病理性瘢痕形成機制的研究進展

李冬軍，李 明，趙連魁

(石家莊市人民醫(yī)院，河北 石家莊 050011)

病理性瘢痕包括增生性瘢痕(hypertrophic scar，HS)和瘢痕疙瘩(keloid，K)，是創(chuàng)傷、燒傷、外科手術(shù)后皮膚的一種纖維過度增生性疾病。其共同的組織學(xué)特征為成纖維細胞(fibroblast，F(xiàn)B)過度增生和細胞外基質(zhì)(extracellular matrix，ECM)過度沉積。病理性瘢痕不僅造成損傷局部形態(tài)改變，而且瘢痕過度攣縮還可致器官功能障礙甚至功能喪失，嚴重危害患者的身心健康。但其發(fā)病機制復(fù)雜，諸多問題尚不清楚，其預(yù)防與治療尚無滿意的方法。現(xiàn)將病理性瘢痕細胞及分子生物學(xué)機制的研究進展綜述如下。

1 遺傳因素在病理性瘢痕形成中的作用

近年研究表明，在較嚴重的多發(fā)病理性瘢痕病例中，遺傳因素與其發(fā)生發(fā)展有相關(guān)性。Marneros等[1]調(diào)查分析了14個瘢痕疙瘩家系中341位家庭成員，其中96例有瘢痕疙瘩(男36例，女60例)，結(jié)果顯示，有7個家系3代患病，5個家系4代患病，2個家系5代患病，進一步證實遺傳因素與其發(fā)病相關(guān)。該病遺傳的模式為伴不完全外顯的常染色體顯性遺傳，且表現(xiàn)的形式不盡相同。在不同人群中發(fā)病率、表現(xiàn)形式和治療反應(yīng)性的不同還提示多基因可能參與該病的發(fā)生。Marneros等[2]后續(xù)研究表明：在染色體2q23、7p11上存在瘢痕疙瘩的易感基因位點。與上述不同的是中國漢族瘢痕疙瘩家系的易感基位點可能位于10q23.31、15q22.31-q23、18q21.1上[3-4]，這說明瘢痕疙瘩在不同的種族人種中存在遺傳異質(zhì)性。而另有研究發(fā)現(xiàn)，存在于1p16、1p20、1p21上可能與瘢痕疙瘩發(fā)生發(fā)展相關(guān)的抑制基因丟失，這進一步說明遺傳因素參與了病理性瘢痕的形成[5]。

2 細胞外基質(zhì)在病理性瘢痕形成中的作用

Robson等[6]早在1992年研究發(fā)現(xiàn)，嚴重?zé)齻颊哂虾蟪霈F(xiàn)的 HS特征表現(xiàn)是細胞外基質(zhì)包括Ⅰ和 Ⅲ型膠原的沉積。后有研究發(fā)現(xiàn)病理性瘢痕組織中膠原酶活性增高，Ⅰ型膠原合成增多，從而導(dǎo)致傷口中大量的膠原纖維沉積。另外其中的關(guān)鍵酶脯氨酸羥化酶活性在病理性瘢痕中較正常皮膚明顯增高，它的活性與膠原的合成率密切相關(guān)。ECM降解酶中纖溶酶原激活劑(plasminogen activator，PA)占有重要地位，它能促使血纖維蛋白溶酶原活化為血纖維蛋白溶酶。血纖維蛋白溶酶不僅對纖維蛋白溶解起首要作用，而且也參與其他 ECM蛋白的降解，并激活前膠原酶轉(zhuǎn)變?yōu)槟z原酶。由此可見細胞外基質(zhì)代謝異常與病理性瘢痕形成密切相關(guān)。

在不同的皮膚瘢痕，特別是在病理性瘢痕組織中，ECM分子的表達各有不同[7]。ECM由多種分子組成，這些因素與生長因子和細胞因子的相互作用可以調(diào)節(jié)和恢復(fù)組織的完整性。多項研究已證明，未成熟的瘢痕組織與正常皮膚比較，其內(nèi)大量的細胞外基質(zhì)分子的表達發(fā)生了改變。與正常皮膚相比病理性瘢痕組織中Ⅰ和Ⅲ型膠原、纖連蛋白、層黏連蛋白、骨膜和粘蛋白的轉(zhuǎn)錄和翻譯增加。然而，皮連蛋白和蛋白聚糖的表達減少。不成熟的瘢痕中纖維蛋白原和彈性蛋白纖維在真皮層的表達和定位與正常皮膚相比存在明顯差異。而當這些瘢痕成熟時，ECM分子水平恢復(fù)到皮膚受傷前的狀態(tài)[8]。

3 免疫因素在病理性瘢痕形成中的作用

炎癥反應(yīng)是創(chuàng)傷后機體的初始反應(yīng)之一，它不僅啟動免疫系統(tǒng)抗感染，也刺激纖維組織增生，進而閉合創(chuàng)面。參與創(chuàng)面愈合炎癥反應(yīng)的免疫細胞主要有淋巴細胞、巨噬細胞、肥大細胞等，通過釋放炎癥介質(zhì)、細胞因子，促進纖維細胞增殖、微血管生成和膠原沉積等，這些均提示瘢痕過度增殖可能與免疫有密切關(guān)系[9]。

在這些免疫細胞中，巨噬細胞在傷口愈合過程中的各個階段均發(fā)揮核心作用。在創(chuàng)傷愈合過程中，巨噬細胞的功能隨傷口微環(huán)境改變而改變：在炎癥早期巨噬細胞發(fā)揮抗原呈遞，吞噬作用，產(chǎn)生炎性介質(zhì)，如細胞因子和生長因子，以促進傷口愈合[10]。在增生期，巨噬細胞可以直接或間接刺激結(jié)締組織，血管內(nèi)皮和上皮組織增生。尤其可促使成纖維細胞、角質(zhì)細胞和血管內(nèi)皮細胞生長[10-11]。在血管生成和組織重塑過程中，巨噬細胞通過釋放酶降解和合成ECM分子改變ECM組成。這些顯示巨噬細胞在創(chuàng)傷愈合中起到重要的作用。傷口愈合的過程中具有病態(tài)功能的巨噬細胞，可能會導(dǎo)致傷口愈合異常，如形成潰瘍，增生性瘢痕和瘢痕疙瘩等[10-11]。而最近的研究也表明，當內(nèi)皮功能障礙時，也會增加血管及其周圍的炎癥細胞數(shù)量，從而加劇局部炎癥[12]。

一些研究表明，與正常瘢痕比較，大量的肥大細胞存在于增生性瘢痕真皮膠原纖維束之間，這與其他纖維化疾病，如肺纖維化疾病、硬皮病的皮損中觀察到的情況一致。這提示肥大細胞可能在增生性瘢痕的形成中發(fā)揮作用[13-14]。損傷、IgE和其他各種蛋白質(zhì)可以直接刺激肥大細胞釋放細胞質(zhì)內(nèi)顆粒如組織胺、蛋白多糖、蛋白酶和細胞因子，從而影響真皮基質(zhì)的產(chǎn)生[14-15]。而組胺能夠增加體內(nèi)的成纖維細胞的膠原蛋白形成[15]。肥大細胞還通過細胞間間隙連接激活成纖維細胞[16]，通過TGF-β1、TNF-α和IL - 4的釋放能夠促進成纖維細胞增殖?？梢姡蚀蠹毎赡芡ㄟ^不同的介質(zhì)在增生性瘢痕的形成中發(fā)揮作用[17]。但也有人認為，雖然免疫在瘢痕形成過程中起重要作用，但主要是朗罕細胞和IL-4與瘢痕形成密切相關(guān)，與肥大細胞、巨噬細胞和T淋巴細胞關(guān)系不大[18]。隨著免疫病理學(xué)、免疫遺傳學(xué)等學(xué)科的發(fā)展，免疫因素對瘢痕形成與發(fā)展的影響將會有新的發(fā)現(xiàn)。

4 細胞因子在病理性瘢痕形成中的作用

在病理性瘢痕形成過程中，細胞因子作為細胞與細胞外基質(zhì)間一種重要的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)物在各階段均發(fā)揮了重要作用。其中研究較多的是轉(zhuǎn)化生長因子(TGF)、血小板衍生生長因子(PDGF)、血管表皮生長因子(VEGF)、腫瘤壞死因子(TNF)、成纖維細胞生長因子(FGF)和胰島素樣生長因子(IGF- 1)等。

目前認為，TGF-β是已知與病理性瘢痕形成關(guān)系最密切的細胞因子。TGF-β參與愈合的所有過程，其過量表達和濃度持續(xù)增高可能是瘢痕形成的重要原因[19]。在哺乳動物體內(nèi)發(fā)現(xiàn)TGF-β1、TGF-β2、TGF-β33種亞型[20]。在創(chuàng)傷愈合過程中，每種亞型都具有其獨特的功能。其中TGF-β1、TGF-β2由脫顆粒的血小板、巨噬細胞和單核細胞分泌，TGF-β3由角化形成細胞產(chǎn)生。起初研究者認為TGF-β直接參與創(chuàng)傷愈合主要通過刺激血管生成、成纖維細胞增殖、成肌纖維細胞分化、促進膠原合成和細胞外基質(zhì)沉積[21]。然而，最近的實驗研究顯示TGF-β在許多不同的纖維化疾病(肺纖維化、硬皮病和病理性瘢痕)中作為一種介質(zhì)發(fā)揮作用。有研究同時應(yīng)用TGF-β1、TGF-β2的中和抗體于大鼠切割傷口時，可以通過減少細胞外基質(zhì)的沉積減輕瘢痕，當單獨應(yīng)用TGF-β1或TGF-β2的中和抗體卻不能起到同樣減輕瘢痕的作用。這提示TGF-β1、TGF-β2聯(lián)合介導(dǎo)了病理性瘢痕的形成[19]。但是，Shah等[22]實驗提示TGF-β3可以抑制瘢痕的形成，TGF-β3可能是其他兩種亞型的拮抗劑。Lu等[23]的研究進一步證實了上述結(jié)論。他們將三種亞型的抗體分別皮內(nèi)注射于兔耳傷口的三個不同點，結(jié)果顯示在傷口愈合的不同時期作用不同：早期治療可以使傷口延遲愈合，而在愈合的中期、晚期應(yīng)用卻可明顯減輕瘢痕的產(chǎn)生。這預(yù)示在創(chuàng)傷愈合早期TGF-β的亞基起到關(guān)鍵性作用。TGF-β有多個表面受體，其中TGF-β受體-1(TGF-β receptor Ⅰ，TGF-βRⅠ) 和TGF-β受體-2(TGF-β receptor Ⅱ，TGF-βRⅡ) 是主要形式。在病理性瘢痕中，TGF-βRⅠ含量增加，而TGF-βRⅡ卻下降[20]。實驗證實，使用TGF-βRⅠ的靶向抑制劑可以抑制增生性瘢痕成纖維細胞活化[24]。另一實驗證實在大鼠的創(chuàng)傷中TGF-βRⅡ的量下降可能抑制瘢痕的形成[25]。

TGF-β在細胞內(nèi)合成之初是無生物活性的前體蛋白，分泌后經(jīng)過激活才能發(fā)揮效應(yīng)[26]，即TGF前體分子須激活為成熟的TGF-β形式才能與受體連接，然后激活信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路。TGF-β1不僅在增生性瘢痕來源的成纖維細胞中表達增多，而且TGF-β受體也被證明較正常皮膚持續(xù)表達，而在正常的傷口愈合重構(gòu)階段TGF-β受體表達卻降低[27]。這個長期存在受體的表達可能會導(dǎo)致在反饋環(huán)路中產(chǎn)生纖維化表型[28]。其他研究表明，TGF-β的三種亞型對傷口愈合和瘢痕形成產(chǎn)生不同的時間效應(yīng)，任何對這種表達模式的中斷可能會導(dǎo)致增生性瘢痕的形成[29]。

此外PDGF、bFGF、 TNF-α、VEGF、IFN-γ等也是學(xué)者集中研究的方面。PDGF是在創(chuàng)傷早期，血小板脫顆粒釋放出的生長因子，是單核細胞、成纖維細胞的黏附趨化劑，通過促成纖維細胞分裂增殖、趨化遷移及刺激纖維粘連合成等作用參與創(chuàng)傷修復(fù)[30]，對膠原合成、分解也有調(diào)節(jié)作用。研究認為，PDGF對瘢痕疙瘩成纖維細胞的化學(xué)趨化性、促有絲分裂反應(yīng)皆高于正常成人皮膚的成纖維細胞，可能與細胞表面 PDGF受體水平明顯增高有關(guān)[31]。近來有實驗證實，應(yīng)用PDGF受體的中和抗體，可降低人皮膚成纖維細胞中膠原蛋白凝膠重塑，減少皮膚成纖維細胞遷移[32]；而TGF-β可能使瘢痕疙瘩成纖維細胞表面的PDGF、IGF-1受體水平升高[33]。

bFGF存在于人的燒傷創(chuàng)面的邊緣，在傷后4～11 d達峰值[34]。它可以刺激成纖維細胞、內(nèi)皮細胞和角質(zhì)形成細胞遷移、增殖和存活，從而促進一般傷口愈合。最近，發(fā)現(xiàn)術(shù)后局部應(yīng)用FGF2可能減少急性切口瘢痕形成[35]，這可能是由于成纖維細胞凋亡增加和減少傷口收縮。然而，盡管FGF2應(yīng)用燒傷創(chuàng)面可以改善瘢痕質(zhì)量，但它并不能防止瘢痕形成[36]。

TNF-α在真皮纖維化中，通過直接抑制纖維連結(jié)蛋白的產(chǎn)生和促進成纖維細胞膠原蛋白酶的產(chǎn)生，增強蛋白多糖酶活性而起促分解作用。在增生性瘢痕TNF-α的表達明顯少于正常瘢痕組織，創(chuàng)面異常增殖性愈合可能與TNF-α的表達水平降低有關(guān)[37]。TNF-α可以抑制由TGF-β誘導(dǎo)產(chǎn)生結(jié)締組織生長因子，從而抑制膠原蛋白的合成[38]。

在傷口愈合過程中，VEGF由表皮細胞大量分泌產(chǎn)生，是血管生成的一種積極調(diào)節(jié)因子。已證實在病理性瘢痕形成的早期階段，血管內(nèi)皮生長因子的過度表達[39]。過表達VEGF與Ⅰ型膠原過度生成和瘢痕體積增加有關(guān)[40]。注射抗血管內(nèi)皮生長因子抗體可抑制血管內(nèi)皮生長因子的活性，從而減少毛細血管的形成、Ⅰ型膠原的生成和整個瘢痕體積[41]。

綜上所述，PDGF、TGF-β1、TGF-β2及FGF、 IGF-1[42]等可通過促進成纖維細胞增殖、合成膠原或者促進膠原酶的產(chǎn)生，在病理性瘢痕發(fā)生中起正調(diào)節(jié)作用。TNF-α、TGF-β3、IFN-γ[43]、bFGF及角質(zhì)細胞生長因子[44]等因子在瘢痕形成過程中調(diào)控著成纖維細胞的增殖與代謝，從而影響細胞基質(zhì)的形成與降解的動態(tài)平衡，起負調(diào)節(jié)作用。

5 細胞凋亡在病理性瘢痕形成中的作用

1995年，Desmouliere等[45]觀察到創(chuàng)傷愈合的肉芽組織中肌纖維細胞在第12天開始發(fā)生凋亡，20 d凋亡數(shù)量達高峰，當其增殖與凋亡達到平衡，即表現(xiàn)為形成成熟的瘢痕。并由此推測如果這種凋亡異常可能是病理性瘢痕發(fā)生的原因。Desmouliere等[45]發(fā)現(xiàn)，瘢痕中確實存在肌成纖維細胞的凋亡，而成纖維細胞是創(chuàng)面修復(fù)的主要細胞，在正常組織中處于靜息狀態(tài)。組織損傷2 d后，受激活的成纖維細胞開始在創(chuàng)面上出現(xiàn)，發(fā)生分裂、增殖、合成膠原纖維等過程。因此，國內(nèi)外有學(xué)者提出成纖維細胞缺乏凋亡或凋亡機制的中斷可能導(dǎo)致病理性瘢痕的形成。原癌基因Bcl- 2可調(diào)控肌成纖維細胞凋亡減少，延緩成纖維細胞凋亡，導(dǎo)致細胞外基質(zhì)沉積和降解失衡，最終增生性瘢痕形成[46]。p53是細胞凋亡途徑的重要成員之一，作為轉(zhuǎn)錄因子，參與細胞周期調(diào)控[47]。干擾p53的調(diào)控將導(dǎo)致細胞凋亡受損。但增生性瘢痕中p53的表達較正常瘢痕增高，推測這可能與瘢痕成熟有關(guān)[47]，但其中確切的意義仍得需探討。此外，在增生性瘢痕組織，發(fā)現(xiàn)活化的caspase-3的水平明顯高于正常瘢痕組織[48]。總之，增生性瘢痕成纖維細胞凋亡率可能與組織環(huán)境狀況有關(guān)，最終細胞增殖和細胞凋亡之間的平衡異?？赡苁窃錾择：凼窃錾择：坌纬傻闹匾蛑?。

6 其他因素病理性瘢痕形成中的作用

另外，增生性瘢痕的形成可能還與其組織內(nèi)的低氧狀態(tài)、營養(yǎng)不足、自由基產(chǎn)生過多而不能及時清除等有關(guān)。有學(xué)者推測這可能由于損傷(如Ⅱ度以上的燒傷等)破壞了皮膚的血液循環(huán)結(jié)構(gòu)，修復(fù)后的組織部分微循環(huán)障礙，進而創(chuàng)面局部組織缺氧、低營養(yǎng)狀態(tài)。適度的缺氧低營養(yǎng)狀態(tài)將刺激瘢痕組織中炎癥細胞、成纖維細胞、血管內(nèi)皮細胞等異常增殖、凋亡減少；而抑制細胞增殖和膠原分泌的細胞因子的產(chǎn)生減少；而且由于創(chuàng)面局部營養(yǎng)不良，使得作為酶類自由基清除者的微量元素Zn、Cu等隨之減少，導(dǎo)致自由基不能及時清除，代謝異常，進而造成膠原沉積，成纖維細胞、內(nèi)皮細胞過度增殖，局部微血管阻塞。如此惡性循環(huán)，使瘢痕組織在局部創(chuàng)面愈合后仍能保持增生狀態(tài)，最終導(dǎo)致增生性瘢痕的異常增生[49]。

綜上所述，近年來，隨著現(xiàn)代細胞生物學(xué)和分子生物學(xué)的迅猛發(fā)展，從細胞和分子水平探討愈合過程的調(diào)控機制，推動了創(chuàng)傷愈合研究的深入發(fā)展和對瘢痕形成機制的深入認識，這將對瘢痕的預(yù)防、治療提供更多的理論基礎(chǔ)，為徹底治愈瘢痕提供更加寬闊的前景。

利益沖突：所有作者均聲明不存在利益沖突。