皮膚創(chuàng)面愈合過程中神經(jīng)與血管的相互作用

劉衒哲 徐佳 文根 吳天一 劉珅 柴益民

創(chuàng)面延遲愈合或不愈合將對患者生活質(zhì)量造成極大影響，嚴(yán)重者可導(dǎo)致截肢甚至危及生命。創(chuàng)面愈合過程分為3個時期：炎癥期、增殖期和重塑期，該過程中神經(jīng)與血管的相互作用具有重要調(diào)節(jié)意義[1]。近年，在皮膚創(chuàng)面愈合研究中，神經(jīng)與血管的相互作用成為研究熱點(diǎn)，對相關(guān)研究的深入了解有助于解決臨床難題。為此，我們回顧文獻(xiàn)，對皮膚創(chuàng)面愈合過程中神經(jīng)與血管相互作用的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。

1 神經(jīng)系統(tǒng)促進(jìn)血管再生的作用

神經(jīng)血管微環(huán)境的協(xié)同作用已被廣泛應(yīng)用于皮膚創(chuàng)面愈合研究中，所涉及的神經(jīng)系統(tǒng)包括中樞神經(jīng)系統(tǒng)、周圍神經(jīng)系統(tǒng)和自主神經(jīng)系統(tǒng)，它們對促進(jìn)血管再生具有不同作用。

1.1 中樞神經(jīng)系統(tǒng)

脊柱裂或脊髓損傷的患者可出現(xiàn)感覺神經(jīng)和自主神經(jīng)支配功能受損，這些患者通常表現(xiàn)出脊髓損傷平面以下的創(chuàng)面愈合不良[2]。Kiya等[1]的實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，大鼠脊髓半切側(cè)創(chuàng)面在14 d后愈合顯著減慢。脊髓血管運(yùn)動神經(jīng)細(xì)胞損傷的患者，創(chuàng)面處血流灌注降低，導(dǎo)致輸送的營養(yǎng)物質(zhì)減少。此外，脊髓損傷后皮膚創(chuàng)面處巨噬細(xì)胞減少，也抑制了創(chuàng)面愈合[3]。以上研究表明，中樞神經(jīng)系統(tǒng)在創(chuàng)面愈合的血管再生調(diào)控中發(fā)揮重要作用，但其具體機(jī)制尚不明確。

1.2 周圍神經(jīng)系統(tǒng)

皮膚真皮層有豐富的感覺神經(jīng)支配。Alapure等[4]發(fā)現(xiàn)，手術(shù)切除小動物耳廓皮神經(jīng)可阻礙皮膚創(chuàng)面愈合。進(jìn)一步的研究發(fā)現(xiàn)，皮膚感覺神經(jīng)纖維末梢可產(chǎn)生多種神經(jīng)肽，如P物質(zhì)、降鈣素基因相關(guān)肽(CGRP)、神經(jīng)激肽A和血管活性腸肽(VIP)等[5]。在創(chuàng)面愈合過程中，這些神經(jīng)肽均具有擴(kuò)張血管與促進(jìn)血管再生的作用[5]，從而表明感覺神經(jīng)對創(chuàng)面愈合中血管調(diào)控具有重要作用。

1.3 自主神經(jīng)系統(tǒng)

皮膚含有豐富的沿毛細(xì)血管走行的交感神經(jīng)，交感神經(jīng)通過調(diào)節(jié)血管再生促進(jìn)皮膚創(chuàng)面愈合[1]。有研究顯示，在糖尿病小鼠創(chuàng)面愈合過程中，去除交感神經(jīng)的調(diào)控作用將加速創(chuàng)面收縮，這可能與創(chuàng)面中血管功能不良有關(guān)[6]。而副交感神經(jīng)在皮膚中分布較少[7]，其在皮膚創(chuàng)面愈合中促進(jìn)血管再生的作用有待深入研究。

2 細(xì)胞之間的協(xié)同作用

2.1 施旺細(xì)胞

皮膚中的施旺細(xì)胞來源于表達(dá)Prss56和Krox20的邊界帽細(xì)胞，它們是一種神經(jīng)嵴細(xì)胞的亞群[8]。近年的研究還表明，皮膚中的施旺細(xì)胞與血管周細(xì)胞具有高度相似的基因表達(dá)水平[9]，有潛在的相互轉(zhuǎn)變能力。在創(chuàng)面愈合過程中，施旺細(xì)胞會隨著血管再生進(jìn)行遷移、增殖，進(jìn)而快速實(shí)現(xiàn)創(chuàng)面的神經(jīng)再支配[10]。Parfejevs等[11]發(fā)現(xiàn)，使用施旺細(xì)胞缺失的Sox10基因敲除小鼠構(gòu)建皮膚創(chuàng)面缺損模型，其創(chuàng)面愈合收縮減慢。進(jìn)一步的研究發(fā)現(xiàn)，小鼠皮膚中的成熟施旺細(xì)胞在創(chuàng)面處轉(zhuǎn)化為去分化的修復(fù)狀態(tài)，并可產(chǎn)生與血管生成和炎癥趨化相關(guān)的因子，參與創(chuàng)面修復(fù)[11]。體外實(shí)驗(yàn)表明，施旺細(xì)胞還可促進(jìn)血管內(nèi)皮細(xì)胞遷移，這可能與施旺細(xì)胞分泌的血管內(nèi)皮細(xì)胞生長因子(VEGF)相關(guān)[12]，其具體機(jī)制尚待進(jìn)一步研究。

2.2 血管內(nèi)皮細(xì)胞

血管內(nèi)皮細(xì)胞位于神經(jīng)纖維周圍，其與神經(jīng)纖維協(xié)同，發(fā)揮調(diào)節(jié)創(chuàng)面愈合的作用[8]。感覺神經(jīng)纖維末梢可釋放P物質(zhì)和CGRP等因子，誘導(dǎo)血管內(nèi)皮細(xì)胞變圓，細(xì)胞通透性增加，并使白細(xì)胞介素(IL)-6表達(dá)上調(diào)。血管內(nèi)皮細(xì)胞在P物質(zhì)作用下可上調(diào)神經(jīng)生長因子的表達(dá)，從而通過旁分泌途徑產(chǎn)生神經(jīng)營養(yǎng)蛋白，促進(jìn)創(chuàng)面修復(fù)[13]。

2.3 其他細(xì)胞

除上述細(xì)胞外，皮膚的神經(jīng)血管周圍還有免疫細(xì)胞、成纖維細(xì)胞、角質(zhì)形成細(xì)胞和Merkel細(xì)胞等[14]。其中，免疫細(xì)胞(包括巨噬細(xì)胞、中性粒細(xì)胞和肥大細(xì)胞等)普遍具有遞呈抗原至內(nèi)皮細(xì)胞和釋放炎性因子促進(jìn)血管再生的功能，還可通過皮膚神經(jīng)免疫作用維持皮膚穩(wěn)態(tài)。成纖維細(xì)胞主要通過分泌細(xì)胞外基質(zhì)及產(chǎn)生血管基底膜為神經(jīng)支配和血管再生提供條件[15]。角質(zhì)形成細(xì)胞表面有神經(jīng)肽受體，可在神經(jīng)肽作用下加速創(chuàng)面愈合過程的上皮化進(jìn)程[16]。此外，大鼠Merkel細(xì)胞神經(jīng)節(jié)復(fù)合體除可感受自身的機(jī)械作用外，還可上調(diào)神經(jīng)生長相關(guān)基因的表達(dá)，并可分泌神經(jīng)遞質(zhì)，介導(dǎo)皮膚愈合[16]。

3 神經(jīng)肽促進(jìn)血管再生

創(chuàng)面愈合過程中發(fā)揮作用的神經(jīng)肽主要包括P物質(zhì)、CGRP、VIP和垂體腺苷環(huán)化酶激活肽(PACAP)等，它們通過不同方式促進(jìn)創(chuàng)面愈合中的血管再生[1]。

3.1 P物質(zhì)

P物質(zhì)屬于速激肽家族的結(jié)構(gòu)相關(guān)肽，其受體是G蛋白偶聯(lián)受體，也被稱為神經(jīng)激肽受體[17]。神經(jīng)激肽受體-1不僅在神經(jīng)細(xì)胞中表達(dá)，在角質(zhì)形成細(xì)胞、成纖維細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞、平滑肌細(xì)胞及免疫細(xì)胞中均有表達(dá)[14]。外源性的P物質(zhì)凝膠能夠顯著促進(jìn)創(chuàng)面愈合[18]。有研究顯示，在糖尿病大鼠模型中，于創(chuàng)面處使用外源性P物質(zhì)有助于促進(jìn)血管新生，加速創(chuàng)面愈合[19]。在創(chuàng)面愈合的炎癥期，P物質(zhì)具有促進(jìn)血管再生的重要作用，其不僅可以通過增加內(nèi)源性一氧化氮釋放直接作用于血管內(nèi)皮細(xì)胞，刺激血管擴(kuò)張和增強(qiáng)毛細(xì)血管通透性[5]，還可以上調(diào)內(nèi)皮細(xì)胞黏附分子的表達(dá)。此外，P物質(zhì)通過刺激炎癥細(xì)胞活性來調(diào)節(jié)促炎因子釋放，改善創(chuàng)面愈合[5]。在創(chuàng)面愈合的增殖期，P物質(zhì)可以通過促進(jìn)DNA合成，刺激成纖維細(xì)胞、角質(zhì)形成細(xì)胞和內(nèi)皮細(xì)胞增殖，還可通過動員內(nèi)皮祖細(xì)胞遷移至創(chuàng)面，促進(jìn)糖尿病小鼠的創(chuàng)面愈合[20]。在創(chuàng)面愈合的重塑期，P物質(zhì)可調(diào)節(jié)皮膚基質(zhì)金屬蛋白酶(MMP)的活性，并增加膠原蛋白重塑[19]。

3.2 CGRP

CGRP在神經(jīng)組織中廣泛表達(dá)，尤其在含大量血管的周圍感覺神經(jīng)中[21]。在創(chuàng)面愈合的不同時期，CGRP的調(diào)節(jié)作用并不相同[5]。在炎癥期，CGRP可作為血管擴(kuò)張劑促進(jìn)血漿滲透、血管再生，且其擴(kuò)血管作用較大多數(shù)前列腺素和P物質(zhì)更有效[21]。在增殖期，CGRP主要通過促進(jìn)內(nèi)皮細(xì)胞增殖而加速血管再生，發(fā)揮其血管調(diào)節(jié)功能。已有研究表明，CGRP可重塑腎性高血壓的病變小血管[21]，但其在皮膚創(chuàng)面愈合重塑期中的作用尚無研究報道。

3.3 VIP和PACAP

VIP和PACAP與胰高血糖素、促胰液素和生長激素釋放激素等同為結(jié)構(gòu)相關(guān)肽超家族的成員，并通過同一受體家族發(fā)揮作用[22]。在創(chuàng)面愈合過程中，VIP和PACAP主要在增殖期發(fā)揮作用，它們通過誘導(dǎo)肥大細(xì)胞釋放組胺而發(fā)揮促進(jìn)血管擴(kuò)張和血漿滲透的作用[5]。此外，VIP可能以類似神經(jīng)生長因子的方式參與皮膚創(chuàng)面的神經(jīng)再支配[23]。VIP還可以在角質(zhì)形成細(xì)胞中通過細(xì)胞外信號調(diào)節(jié)激酶1/2和p38絲裂原活化蛋白激酶信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路促進(jìn)VEGF產(chǎn)生，進(jìn)而在體內(nèi)和體外發(fā)揮促血管生成作用[1]。PACAP促進(jìn)血管再生的機(jī)制仍有待進(jìn)一步研究。

4 生長因子的作用

調(diào)節(jié)皮膚創(chuàng)面愈合過程的生長因子眾多，包括VEGF、成纖維細(xì)胞生長因子(FGF)等。這些生長因子與血管再生密切相關(guān)，同時還可通過促進(jìn)神經(jīng)細(xì)胞的存活和分化，協(xié)同促進(jìn)創(chuàng)面修復(fù)[24-25]。

4.1 VEGF

VEGF是創(chuàng)面愈合過程中研究最為廣泛的血管生成刺激物[7]。VEGF受體2通路在中樞神經(jīng)系統(tǒng)損傷后的腦膜血管再生中起重要作用[26]。VEGF可在神經(jīng)細(xì)胞，星形膠質(zhì)細(xì)胞和施旺細(xì)胞中表達(dá)[27]，表明VEGF可能與皮膚創(chuàng)面愈合存在聯(lián)系。研究表明，血管內(nèi)皮細(xì)胞生長因子A可以促進(jìn)神經(jīng)源性糖尿病患者足潰瘍的愈合，對促進(jìn)足潰瘍的神經(jīng)再生起一定作用[28]。

4.2 FGF

FGF-2、FGF-7和FGF-10是FGF家族的重要成員[28]。目前，針對神經(jīng)來源的FGF介導(dǎo)創(chuàng)面愈合的研究較少。FGF基因敲除小鼠的創(chuàng)面會發(fā)生延遲愈合，同時其中樞神經(jīng)系統(tǒng)的神經(jīng)細(xì)胞密度顯著降低[29]。有研究表明，F(xiàn)GF可與FGF受體結(jié)合，通過Ras/絲裂原活化蛋白激酶(MAPK)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路促進(jìn)多種組織內(nèi)的血管再生[30]。此外，有研究發(fā)現(xiàn)，體外培養(yǎng)的施旺細(xì)胞可表達(dá)FGF-2[14]，從而提示FGF可能部分源自神經(jīng)系統(tǒng)組織，其通過神經(jīng)血管相互作用調(diào)節(jié)皮膚愈合。

4.3 轉(zhuǎn)化生長因子-β

皮膚創(chuàng)面愈合過程中，轉(zhuǎn)化生長因子(TGF)-β主要來源于血小板、巨噬細(xì)胞、成纖維細(xì)胞和施旺細(xì)胞等[16]。TGF-β1通過激活MMP2和MMP9促進(jìn)大鼠施旺細(xì)胞遷移[31]，同時MMP2和MMP9可以通過重塑血管基底膜促進(jìn)血管新生。施旺細(xì)胞還可以在創(chuàng)面愈合過程中轉(zhuǎn)化為去分化狀態(tài)，通過TGF-β信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路誘導(dǎo)成纖維細(xì)胞分化為肌纖維母細(xì)胞，促進(jìn)創(chuàng)面的收縮愈合[11]。但也有研究發(fā)現(xiàn)，在創(chuàng)面愈合早期，過多的TGF-β將導(dǎo)致肌纖維母細(xì)胞過量分化，抑制創(chuàng)面的神經(jīng)再生；而抑制肌纖維母細(xì)胞分化或抑制TGF-β信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，可改善創(chuàng)面神經(jīng)再生受限現(xiàn)象[32]。此外，TGF-β可通過誘導(dǎo)表皮樹突狀細(xì)胞的IL-31表達(dá)來激活皮膚的感覺神經(jīng)細(xì)胞[33]，使其釋放多種神經(jīng)肽促進(jìn)血管再生[5]。在創(chuàng)面愈合晚期，TGF-β參與晚期血管再生的調(diào)控，其可以誘導(dǎo)血管周細(xì)胞形成管腔結(jié)構(gòu)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)血管的重塑[8]。因此，TGF-β表達(dá)對調(diào)節(jié)創(chuàng)面愈合中神經(jīng)血管相互作用具有重要意義[32]。

4.4 神經(jīng)生長因子

神經(jīng)生長因子是常見的神經(jīng)營養(yǎng)蛋白，主要由神經(jīng)細(xì)胞分泌[1]。在創(chuàng)面愈合的炎癥期，大量釋放的神經(jīng)生長因子參與皮神經(jīng)再長入[14]和炎性肉芽組織中血管再生的過程[13]。多項(xiàng)臨床和基礎(chǔ)研究表明，神經(jīng)生長因子可以治療皮膚創(chuàng)面潰瘍[13]。體外實(shí)驗(yàn)表明，神經(jīng)生長因子通過促進(jìn)血管內(nèi)皮細(xì)胞的增殖和遷移實(shí)現(xiàn)其促血管再生作用[34]。動物實(shí)驗(yàn)也表明，神經(jīng)生長因子可以促進(jìn)Ⅰ型糖尿病小鼠創(chuàng)面的血管再生，并抑制內(nèi)皮細(xì)胞凋亡[13]。

4.5 其它生長因子

一些生長因子也可以通過調(diào)控神經(jīng)血管相互作用促進(jìn)創(chuàng)面修復(fù)，但其作用機(jī)制尚不明確。表皮生長因子具有促進(jìn)血管再生和維持周圍神經(jīng)細(xì)胞存活的作用[35]，還可通過募集血液中的干細(xì)胞前體細(xì)胞到達(dá)糖尿病周圍神經(jīng)病變創(chuàng)面，促進(jìn)新生血管形成，改善周圍神經(jīng)病變[35]。肝細(xì)胞生長因子是另一種促神經(jīng)的再生因子，研究表明，缺乏間充質(zhì)干細(xì)胞來源的肝細(xì)胞生長因子也將影響創(chuàng)面愈合中血管再生能力[36]。來源于神經(jīng)關(guān)聯(lián)的施旺細(xì)胞前體細(xì)胞的血小板源性生長因子-AA可以促進(jìn)多種組織再生[37]。血管性血友病因子的肝素結(jié)合域可以與血小板源性生長因子-BB結(jié)合促進(jìn)創(chuàng)面愈合中的血管再生[38]。皮連蛋白(Dermatopontin)是一種細(xì)胞外基質(zhì)蛋白，在神經(jīng)組織中高表達(dá)，它通過調(diào)節(jié)內(nèi)皮細(xì)胞中TGF-β與整合素的水平，增強(qiáng)創(chuàng)面愈合過程中血管的再生能力[39]。

5 結(jié)語

皮膚創(chuàng)面愈合是一個有序的動態(tài)過程，包括炎癥期、增殖期和組織重塑期，神經(jīng)和血管的相互作用貫穿于全過程中。然而，有關(guān)創(chuàng)面愈合過程中神經(jīng)與血管相互作用的研究依然較少，具體機(jī)制有待進(jìn)一步闡明。對神經(jīng)血管相互作用潛在機(jī)制的研究有助于確定新的治療靶點(diǎn)，改進(jìn)治療方式。