成纖維細(xì)胞在皮膚創(chuàng)傷修復(fù)中的作用研究進(jìn)展

李文殊，許宇餃，卓雅婷，劉蘊(yùn)瑤，強(qiáng)磊

(中國藥科大學(xué)，江蘇 南京 211198)

傷口愈合主要是指皮膚在受到外界物理傷害的情況下，進(jìn)行的創(chuàng)面修復(fù)過程，皮膚損傷修復(fù)對人類的健康至關(guān)重要。在公元前3200至公元前300年，古埃及就已存在治療皮膚創(chuàng)傷的方法[1]。至今，研究者們對皮膚損傷愈合過程中不同細(xì)胞之間的相互作用、不同細(xì)胞分泌的生長因子以及細(xì)胞因子等進(jìn)行詳細(xì)研究。皮膚的構(gòu)成很復(fù)雜，主要包括表皮細(xì)胞、成纖維細(xì)胞和血管內(nèi)皮細(xì)胞等[2]。在過去的幾十年中，成纖維細(xì)胞的調(diào)節(jié)作用在皮膚創(chuàng)面修復(fù)中被普遍接受。成纖維細(xì)胞是一類具有肌纖維母細(xì)胞表型的細(xì)胞，因此具有特殊的收縮特性，對于皮膚創(chuàng)面愈合期間結(jié)締組織的生成和重塑至關(guān)重要[3]。其活化形式為肌成纖維細(xì)胞(myofibroblast)，同時(shí)具有成纖維細(xì)胞和平滑肌細(xì)胞的特性，有研究表明肌成纖維細(xì)胞是造成傷口收縮的原因[4]。在量化肉芽組織中成纖維細(xì)胞后，顯示成纖維細(xì)胞的數(shù)量與傷口收縮率成正比。雖然目前對于其在傷口愈合中的發(fā)生、發(fā)展過程有一定的認(rèn)識(shí)，但是人們對成纖維細(xì)胞在傷口損傷愈合中的具體機(jī)制仍不清晰，本文主要介紹成纖維細(xì)胞在皮膚創(chuàng)面愈合中的作用[5]。

1 成纖維細(xì)胞的概述

成纖維細(xì)胞主要分為3種類型，分別為原型成纖維細(xì)胞、原肌成纖維細(xì)胞、肌成纖維細(xì)胞。下文簡述了這3種細(xì)胞的增殖和轉(zhuǎn)化過程。

成纖維細(xì)胞存在于人體的多種器官內(nèi)，通常是未活化的形式——原型成纖維細(xì)胞(fibroblast)。它來源于胚胎時(shí)期，在生長過程中，逐漸分化成真皮組織中的成纖維細(xì)胞，并且主要負(fù)責(zé)細(xì)胞外基質(zhì)(extracellular matrix,ECM)分子的產(chǎn)生和募集[6]。成纖維細(xì)胞在受到刺激后會(huì)分化成為原型肌成纖維細(xì)胞(proto-myofibroblast)，原型肌成纖維細(xì)胞為存在于原型成纖維細(xì)胞與肌成纖維細(xì)胞轉(zhuǎn)化過程中的中間形式[7]。在組織受損的初始階段，損傷部位會(huì)分泌相關(guān)炎癥因子，如TGF-β1、PDGF等，刺激成纖維細(xì)胞分化為原型肌成纖維細(xì)胞，有研究發(fā)現(xiàn)該階段的成纖維細(xì)胞表達(dá)纖連蛋白(ED-A、ED-B)、黏著斑及應(yīng)激纖維[8]，但是不表達(dá)α肌動(dòng)蛋白(α-SMA)。此階段的鑒定方法除光鏡觀察外，目前只能通過免疫組化ED-A、FSP-1檢測。

在損傷的中后期，原型肌成纖維繼續(xù)分化成為肌成纖維細(xì)胞(myofibroblast)，肌成纖維細(xì)胞最主要的特點(diǎn)為其分化后不只表達(dá)ED-A、ED-B，同時(shí)表達(dá)α-SMA[8-9]，因此免疫組化α-SMA、ED-A、ED-B及為此種細(xì)胞的鑒定方法，同時(shí)在光鏡下觀察具有微絲束，以及與周圍細(xì)胞外基質(zhì)之間的纖維連接。肌成纖維細(xì)胞通過這些纖維連接與其他種類的細(xì)胞連接在一起，形成構(gòu)成ECM的特定連接復(fù)合體。同時(shí)其表面存在的成熟的黏著斑使它們能夠牢固地附著、收縮和重塑ECM，此階段特定表達(dá)的肌動(dòng)蛋白也成為傳遞組織間機(jī)械力的主要成分[10]。進(jìn)一步完成損傷后的組織修復(fù)過程。

2 皮膚損傷修復(fù)的概述

皮膚是人體最大的器官，其主要分為表皮層及真皮層兩個(gè)部分，這兩個(gè)部分由多種細(xì)胞構(gòu)成，如表皮細(xì)胞、血管內(nèi)皮細(xì)胞、成纖維細(xì)胞、免疫細(xì)胞、角質(zhì)形成細(xì)胞、脂肪細(xì)胞等。這些細(xì)胞相互關(guān)聯(lián)共同維持皮膚的穩(wěn)態(tài)，成纖維細(xì)胞是構(gòu)成皮膚真皮部分的主要細(xì)胞類型，與在其他組織中的類似，主要起到組織支撐的作用，在皮膚創(chuàng)面修復(fù)以及皮膚衰老過程中占主導(dǎo)地位[11]。

皮膚損傷修復(fù)主要分為炎癥階段、組織形成、基質(zhì)重塑三個(gè)階段。皮膚損傷后的1～5 d后即炎癥階段，此時(shí)起主要作用的細(xì)胞為中性粒細(xì)胞及巨噬細(xì)胞，他們分泌各種炎癥因子及細(xì)胞因子，如TNF-α、IL-6等[12]，從而使傷口處產(chǎn)生先天性免疫反應(yīng)。同時(shí)中性粒細(xì)胞和巨噬細(xì)胞在該階段會(huì)分泌VEGF、TGF-β等因子[13]，來促進(jìn)下一階段所需細(xì)胞的募集及增殖。

在損傷的第3至10天，為損傷修復(fù)的組織形成階段，損傷組織處的細(xì)胞因子將血管內(nèi)皮細(xì)胞、成纖維細(xì)胞等募集到傷口處后，在細(xì)胞因子IFN-γ、TGF-β等的調(diào)節(jié)下，進(jìn)行再上皮化、血管形成及臨時(shí)基質(zhì)(肉芽組織)的生成，該階段各類細(xì)胞大量增殖及分化[14]。

臨時(shí)基質(zhì)形成后，皮膚表面創(chuàng)傷基本愈合，進(jìn)入基質(zhì)重塑階段，該過程最長可以持續(xù)1年，此時(shí)，上一階段大量增殖的細(xì)胞開始凋亡[15]，成纖維細(xì)胞活化后產(chǎn)生的細(xì)胞外基質(zhì)成分發(fā)生變化、血管生成過程減慢、代謝活動(dòng)逐漸停止，直至皮損傷修復(fù)過程終止。

3 成纖維細(xì)胞與皮膚損傷修復(fù)之間的關(guān)系

在皮膚受到急性損傷或燒傷后，在多種細(xì)胞的協(xié)同下，修復(fù)過程開始，此時(shí)，真皮中的成纖維細(xì)胞開始增殖、遷移到傷口處，并在傷口處激活、形成細(xì)胞外基質(zhì)，重塑傷口床[16]。下面簡單介紹成纖維細(xì)胞的不同行為如何影響皮膚損傷修復(fù)，及相關(guān)促進(jìn)皮膚損傷修復(fù)的治療策略。

3.1 成纖維細(xì)胞增殖在皮膚損傷修復(fù)中的作用 在正常皮膚中，成纖維細(xì)胞的數(shù)量基本維持恒定。在損傷后，其通過旁分泌及自分泌的方式，促進(jìn)相鄰組織中的成纖維細(xì)胞從原本的G0期進(jìn)入到增殖期，以增加傷口處成纖維細(xì)胞的數(shù)量[17]。此時(shí)損傷修復(fù)處于炎癥階段，此時(shí)中性粒細(xì)胞等炎癥細(xì)胞分泌成纖維細(xì)胞生長因子(fibroblast growth factor，F(xiàn)GF)等細(xì)胞因子來促進(jìn)間充質(zhì)細(xì)胞轉(zhuǎn)化成為成纖維細(xì)胞[18]，并大量增殖。研究表明傷口損傷時(shí)FGF通過影響PI3K/Akt及FAK/ERK1通路來刺激成纖維細(xì)胞的增殖，進(jìn)而促進(jìn)再上皮化進(jìn)程、加速傷口愈合[19]。目前研究顯示一些非甾體類藥物在傷口愈合的炎癥階段，可以調(diào)節(jié)成纖維細(xì)胞的增殖活性，從而影響損傷修復(fù)的再上皮化過程[20]。

成纖維細(xì)胞作為真皮的組成部分之一，在損傷修復(fù)過程中除了受炎癥細(xì)胞的影響外，同時(shí)也受到上皮細(xì)胞、血管內(nèi)皮細(xì)胞等其他類型細(xì)胞的影響[21]。上皮細(xì)胞及角質(zhì)細(xì)胞在損傷初期會(huì)釋放IL-1、IL-6等細(xì)胞因子[22]，一方面通過促進(jìn)FGF7、KGF等生長因子的自分泌，另一方面通過調(diào)節(jié)TGF-β/MAPK信號(hào)通路促進(jìn)其增殖[23]。最新研究表明，角質(zhì)形成細(xì)胞在受到損傷后分泌的IL-1α增加，在促進(jìn)皮膚成纖維的增殖基礎(chǔ)上，與IL-7協(xié)同作用，通過促進(jìn)毛囊干細(xì)胞的增殖及增加膠原蛋白的表達(dá)，加速傷口愈合。在使用IL-1拮抗劑處理時(shí)，創(chuàng)傷處免疫細(xì)胞及角質(zhì)形成細(xì)胞分泌的細(xì)胞生長因子減少進(jìn)而抑制成纖維細(xì)胞的增殖[24]，導(dǎo)致?lián)p傷修復(fù)速度減慢。

同時(shí)大量研究表明成纖維細(xì)胞增殖也會(huì)導(dǎo)致角質(zhì)細(xì)胞分化。在給予雄激素后，成纖維細(xì)胞中的AREG(amphiregulin)、EREG(epiregulin)、FGF10、IGFBP(insulin-like growth factor binding protein)的表達(dá)量顯著增加， 通過增加角質(zhì)細(xì)胞上成纖維細(xì)胞的相應(yīng)受體數(shù)量，導(dǎo)致角質(zhì)細(xì)胞分化增加，加快損傷修復(fù)的進(jìn)程[25]。

3.2 成纖維細(xì)胞遷移在皮膚損傷修復(fù)中的作用 在損傷修復(fù)過程中，成纖維細(xì)胞的遷移與增殖幾乎在同一階段發(fā)生，其主要發(fā)生在損傷修復(fù)的臨時(shí)基質(zhì)形成前期，這與炎癥細(xì)胞與上皮細(xì)胞分泌的趨化因子有關(guān)，在損傷后，炎癥細(xì)胞不止分泌促進(jìn)增殖的FGF、EGF，同時(shí)分泌TGF-β、TNF-α、CXCL1等趨化因子，促進(jìn)成纖維細(xì)胞及上皮細(xì)胞遷移至損傷處。目前研究顯示降低炎癥細(xì)胞CXCL1、CXCL10、TGF-β、IFN-α等趨化因子的表達(dá)[26-27]，進(jìn)而影響成纖維細(xì)胞遷移至損傷處，延緩損傷修復(fù)的速度。同時(shí)最新研究顯示在抑制了CXCR3的表達(dá)之后，成纖維細(xì)胞在損傷處累積增加[28]。再上皮化是該階段的重要環(huán)節(jié)，其中上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化作為影響皮膚損傷修復(fù)的再上皮化的主要過程，當(dāng)成纖維細(xì)胞遷移至傷口處時(shí)會(huì)通過Wnt/β-cadherin通路調(diào)控Twist1及Twist2的表達(dá)進(jìn)而促進(jìn)該過程。有研究顯示，皮膚上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化相關(guān)基因ZEB1敲除小鼠，與正常小鼠相比成纖維細(xì)胞遷移的速度慢減，同時(shí)通過與E-cadherin的啟動(dòng)子結(jié)合，抑制成纖維細(xì)胞與上皮細(xì)胞之間的協(xié)作，進(jìn)而使再上皮化減慢[29]。

3.3 成纖維細(xì)胞活化在皮膚損傷修復(fù)中的作用 成纖維細(xì)胞活化成原肌成纖維細(xì)胞及肌成纖維細(xì)胞的過程在眾多的損傷修復(fù)過程中均有研究，在皮膚損傷修復(fù)過程中也具有重要作用。肉芽組織的形成以及細(xì)胞外基質(zhì)的重塑，均與其活化過程有關(guān)[30]。在炎癥階段結(jié)束后，傷口床處的成纖維細(xì)胞數(shù)量達(dá)到峰值，與此同時(shí)，成纖維細(xì)胞開始進(jìn)行激活。首先，在TGF-β的刺激下激活成為原肌成纖維細(xì)胞，此時(shí)細(xì)胞因?yàn)椴槐磉_(dá)α-SMA只能通過FSP-1的免疫組化染色進(jìn)行檢測[31]，在TGF-β刺激下，原肌成纖維細(xì)胞通過調(diào)控TGF-β/Smad通路，進(jìn)行激活，表達(dá)應(yīng)力纖維、整合素等。此時(shí)表達(dá)的整合素會(huì)形成細(xì)胞-細(xì)胞之間的連接，將激活后的原肌成纖維細(xì)胞互相連接，并將其與修復(fù)好的血管內(nèi)皮細(xì)胞進(jìn)行連接，形成一個(gè)臨時(shí)的基質(zhì)骨架，此階段原肌成纖維細(xì)胞分泌Ⅰ型膠原，填充在臨時(shí)基質(zhì)骨架中間，形成臨時(shí)基質(zhì)——肉芽組織[32]。研究顯示，與特異性敲除Smad3的成纖維細(xì)胞相比，野生型(wild type，WT)的細(xì)胞Smad3更容易結(jié)合在α-SMA的啟動(dòng)子上，表達(dá)的應(yīng)力纖維及膠原更多，活化更明顯[33]。同時(shí)最新研究發(fā)現(xiàn)自噬也可以抑制成纖維細(xì)胞的分化，Atg7敲除小鼠的成纖維細(xì)胞激活減慢，肉芽組織的形成減慢[34]，但是具體機(jī)制還有待研究。

在形成肉芽組織的過程中，原肌成纖維細(xì)胞通過自分泌或旁分泌的方式受到多種細(xì)胞因子的刺激進(jìn)一步激活形成表達(dá)α-SMA的肌成纖維細(xì)胞，此時(shí)原肌成纖維分泌的Ⅰ型膠原蛋白轉(zhuǎn)化為Ⅲ型膠原蛋白，同時(shí)分泌MMPs、TIMP等蛋白酶，將臨時(shí)基質(zhì)降解，重新形成細(xì)胞外基質(zhì)[35]。這一過程與多條通路有關(guān)，目前公認(rèn)的通路有Wnt/β-catenin、TGF-β/Smad、鈣離子通路等[36]，最新研究顯示成纖維細(xì)胞的活化可能也與TGF-β-STAT3通路有關(guān)，在提取STAT3敲除及WT小鼠原代成纖維細(xì)胞后，給予TGF-β刺激可以降低STAT3敲除后小鼠α-SMA的表達(dá)、降低成纖維細(xì)胞分化能力、減少膠原分泌、減慢形成臨時(shí)基質(zhì)的速度。目前有多種STAT3的抑制劑在進(jìn)行臨床前研究，很可能成為下一個(gè)加快修復(fù)的藥物[37]。

3.4 成纖維細(xì)胞凋亡在皮膚損傷修復(fù)中的作用 成纖維細(xì)胞的凋亡通常出現(xiàn)在損傷修復(fù)后期21 d到1年的時(shí)間里，傷口愈合過程形成中構(gòu)成細(xì)胞外基質(zhì)的Ⅲ型膠原蛋白降解，肌成纖維細(xì)胞進(jìn)行凋亡。若凋亡不徹底，就會(huì)形成疤痕，另外，凋亡程度過低，活化過度也會(huì)導(dǎo)致纖維化，產(chǎn)生瘢痕，使皮膚的結(jié)構(gòu)和功能被破壞[38]。在凋亡相關(guān)基因載脂蛋白(Apolipoprotein，ApoE)敲除的小鼠中，ECM沉積增加，導(dǎo)致FAK信號(hào)通路通過激活ERK使BCL-2表達(dá)降低，造成肌成纖維細(xì)胞持續(xù)活化，凋亡減少，形成組織纖維化，導(dǎo)致瘢痕形成[39]。在用抑制劑抑制促凋亡相關(guān)基因BH3后，α-SMA持續(xù)表達(dá)，造成瘢痕形成。最新的臨床研究表明，增加損傷修復(fù)過程中成纖維細(xì)胞凋亡，可以促進(jìn)修復(fù)后期皮膚完整性的恢復(fù)[40]。

在其凋亡期間，成纖維細(xì)胞也會(huì)分泌促進(jìn)膠原蛋白降解的膠原酶、基質(zhì)金屬蛋白酶(MMP)等，促進(jìn)皮膚結(jié)構(gòu)盡快復(fù)原。在MMP3敲除的小鼠中，由于MMP3表達(dá)減少導(dǎo)致MMP13表達(dá)同時(shí)降低，促炎因子TNF-α增加，導(dǎo)致膠原蛋白降解減少，因此使皮膚組織中膠原顯著沉積[41]。同時(shí)少量研究表明，自噬與凋亡之間的相互作用也可能會(huì)影響瘢痕的形成，自噬相關(guān)基因Atg3、Atg8敲除的成纖維細(xì)胞的Bax/caspase依賴性的細(xì)胞凋亡受到抑制，這進(jìn)而導(dǎo)致纖維化[42]。

A.皮膚組織發(fā)生損傷后，成纖維細(xì)胞響應(yīng)炎癥因子，通過PI3K/AKT及FAK/ERK通路進(jìn)行增殖；B.在增殖后，在不同趨化因子的作用下，遷移至傷口處，與上皮細(xì)胞及角質(zhì)細(xì)胞相互作用，通過Wnt/β-catenin通路進(jìn)行上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化，完成再上皮化，同時(shí)通過TGF-β/Smad及TGF-β/STAT3等通路分化成為肌成纖維細(xì)胞，促進(jìn)損傷修復(fù)進(jìn)入基質(zhì)重塑階段；C.在表皮愈合后，肌成纖維細(xì)胞凋亡，膠原蛋白降解，細(xì)胞外基質(zhì)重塑，形成疤痕或瘢痕圖1 成纖維細(xì)胞在皮膚損傷修復(fù)中的不同階段

4 結(jié)論與展望

皮膚損傷后的修復(fù)是一個(gè)復(fù)雜的過程，它涉及不同細(xì)胞因子、趨化因子、炎癥因子的分泌，同時(shí)又依賴于不同細(xì)胞之間的協(xié)同作用，共同調(diào)節(jié)傷口的愈合。其中成纖維細(xì)胞在損傷修復(fù)過程具有重要作用，由于其具有一定的收縮能力，活化后會(huì)使收縮及支撐能力增加。在初期，這種功能有助于上皮間質(zhì)的形成、再上皮化以及臨時(shí)基質(zhì)的形成。但是在損傷修復(fù)的后期若活化過度，凋亡減少，會(huì)導(dǎo)致皮膚組織纖維化，從而形成瘢痕，嚴(yán)重者會(huì)導(dǎo)致硬皮病。若正確應(yīng)用成纖維細(xì)胞在損傷不同階段的作用設(shè)計(jì)藥物，也許會(huì)為促進(jìn)皮膚損傷修復(fù)提供新的治療方案。