臍帶間充質(zhì)干細(xì)胞修復(fù)皮膚創(chuàng)傷的研究進(jìn)展

吳文哲，孫建偉，付長(zhǎng)秀，黃李晨露，鄭永欽，賀軍棟*

(1.昆明理工大學(xué) 醫(yī)學(xué)院，云南 昆明 650000；昆明理工大學(xué)附屬醫(yī)院 云南省第一人民醫(yī)院 2.內(nèi)分泌代謝科；3.乳腺甲狀腺外科，云南 昆明 650000)

臍帶間充質(zhì)干細(xì)胞(umbilical cord mesenchymal stem cells, UC-MSCs)是來源于臍帶組織的多能干細(xì)胞，相對(duì)于其他來源的干細(xì)胞，具有易獲取、免疫原性低、易于體外擴(kuò)增以及合乎倫理等優(yōu)點(diǎn)[1]。UC-MSCs在許多疾病中都可起到一定的作用，比如急性肺損傷、肝衰竭、骨關(guān)節(jié)炎、紅斑狼瘡、糖尿病以及皮膚損傷等疾病[2-6]。

由嚴(yán)重創(chuàng)傷、燒傷、輻射等因素導(dǎo)致的大面積、慢性難愈的皮膚創(chuàng)面，會(huì)造成機(jī)體的生理功能障礙，而且容易進(jìn)一步感染，嚴(yán)重影響傷者的生活質(zhì)量。

目前仍在探索安全且有效的臨床治療手段，UC-MSCs是創(chuàng)面愈合、組織再生的潛在治療工具，這為修復(fù)受損皮膚提供了全新的途徑。

1 UC-MSCs的生理學(xué)特性

UC-MSCs來源于臍帶組織，與國(guó)際細(xì)胞治療學(xué)會(huì)(ISCT)的標(biāo)準(zhǔn)所定義的骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞(bone marrow mesenchymal stem cells, BM-MSCs)具有相似的共同特征,如貼壁增生，成纖維狀，且具有多向分化潛能，在體外培養(yǎng)可分化為成骨細(xì)胞、軟骨細(xì)胞和脂肪細(xì)胞等[7]。但與BM-MSCs相比，UC-MSCs可以在體外傳代(直到第10代)中保持更穩(wěn)定的細(xì)胞增殖能力、克隆形成能力以及衰老標(biāo)志物持續(xù)低表達(dá)[8]，此外，UC-MSCs可通過對(duì)供體無風(fēng)險(xiǎn)的快速、簡(jiǎn)單、無痛、非入侵式的取樣，且潛在的培養(yǎng)成本低、研究應(yīng)用無倫理問題[1]。UC-MSCs一般缺乏造血細(xì)胞標(biāo)志物(CD45、CD34、CD14和CD11b)、血小板和內(nèi)皮細(xì)胞黏附分子(CD31)和胚胎樣干細(xì)胞標(biāo)志物(CD133)，但表達(dá)不同程度的CD29、CD105(SH2)、CD73(SH3/4)、CD44和CD90/Thy-1[9-10]。由于主要組織相容性復(fù)合體(major histocompatibility complex, MHC)Ⅰ類分子的低表達(dá)、MHC Ⅱ類分子的缺失以及CD40、CD80和CD86等共刺激配體的缺乏，使得UC-MSCs的免疫原性低[11]?？傊?，這些特性為UC-MSCs的研究應(yīng)用提供了有利條件。

2 UC-MSCs修復(fù)皮膚損傷的機(jī)制

UC-MSC可通過調(diào)節(jié)皮膚傷口的炎性環(huán)境，促進(jìn)血管生成、細(xì)胞增殖，抑制疤痕形成、誘導(dǎo)皮膚附件形成3個(gè)過程來修復(fù)皮膚損傷。

在傷口愈合的前期，UC-MSCs可以改善傷口的炎性因子水平。UC-MSC可使抑炎因子白細(xì)胞介素-4(IL-4)、IL-10、IL-13等濃度上升，而使促炎因子腫瘤壞死因子-α(TNF-α)、γ-干擾素、IL-1、IL-6、IL-8、細(xì)胞間黏附分子-1等濃度下降[6，12]。UC-MSCs可誘導(dǎo)炎性部位M2巨噬細(xì)胞的出現(xiàn)，從而觸發(fā)體內(nèi)創(chuàng)面愈合的過程。UC-MSCs可以通過調(diào)節(jié)免疫細(xì)胞(T細(xì)胞、B細(xì)胞以及樹突狀細(xì)胞)的功能特性起到抗菌作用[13]。UC-MSCs可增加燒傷部位的腫瘤壞死因子α誘導(dǎo)蛋白6(tumor necrosis factor α stimu-lated gene 6, TSG-6)，從而抑制P38和激活JNK信號(hào)，減輕炎性反應(yīng)(燒傷組織中TNF-α、IL-1β、IL-6 以及MPO的水平明顯降低)[14]。

在傷口愈合的中期，UC-MSCs可以促進(jìn)肉芽形成、血管形成以及細(xì)胞增殖。UC-MSCs可以通過分泌生長(zhǎng)因子如血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子(vascular endothelial growth factor, VEGF)、成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子(fibroblast growth factor, FGF)、堿性成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子(basic fibroblast growth factor, bFGF)、轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子β(transforming growth factor-β, TGF-β)、胰島素樣生長(zhǎng)因子-1(Insulin-like growth factor-1, IGF-1)、干細(xì)胞生長(zhǎng)因子(hepatocyte growth factor, HGF)及其他細(xì)胞因子如低氧誘導(dǎo)因子1α等誘導(dǎo)血管新生、膠原堆積，調(diào)節(jié)內(nèi)皮細(xì)胞、角質(zhì)形成細(xì)胞和成纖維細(xì)胞的存活、增殖、遷移，增加創(chuàng)周組織的血液循環(huán)和血氧飽和度，從而促進(jìn)創(chuàng)面再上皮化，加速創(chuàng)面愈合[6，15]。將108例致傷原因不同的慢性傷口患者隨機(jī)分為兩組，與安慰劑組相比，UC-MSCs的局部皮下注射組(n=59)顯示肉芽組織明顯生長(zhǎng)，血液微循環(huán)改善，傷口大小減小[16]。

在傷口愈合的后期，UC-MSCs可調(diào)節(jié)細(xì)胞外基質(zhì)(extracellular matrix, ECM)蛋白的合成、抑制瘢痕形成、誘導(dǎo)毛囊再生。病理性皮膚瘢痕，如增生性瘢痕、瘢痕疙瘩和萎縮性瘢痕，是由嚴(yán)重?zé)齻?、鈍器創(chuàng)傷、傷口感染或其他手術(shù)干預(yù)引起的異常纖維代謝疾病。當(dāng)皮膚受到嚴(yán)重?fù)p傷時(shí)，會(huì)過度修復(fù)而產(chǎn)生瘢痕，其特征是炎性細(xì)胞的浸潤(rùn)、成纖維細(xì)胞的增殖和膠原的堆積[17]。UC-MSCs可使創(chuàng)傷部位迅速度過炎性期，從而減少膠原的過度堆積以及瘢痕的形成[18]。成纖維細(xì)胞在皮膚的損傷修復(fù)中必不可少，其產(chǎn)生的ECM有促進(jìn)瘢痕形成、誘導(dǎo)毛囊形成，UC-MSCs可通過調(diào)節(jié)成纖維細(xì)胞以及其產(chǎn)生ECM的量來減少創(chuàng)面瘢痕形成；Wnt蛋白是皮膚發(fā)育和皮膚附屬物(例如頭發(fā))形成的關(guān)鍵，過表達(dá)Wnt7a的UC-MSCs的上清液作用于受損的小鼠皮膚時(shí)，通過增強(qiáng)c-Myc的表達(dá)促進(jìn)了成纖維細(xì)胞的細(xì)胞ECM表達(dá)和細(xì)胞遷移，改變傷口微環(huán)境，加速傷口愈合并誘導(dǎo)毛囊再生[19]。此外，許多調(diào)節(jié)因子如角質(zhì)形成細(xì)胞生長(zhǎng)因子(keratinocyte growth factor, KGF)，參與了皮膚和皮膚附件的修復(fù)，含有KGF的特定培養(yǎng)基可誘導(dǎo)UC-MSCs分化為汗腺樣細(xì)胞(sweat gland cells，SGCs)，SGCs對(duì)破壞的汗腺(sweat gland, SG)和損傷皮膚的再生具有潛在的治療應(yīng)用價(jià)值[20]。

3 UC-MSCs聯(lián)合藥物共同作用促進(jìn)創(chuàng)面愈合

UC-MSCs可聯(lián)合殼聚糖、海藻酸鈉等水凝膠聚合物以及天然無機(jī)物、有機(jī)物共同作用于傷口，這些物質(zhì)可使UC-MSCs在傷口部位停留更久，促進(jìn)其遷移、增殖，調(diào)節(jié)其分化等，從而提高UC-MSCs修復(fù)皮膚傷口的作用。

3.1 UC-MSCs 聯(lián)合促進(jìn)UC-MSCs黏附與增殖的水凝膠

修復(fù)嚴(yán)重外傷的關(guān)鍵是盡快覆蓋傷口，考慮到創(chuàng)面愈合的內(nèi)在復(fù)雜性，理想的創(chuàng)面敷料應(yīng)該具有良好的組織相容性、濕潤(rùn)和閉塞的環(huán)境、低感染風(fēng)險(xiǎn)、易于使用和有效地清除滲出物，以及促進(jìn)愈合等特點(diǎn)[21]。水凝膠具有良好的生物相容性和可降解性，可以維持水和體液，可以避免繼發(fā)性感染，促進(jìn)新生血管形成和皮膚再生的能力[22]。

水凝膠具有多孔的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、合適的微環(huán)境，UC-MSCs聯(lián)合水凝膠作用于創(chuàng)傷時(shí)，有益于移植的UC-MSCs的黏附、存活和增殖[23]，促進(jìn)UC-MSCs分泌相關(guān)因子，減少炎性因子TNF-α和IL-1β的分泌，抑制創(chuàng)面中心和周圍的過度炎性反應(yīng)[24]，促進(jìn)TGF-β1和bFGF分泌，促進(jìn)膠原沉積和角質(zhì)形成細(xì)胞成熟標(biāo)志物K1的表達(dá)[25]，促進(jìn)微循環(huán)、創(chuàng)面閉合、組織重塑、再上皮化和毛囊再生，為創(chuàng)面愈合、疤痕抑制提供了一種潛在的治療途徑。

3.2 UC-MSCs聯(lián)合促進(jìn)UC-MSCs遷移的物質(zhì)

細(xì)胞遷移是UC-MSCs促進(jìn)傷口愈合過程中的重要生物學(xué)事件，促進(jìn)UC-MSCs遷移的常用方法有生化混合物和基因修飾，但都存在潛在的副作用[26]，因此，安全有效的調(diào)節(jié)UC-MSCs遷移是傷口修復(fù)的研究重點(diǎn)。一些天然物質(zhì)、激素均可促進(jìn)UC-MSCs的遷移，并且這些物質(zhì)本身也具有促進(jìn)傷口愈合的功效，UC-MSCs聯(lián)合其他物質(zhì)作用于創(chuàng)傷時(shí)，可顯著提高UC-MSCs對(duì)傷口的修復(fù)作用。

關(guān)于UC-MSCs聯(lián)合其他物質(zhì)作用于傷口時(shí)的分子機(jī)制，也有相應(yīng)的研究做了進(jìn)一步的探討。其中H2O2在低劑量(0.10～1 μmol/L)時(shí)通過激活NF-κB和糖原合成酶激酶-3β/β-catenin，增加MMP12依賴的Col-5和FN的降解，從而刺激UC-MSCs在傷口部位的遷移能力[27]。油酸(oleic acid, OA)依賴于EphB2的F-肌動(dòng)蛋白來促進(jìn)UC-MSCs的遷移，該肌動(dòng)蛋白涉及PKC、α/GSK3、β/β、catenin和rac1信號(hào)通路[28]。褪黑素(melatonine，MT)對(duì)傷口修復(fù)具有積極作用，將褪黑素預(yù)處理的UC-MSCs移植于小鼠皮膚創(chuàng)傷部位，發(fā)現(xiàn)MT信號(hào)通過褪黑激素受體2(MT2)觸發(fā)FAK/paxillin磷酸化，激活 cdc42/arp2/3,刺激肌動(dòng)蛋白細(xì)胞骨架的重組，從而促進(jìn)UC-MSCs的遷移[29]?；ㄉ南┧?arachidonic acid, AA)在皮膚損傷期間可被大量釋放到傷口部位，用AA預(yù)處理的UC-MSCs移植于創(chuàng)傷小鼠模型中，AA依賴于GPR40的mTORC2信號(hào)通路，通過MT3-MMP介導(dǎo)的纖維連接蛋白降解誘導(dǎo)UC-MSCs運(yùn)動(dòng)來促進(jìn)皮膚創(chuàng)傷愈合[1]。姜黃素(curcumin, CN)負(fù)載的納米球在皮膚創(chuàng)面愈合過程中刺激c-Src和蛋白激酶C的磷酸化，導(dǎo)致MAPK的激活，并且CN受到NF-κB磷酸化的調(diào)節(jié)顯著誘導(dǎo)了α-actinin-1，profilin-1和絲狀肌動(dòng)蛋白的表達(dá)水平，從而促進(jìn)UC-MSCs的遷移[26]。

4 問題與展望

UC-MSCs修復(fù)創(chuàng)傷時(shí)，可抑制傷口部位的炎性因子，增加抗炎因子，也可以分泌細(xì)胞因子及生長(zhǎng)因子促進(jìn)血管再生、再上皮化、膠原合成、抑制瘢痕、毛囊再生、修復(fù)汗腺等。UC-MSCs聯(lián)合水凝膠或其聯(lián)合其他物質(zhì)(如激素類或者天然藥物)共同作用可以使UC-MSCs黏附存活于創(chuàng)面更久、增強(qiáng)UC-MSCs的增殖、遷移能力以及調(diào)節(jié)其分化。迄今為止，已有大量的基礎(chǔ)研究和臨床試驗(yàn)證明UC-MSCs修復(fù)皮膚損傷在臨床應(yīng)用中前景廣闊，但是UC-MSCs真正應(yīng)用到臨床還需要做更多的工作：UC-MSCs在治療過程中存在的安全性(如致瘤性)需要更多的樣本來驗(yàn)證，設(shè)計(jì)并驗(yàn)證用UC-MSCs 治療的最佳方案(最適注射量、治療頻率)，還需要進(jìn)一步探索UC-MSCs促進(jìn)傷口修復(fù)的分子機(jī)制。隨著研究的更加深入，相信UC-MSCs療法將成為皮膚損傷患者的福音。