種途徑中發(fā)揮重要作用，其表達與多種人類疾病進程相關，包括癌癥、炎癥、動脈粥樣硬化和一些纖維化疾病[1,8]。 Egr1通過調節(jié)多種下游基因的轉錄，從而影響炎癥、基質形成、血栓形成、細胞凋亡和重塑。其突出的下游基因靶點包括成纖維細胞生長因子2、CD44、纖維連接蛋白、基質金屬蛋白酶(MMPs)、纖溶酶原激活物抑制劑-1、尿纖溶酶原激活物(uPA)、p53 、腫瘤壞死因子(TNF)等[6,9]。Egr1也是在纖維化中高度表達的一類促纖維化基因[1]，其作用包括激活生長和分化相關靶基因的轉錄；但當Egr1過表達時則起到抑制細胞增殖、促進細胞凋亡的作用，敲除Egr1基因時可促進細胞增殖[10]。我們從ArrayExpress數(shù)據庫下載源自瘢痕疙瘩和增生性瘢痕的微陣列數(shù)據，通過功能和途徑分析研究瘢痕疙瘩和增生性瘢痕樣本中常見的差異表達基因(DEG)推測出Egr1是皮膚瘢痕形成的重要調控因子[11]。本文通過對創(chuàng)口愈合和瘢痕疙瘩形成機制多個方面的闡述，對Egr1可能參與瘢痕疙瘩形成的機制做一綜述。

1 創(chuàng)傷愈合概述

瘢痕疙瘩是由于傷口愈合異常引起的纖維增生性疾病，定義為某些傷口愈合過程的調節(jié)增加或減少。因此，為了明確瘢痕疙瘩的發(fā)病機制，了解創(chuàng)傷愈合的基本過程是必不可少的。

傷口形成后，通過血小板脫顆粒，補體激活和凝血級聯(lián)反應，形成用于止血的纖維蛋白凝塊，也可用作傷口修復的支架[6]。血小板脫顆粒負責釋放和激活一系列強效細胞因子，如表皮生長因子(EGF)、胰島素樣生長因子(IGF-I)、血小板衍生生長因子(PDGF)和轉化生長因子β(TGF-β)，作為用于募集中性粒細胞、巨噬細胞、上皮細胞、肥大細胞、內皮細胞和成纖維細胞的趨化劑[5,6]。與來自正常組織的成纖維細胞相比，源自瘢痕疙瘩組織的成纖維細胞表現(xiàn)為以上生長因子受體及受體反應性的增加。在創(chuàng)口形成后48至72小時內，愈合過程由炎癥期過渡為增殖期，增殖期可持續(xù)3至6周[5]。此時募集的成纖維細胞合成修復組織的支架，即ECM。ECM主要由原膠原，彈性蛋白，蛋白多糖和透明質酸等組成，橋接傷口并允許血管向內生長[12]。在增殖后期，一部分成纖維細胞與巨噬細胞分化成肌成纖維細胞，肌成纖維細胞含有肌動蛋白絲，有助于引發(fā)傷口收縮[6]。成纖維細胞和肌成纖維細胞產生的ECM主要以膠原蛋白的形式存在。一旦傷口閉合，未成熟的瘢痕可以過渡到最后的成熟階段，豐富的ECM被降解，并且早期傷口的未成熟Ⅲ型膠原被修飾成成熟的Ⅰ型膠原[12]，這些積累的膠原蛋白是瘢痕的主要成分[5]。傷口凝塊向肉芽組織的轉化需要ECM蛋白沉積和降解之間的微妙平衡，當該過程被破壞時可導致瘢痕疙瘩或肥厚性瘢痕形成[6]。

2 Egr1與瘢痕疙瘩

2.1 機械張力

在影響病理性瘢痕進展的眾多局部因素中，最重要的是局部機械張力[3]。瘢痕疙瘩的生長方向很大程度上取決于傷口部位周圍皮膚的張力方向，如胸大肌收縮時，胸廓外展，前胸壁皮膚的張力方向呈水平方向；因此，胸壁瘢痕疙瘩總是呈現(xiàn)水平方向生長[3]。瘢痕疙瘩好發(fā)于前胸、肩和耳垂等張力較高的部位，而眼瞼、生殖器和足底等張力較小的位置通常受影響較小[6]。因此有人認為瘢痕疙瘩可能是由于真皮細胞機械感受器或皮膚感覺纖維的機械敏感傷害感受器的過度反應或功能性衰竭所致[13]。有學者發(fā)現(xiàn)，在瘢痕疙瘩組織中，編碼機械感受器的CXCR1基因，其 mRNA的表達顯著高于正常皮膚組織。該研究結果表明，CXCR1基因和蛋白表達改變與瘢痕疙瘩發(fā)展有關，強調了機械張力在瘢痕疙瘩發(fā)生發(fā)展中的重要性[13]。Egr1是一種機械敏感基因，Egr1上調以響應組織損傷或機械應力[14]。Egr1已被證明可作用于血管系統(tǒng)中機械信號的下游[15]，Egr1也可以感知肌腱中的機械信號并在變化時調節(jié)肌腱基因表達[16]。因此，Egr1可能作為瘢痕疙瘩的機械張力敏感位點，以影響瘢痕疙瘩的發(fā)生與發(fā)展。

2.2 炎癥

2.2.1創(chuàng)口愈合炎癥期 創(chuàng)口愈合期間，炎癥在對抗感染，清除碎片和誘導增殖期中起作用，它是愈合的必要部分。在這個階段，浸潤的血小板、巨噬細胞、成纖維細胞和其他細胞產生和分泌各種細胞因子如IL-1、PDGF、EGF、TGF-β和TNF-α，它們積累在傷口部位，通過相互作用參與多種事件包括細胞遷移、增殖、細胞外基質蛋白合成和降解，影響愈合、重塑或纖維化。因此，炎癥程度和傷口局部的生長因子和細胞因子水平對于傷口愈合是重要的。然而，過度炎癥也可導致組織損傷和瘢痕過度形成[5]。迄今為止的證據顯示，與正常創(chuàng)傷愈合過程相比，瘢痕疙瘩組織中存在大量免疫細胞浸潤，炎癥期延長；成纖維細胞活性增加，ECM沉積更多更久[15]。據報道，IL-6和TNF-α等促炎因子在瘢痕疙瘩組織中明顯增加[17]，由此推測瘢痕疙瘩患者皮膚中的促炎基因對創(chuàng)傷敏感性增加，即它們在真皮損傷時更容易上調；并且比其他人的相同基因更容易維持這種上調。因此也有人認為瘢痕疙瘩和增生性瘢痕不是皮膚腫瘤，而是皮膚炎癥性疾病[3]。與正常皮膚成纖維細胞相比，在體外培養(yǎng)的瘢痕疙瘩成纖維細胞中，核因子kappaB(NF-κB)活性增加，并且瘢痕疙瘩成纖維細胞的存活和發(fā)育在很大程度上取決于NF-κB信號轉導。因此，也有學者認為NF-κB信號通路在瘢痕疙瘩組織成纖維細胞中被異常激活，導致瘢痕疙瘩炎癥持續(xù)存在[17]。

Egr1可以在損傷部位通過各種急性刺激被長期誘導，包括細胞因子、氧化脂質、血管緊張素Ⅱ、缺氧、H2O2和機械損傷[12]。TNF-α是一種參與多種炎癥事件的促細胞因子，主要通過激活ERK1/2誘導Egr1的表達[18]。一些研究表明，由TNF-α誘導的Egr1與腎、肝及肺的纖維化和炎癥有關。Egr1通常與轉錄因子NF-κB協(xié)同作用，促進炎癥介質的轉錄，導致嚴重的組織損傷。Egr1本身也可調節(jié)NF-κB的轉錄活性[19]。在Egr1缺失小鼠中，早期炎癥細胞浸潤減少以及隨后纖維化程度下降。因此，在瘢痕疙瘩形成過程中，Egr1與炎癥密切相關。

2.2.2炎癥因子TGF-β TGF-β信號傳導的異?；罨邱：鄹泶竦钠鹗己瓦M展所必需的。TGF-β1和TGF-β2是膠原蛋白和蛋白多糖合成中最重要的刺激因子，它們不僅通過刺激膠原蛋白合成，而且通過阻止其分解來影響ECM重塑。此外，已在瘢痕疙瘩衍生的成纖維細胞中發(fā)現(xiàn)TGF-β1和TGF-β2的過表達[6]。在研究纖維化分子發(fā)病機制的過程中，有研究發(fā)現(xiàn)TGF-β可以作為誘導正常皮膚和肺成纖維細胞中Egr1表達的有效刺激[20]，并且TGF-β1基因的啟動子含有至少兩個Egr1結合位點，因此自發(fā)的TGF-β活化也可以通過Egr1介導，并且缺乏Egr1能夠改善博來霉素誘導的皮膚和肺纖維化，減弱成纖維細胞對TGF-β的反應[19]。這種Egr1反應獨立于Smad2/3，并且通過激活涉及促分裂原活化蛋白激酶(Erk1/2)和三元復合因子(Elk-1.20)的細胞內信號級聯(lián)而發(fā)生[20]。Egr1通過TGF-β上調纖溶酶原激活物抑制劑-1(PAI-1)和纖維連接蛋白的表達[14]。抑制Egr1活性也可以通過下調TGF-β，α-平滑肌肌動蛋白(α-SMA)和I型膠原來抑制腎間質纖維化[8]。因此，Egr1是纖維化背景下TGF-β信號傳導的重要介質。

2.3 免疫反應類型

最近的證據表明，不僅炎癥的嚴重程度影響個體肥厚性瘢痕和瘢痕疙瘩的易患性，免疫反應的類型也是病理性瘢痕形成的重要影響因素[15]。T-輔助(Th)CD41細胞被認為是傷口愈合中的主要免疫調節(jié)劑[6]。Th2細胞因子假說表明纖維化是Th2主導的組織炎癥的結果，其中IL-4、IL-5、IL-6和IL-13被認為與促纖維化有關，IL-10則與抗纖維化有關[5]。有研究表明IL-13通過Egr1依賴性和非依賴性途徑調節(jié)下游基因轉錄，包括MMP-9、uPA、TSP-1和CD44在內的眾多基因的表達；這也將增加活性TGF-β1的產生，并進一步刺激Egr1的產生，其可能導致纖維化病癥的慢性進展或增加其嚴重程度。當Egr1基因被敲除后，IL-13的促纖維化作用顯著降低[9]。以上表明Egr1在纖維化進程中起著至關重要的作用。

2.4 細胞增殖和凋亡

瘢痕疙瘩形成的生物學基礎在于成纖維細胞的顯著增殖和凋亡抑制；ECM尤其膠原的合成與降解之間的不平衡以及某些細胞因子的改變。大多數(shù)學者認為成纖維細胞的異常增殖是病理性瘢痕增生和持續(xù)存在的主要原因[17]。有研究表明，與正常皮膚成纖維細胞相比，瘢痕疙瘩成纖維細胞表現(xiàn)出顯著增加的細胞增殖和抗凋亡能力；Ladin等證實瘢痕疙瘩成纖維細胞的凋亡率相對較低，這與凋亡相關基因，如p53蛋白、bcl-2和fas基因表達下降有關[17,21]。Wnt/β-連環(huán)蛋白信號通路可能通過激活細胞周期蛋白D1、C-myc、e-fos的轉錄[6]或者通過與端粒酶的相互作用促進瘢痕疙瘩細胞增殖并抑制瘢痕疙瘩細胞凋亡[22]。Wnt /β-連環(huán)蛋白信號通路與TGF-β信號通路之間存在交叉對話，促進纖維化和共調節(jié)[6]。Egr1已被證明參與各種細胞的增殖及凋亡過程。一方面，被激活的Egr1誘導細胞從G0進入G1期，加快細胞增殖；另一方面，Egr1還可以通過與轉錄因子c-Jun結合并通過激活PTEN基因來上調p53的表達，從而促進細胞凋亡[14]。因此，Egr1的過表達可能引起瘢痕疙瘩成纖維細胞的異常增殖和凋亡。

2.5 上皮-間質轉化(EMT)

眾所周知，角質形成細胞參與傷口愈合多個進程。近期大量研究表明，角質形成細胞在異常瘢痕形成過程中具有重要作用。瘢痕疙瘩角質形成細胞在體外表現(xiàn)出更高的遷移率，因此有人提出角質形成細胞可以通過EMT過程直接促成纖維化[7]。有研究描述了瘢痕疙瘩角質形成細胞的基因表達譜，其揭示了涉及EMT的眾多基因的異常表達，表明EMT參與瘢痕疙瘩病理過程[7]。EMT是上皮細胞失去其細胞極性和細胞-細胞粘附，侵入和遷移特性形成，并最終成為間充質細胞的過程。在EMT中，上皮細胞失去其上皮特征獲得間充質性狀[7]。EMT已被證實可在傷口愈合、器官纖維化和癌癥發(fā)展中發(fā)揮重要作用[23]，并且EMT被認為多與疾病的侵襲、復發(fā)和耐藥性有關[24]。其中Ⅱ型EMT作為修復過程的一部分在組織損傷的情況下發(fā)生，并且與炎癥相關；能夠在傷口愈合和炎癥消退后停止或逆轉。然而，在存在慢性炎癥的情況下，修復過程可能會延長，導致ECM過量沉積并形成纖維化。因此，Ⅱ型EMT與組織纖維化有關[7]。TGF-β1是EMT的主要誘導因子，在EMT期間，TGF-β1信號傳導通過經典途徑和非經典的Smad非依賴性途徑發(fā)生。例如，有絲分裂原活化蛋白激酶(MAPK)家族的成員，如ERK1/2和p38 MAPKs?？傊Y果表明TGF-β1/ Smad2/3和ERK1/2信號傳導途徑調節(jié)部分重疊，以調節(jié)瘢痕疙瘩中角質形成細胞的遷移和粘附[7]。Ma等證明EMT現(xiàn)象存在于瘢痕疙瘩組織中，并且在低氧條件下，HIF-1α上調波形蛋白和纖維連接蛋白的表達，下調瘢痕疙瘩角質形成細胞中E-鈣粘蛋白和ZO-1的表達。也就是說，低氧促進EMT現(xiàn)象并增強瘢痕疙瘩角質形成細胞的侵襲能力[23]。

最近研究表明，缺乏Egr1的皮膚成纖維細胞在體外表現(xiàn)為遷移減少和肌成纖維細胞轉分化；相反，成纖維細胞特異性Egr1過表達的轉基因小鼠表現(xiàn)出極強的組織修復能力、膠原蛋白積聚增加和傷口的拉伸強度增強[20]。這些研究結果證明，Egr1參與皮膚成纖維細胞EMT過程。有研究表明Egr1參與腎小管EMT ，影響腎纖維化[15]。 也有人提出miR-301b通過靶向調節(jié)膀胱癌中Egr1，從而增強EMT信號傳導途徑，抑制BLCA細胞遷移和侵襲[25]。因此，我們認為，Egr1可能通過影響TGF-β1，參與瘢痕疙瘩的EMT過程，進而影響瘢痕疙瘩的纖維化進程。

3 展望

Egr1已被證明參與多種纖維化疾病進程，但在瘢痕疙瘩形成中的作用機制還知之甚少。本文已從多個方面論述了Egr1可能參與瘢痕疙瘩發(fā)生發(fā)展的分子機制，但還需要進一步證實?？傊?，Egr1有望成為瘢痕疙瘩治療的新靶點，可以為瘢痕疙瘩的治療提供新思路。