鐵在皮膚慢性創(chuàng)面愈合中的作用及應(yīng)用研究進(jìn)展

張廣，王一兵，3

1 山東大學(xué)齊魯醫(yī)學(xué)院，濟(jì)南 250012；2 山東省千佛山醫(yī)院整形外科；3 濟(jì)南市組織工程皮膚再生與創(chuàng)面修復(fù)臨床醫(yī)學(xué)研究中心

皮膚創(chuàng)面愈合是指由于損傷因素的作用造成組織缺損后，局部組織通過(guò)再生、修復(fù)和重建，使得缺損組織重新恢復(fù)完整性的過(guò)程。從本質(zhì)上講，它是身體對(duì)各種有害因素造成組織損傷后的一種固有的適應(yīng)性防御反應(yīng)。創(chuàng)面愈合可以分為四個(gè)連續(xù)的階段：凝血期、炎癥期、修復(fù)期和重塑期。凝血期是創(chuàng)面形成后機(jī)體最先出現(xiàn)的止血反應(yīng)；炎癥期是免疫細(xì)胞對(duì)各種損傷因素做出的免疫防御反應(yīng)；修復(fù)期又稱(chēng)為增生期，上皮再生及肉芽組織形成是這個(gè)時(shí)間的主要特點(diǎn)；重塑期以表皮的增厚以及膠原蛋白的重新排列為主要表現(xiàn)。角質(zhì)形成細(xì)胞、成纖維細(xì)胞、巨噬細(xì)胞等在創(chuàng)面愈合的過(guò)程中發(fā)揮著重要的作用［1］。有很多因素會(huì)影響創(chuàng)面愈合，常見(jiàn)的有年齡、營(yíng)養(yǎng)、心理狀態(tài)等全身因素，也有異物、感染、血供、壓力等局部因素［2］。一旦創(chuàng)面受到各種因素的影響不能通過(guò)正常的進(jìn)程達(dá)到創(chuàng)面愈合，就可能轉(zhuǎn)變?yōu)槁詣?chuàng)面。壓力性創(chuàng)面、糖尿病潰瘍、慢性靜脈潰瘍是臨床上常見(jiàn)的慢性創(chuàng)面，難愈合、進(jìn)展快、易復(fù)發(fā)使這類(lèi)疾病成為臨床工作中亟待解決的難題。鐵參與細(xì)胞活動(dòng)的多個(gè)重要生理過(guò)程，包括血紅蛋白合成、DNA 合成、氧氣轉(zhuǎn)運(yùn)、線粒體呼吸、能量代謝和免疫防御等，因此它對(duì)于維持機(jī)體正常生理活動(dòng)是必不可少的。慢性創(chuàng)面中普遍存在鐵水平異常，因此，明確鐵在皮膚慢性創(chuàng)面愈合中的作用并設(shè)法維持鐵的正常水平為皮膚慢性創(chuàng)面相關(guān)疾病的治療提供了新的思路?，F(xiàn)將鐵在皮膚慢性創(chuàng)面愈合中的作用及應(yīng)用研究進(jìn)展綜述如下。

1 皮膚中鐵的來(lái)源、代謝、調(diào)控

1.1 皮膚中鐵的來(lái)源及代謝 食物是人體中鐵元素的主要來(lái)源。食物中的鐵絕大部分是Fe3+，其特點(diǎn)是不易被吸收，必須被還原為Fe2+時(shí)才會(huì)被小腸黏膜上皮細(xì)胞主動(dòng)吸收，這個(gè)過(guò)程是由小腸黏膜上皮細(xì)胞的二價(jià)金屬離子轉(zhuǎn)運(yùn)體（DMT1）介導(dǎo)的。鐵吸收入小腸黏膜上皮細(xì)胞后，主要以Fe2+和Fe3+的形式存在并處于氧化還原的動(dòng)態(tài)平衡中。當(dāng)組織需要鐵時(shí)，鐵通過(guò)運(yùn)鐵素1（FPN1）從小腸黏膜上皮細(xì)胞釋放，F(xiàn)e2+被氧化為Fe3+后與轉(zhuǎn)鐵蛋白（Tf）結(jié)合，被轉(zhuǎn)運(yùn)到人體的各個(gè)組織中。Tf與細(xì)胞膜上的轉(zhuǎn)鐵蛋白受體（TfR1）結(jié)合，介導(dǎo)細(xì)胞的內(nèi)吞作用，進(jìn)入細(xì)胞后Fe3+從Tf上釋放下來(lái)并被還原為Fe2+進(jìn)入不穩(wěn)定鐵池或者與鐵蛋白結(jié)合儲(chǔ)存起來(lái)［3］?，F(xiàn)有的研究［4］表明，皮膚中的鐵水平不是一成不變的，會(huì)隨著衰老的過(guò)程而增加。鐵在表皮中積聚，其濃度由外層向內(nèi)層增加，在表皮基底層最高，可達(dá)到（7.33 ±0.98）μmol/g［5］。鐵可以通過(guò)尿液、糞便、汗液、脫屑等方式從人體中排出，其中因脫屑而損失的鐵占每日鐵損失的20%～25%。脫屑是皮膚老化的角質(zhì)形成細(xì)胞的脫落過(guò)程，目前關(guān)于脫屑機(jī)制的理論中，最為認(rèn)可的是水解蛋白酶的消化作用使角質(zhì)形成細(xì)胞之間的橋粒溶解從而導(dǎo)致角質(zhì)形成細(xì)胞的脫落［6］。目前關(guān)于皮膚中鐵的生理過(guò)程的研究有限，需進(jìn)一步挖掘。此外，由于技術(shù)水平的限制，對(duì)于鐵的定量目前局限于總鐵含量，不同價(jià)態(tài)的鐵的精確定量方法有待于開(kāi)發(fā)。

1.2 細(xì)胞內(nèi)鐵水平的調(diào)控 為了使鐵濃度保持在最佳的生理范圍內(nèi)，細(xì)胞水平和整個(gè)系統(tǒng)水平的鐵代謝受到嚴(yán)格的調(diào)節(jié)。鐵穩(wěn)態(tài)的平衡取決于機(jī)體內(nèi)多種鐵相關(guān)蛋白的表達(dá)水平和活性。其中，Tf、鐵調(diào)節(jié)蛋白（IRPs）和鐵儲(chǔ)存蛋白至關(guān)重要。在正常生理?xiàng)l件下，游離鐵要么被利用作為合成血紅蛋白的底物，要么與胞質(zhì)鐵蛋白結(jié)合儲(chǔ)存起來(lái)。當(dāng)細(xì)胞缺鐵時(shí)，通過(guò)Tf 與TfR1 的結(jié)合介導(dǎo)內(nèi)吞，通過(guò)DMT1 介導(dǎo)進(jìn)入胞質(zhì)。當(dāng)細(xì)胞內(nèi)游離鐵過(guò)多時(shí)，F(xiàn)PN1 介導(dǎo)細(xì)胞內(nèi)過(guò)量的鐵向細(xì)胞外轉(zhuǎn)移。在細(xì)胞內(nèi)，DMT1、TfR1、鐵蛋白和FPN1 的表達(dá)水平受IRPs與鐵反應(yīng)元件（IRE）來(lái)調(diào)控，以達(dá)到適合細(xì)胞的鐵水平［7］。

2 鐵在皮膚慢性創(chuàng)面愈合中的作用

2.1 鐵缺乏對(duì)皮膚慢性創(chuàng)面愈合的影響 鐵缺乏會(huì)導(dǎo)致血紅蛋白和紅細(xì)胞的生成障礙，嚴(yán)重的鐵缺乏在臨床上會(huì)導(dǎo)致缺鐵性貧血。從鐵缺乏發(fā)展到缺鐵性貧血需要漫長(zhǎng)的過(guò)程，初期并沒(méi)有臨床癥狀，以血清鐵和血清鐵蛋白濃度下降為特征，此為儲(chǔ)存鐵減少期；隨后到達(dá)紅細(xì)胞生成鐵缺乏期，此期Tf 濃度降低并且游離原卟啉濃度升高，但是血紅蛋白處于正常水平；最后才會(huì)發(fā)展成有臨床癥狀的缺鐵性貧血期，此期內(nèi)血紅蛋白濃度低于正常值［8］。血紅蛋白的主要功能是運(yùn)輸氧氣，因此缺鐵性貧血會(huì)導(dǎo)致組織缺氧。皮膚慢性創(chuàng)面愈合是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，此過(guò)程的正常進(jìn)行依賴(lài)于氧氣的存在。因此，缺鐵性貧血導(dǎo)致的缺氧會(huì)對(duì)皮膚慢性創(chuàng)面愈合造成不利的影響。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)［9］表明，與正常飼料喂養(yǎng)的大鼠相比，貧血大鼠的傷口愈合速度較慢，傷口斷裂強(qiáng)度較低。在貧血和血容量對(duì)皮膚慢性創(chuàng)面愈合的影響的研究［10］中發(fā)現(xiàn)，用右旋糖酐鐵替代血容量可以恢復(fù)傷口的正常愈合；其次，鐵可以維持膠原蛋白分子的穩(wěn)定性，它是膠原蛋白合成和前膠原蛋白的翻譯后修飾所必需的。缺鐵對(duì)膠原合成有有害影響，膠原作為細(xì)胞生長(zhǎng)的依附物，合成受阻會(huì)影響皮膚慢性創(chuàng)面的愈合［11］。而對(duì)糖尿病足的研究［12］進(jìn)一步證明，缺鐵性貧血導(dǎo)致的組織缺氧可以使成纖維細(xì)胞停止分裂，膠原停止產(chǎn)生，新生血管不再生長(zhǎng)，直接影響傷口愈合；同時(shí)，缺氧抑制白細(xì)胞的殺菌功能，導(dǎo)致局部厭氧菌的大量生長(zhǎng)引起的傷口感染，使皮膚慢性創(chuàng)面更加難以愈合。此外，乳鐵蛋白作為一種由腺上皮細(xì)胞分泌的鐵結(jié)合性糖蛋白，可以通過(guò)促進(jìn)炎癥發(fā)展及細(xì)胞的增殖和遷移來(lái)促進(jìn)皮膚慢性創(chuàng)面愈合［13］。以上研究說(shuō)明鐵缺乏會(huì)影響皮膚慢性創(chuàng)面愈合，我們可以通過(guò)補(bǔ)充鐵來(lái)消除缺鐵帶來(lái)的不利影響。另一方面，缺氧誘導(dǎo)因子-1（HIF-1）被證實(shí)有助于皮膚慢性創(chuàng)面愈合，而因缺鐵而導(dǎo)致的缺氧會(huì)誘導(dǎo)HIF-1 的表達(dá)。研究［14］表明，HIF-1 可以促進(jìn)細(xì)胞遷移、缺氧條件下的細(xì)胞生存和生長(zhǎng)因子釋放，因而可以促進(jìn)皮膚慢性創(chuàng)面愈合。這可以看做是缺氧對(duì)皮膚慢性創(chuàng)面愈合造成的不利影響的一種自我調(diào)節(jié)，但不足以抵消缺氧的不利影響。而另有研究［15］表明，糖尿病足潰瘍中，HIF-1α 的活性受到高糖誘導(dǎo)和活性氧介導(dǎo)的輔活化子p300 的修飾的而降低，導(dǎo)致新生血管減少，反而成為糖尿病足潰瘍遷延不愈的重要原因之一。綜上所述，缺鐵性貧血不利于皮膚慢性創(chuàng)面愈合。

2.2 鐵過(guò)載對(duì)皮膚慢性創(chuàng)面愈合的影響 鐵過(guò)載在臨床皮膚慢性創(chuàng)面中比較常見(jiàn)，例如慢性靜脈潰瘍、糖尿病潰瘍等。當(dāng)局部環(huán)境中的游離鐵過(guò)多時(shí)，它會(huì)通過(guò)誘導(dǎo)氧化應(yīng)激來(lái)破壞氧化還原穩(wěn)態(tài)，進(jìn)而影響創(chuàng)面愈合的各個(gè)階段。多種細(xì)胞在皮膚慢性創(chuàng)面愈合的過(guò)程中發(fā)揮著重要的作用，其中，巨噬細(xì)胞和成纖維細(xì)胞容易受到局部微環(huán)境中鐵濃度的影響，產(chǎn)生一系列病理性變化，影響皮膚慢性創(chuàng)面愈合。

2.2.1 鐵過(guò)載對(duì)巨噬細(xì)胞的影響 巨噬細(xì)胞由血液循環(huán)中的單核細(xì)胞分化而來(lái)，它可以分為多種類(lèi)型，其中M1 型和M2 型巨噬細(xì)胞在創(chuàng)面愈合的過(guò)程中發(fā)揮重要作用。M1 型巨噬細(xì)胞具有很強(qiáng)的微生物殺傷能力，其特點(diǎn)是可以分泌高水平的炎性因子TNF-α、IL-1、IL-6 和IL-23，在創(chuàng)面愈合的早期占據(jù)主導(dǎo)地位。相比之下，M2型巨噬細(xì)胞抑制促炎細(xì)胞因子，并分泌細(xì)胞外基質(zhì)成分，促進(jìn)纖維化，在組織修復(fù)的晚期發(fā)揮著重要作用［16］。在正常的皮膚創(chuàng)面愈合過(guò)程中，M1 型巨噬細(xì)胞會(huì)逐漸向M2 型巨噬細(xì)胞轉(zhuǎn)換，由于在皮膚慢性創(chuàng)面中存在鐵過(guò)載現(xiàn)象，這種轉(zhuǎn)換難以進(jìn)行。過(guò)量的鐵通過(guò)芬頓反應(yīng)誘導(dǎo)產(chǎn)生的ROS 以及持續(xù)存在的M1 型巨噬細(xì)胞分泌的促炎性細(xì)胞因子使得創(chuàng)面處于高氧化應(yīng)激及炎癥狀態(tài)。這種狀態(tài)下，正常愈合過(guò)程難以進(jìn)行，導(dǎo)致皮膚慢性創(chuàng)面不愈合［17］。如在對(duì)下肢靜脈性潰瘍的研究［18］中發(fā)現(xiàn)，其傷口液中的鐵含量以及鐵蛋白含量水平均明顯升高，同時(shí)M1 型巨噬細(xì)胞數(shù)目及其產(chǎn)生的炎性因子的量也顯著增多。通過(guò)對(duì)比糖尿病潰瘍區(qū)與糖尿病潰瘍過(guò)渡區(qū)組織中的巨噬細(xì)胞也發(fā)現(xiàn)，潰瘍組織中的M2/M1 型巨噬細(xì)胞的比值降低［19］。相反地，巨噬細(xì)胞也可以調(diào)節(jié)鐵水平。研究［20］表明，巨噬細(xì)胞可以通過(guò)核因子E2 相關(guān)因子2（Nrf2）上調(diào)血紅素氧合酶1（HO-1）的表達(dá)，HO-1通過(guò)促進(jìn)血紅素降解為游離鐵對(duì)鐵水平進(jìn)行調(diào)節(jié)，在此過(guò)程中釋放的CO 通過(guò)下調(diào)細(xì)胞間黏附分子1（ICAM-1）抑制炎癥反應(yīng)，同時(shí)促進(jìn)創(chuàng)面血管生成和肉芽組織形成［21］。然而在慢性創(chuàng)面中，HO-1 介導(dǎo)的這種保護(hù)性反應(yīng)受到影響，巨噬細(xì)胞也難以維持其正常功能。綜上所述，鐵過(guò)載導(dǎo)致巨噬細(xì)胞難以從M1 型向M2 型轉(zhuǎn)變是阻礙慢性皮膚創(chuàng)面愈合的關(guān)鍵。

2.2.2 鐵過(guò)載對(duì)成纖維細(xì)胞的影響 成纖維細(xì)胞的主要功能是合成細(xì)胞外基質(zhì)和膠原，對(duì)于組織的重塑發(fā)揮著關(guān)鍵的作用。研究［22］表明，皮膚慢性創(chuàng)面其中一個(gè)重要的表現(xiàn)是創(chuàng)面中持續(xù)存在的衰老的成纖維細(xì)胞，鐵過(guò)載造成的氧化應(yīng)激是成纖維細(xì)胞衰老的主要誘因。除了合成細(xì)胞外基質(zhì)的功能受損之外，慢性創(chuàng)面中衰老的成纖維細(xì)胞還會(huì)分泌一些介質(zhì)，例如基質(zhì)金屬蛋白酶?；|(zhì)金屬蛋白酶是一種蛋白水解酶，能夠水解細(xì)胞外基質(zhì)，尤其是構(gòu)成真皮結(jié)構(gòu)的膠原纖維和彈力纖維，影響皮膚慢性創(chuàng)面愈合的重塑階段，導(dǎo)致皮膚慢性創(chuàng)面難愈合［23］。此外，也有研究［24］報(bào)道，衰老成纖維細(xì)胞中存在鐵過(guò)載，這可能與溶酶體功能的破壞、鐵儲(chǔ)存蛋白的增加以及鐵死亡的敏感性降低有關(guān)。衰老成纖維細(xì)胞的持續(xù)存在阻礙了皮膚慢性創(chuàng)面愈合的正常進(jìn)展，這就導(dǎo)致了皮膚慢性創(chuàng)面不愈合。

3 鐵在皮膚慢性創(chuàng)面治療中的應(yīng)用

皮膚慢性創(chuàng)面中普遍存在鐵水平異常，維持鐵水平的正常是治療這類(lèi)疾病的關(guān)鍵。對(duì)于鐵缺乏，目前臨床上最常用的方法是口服鐵劑，如口服乳酸亞鐵口服液、富馬酸亞鐵膠囊等藥物，此外，也可以通過(guò)靜脈注射鐵劑的方法補(bǔ)充鐵，如右旋糖酐鐵注射液。對(duì)于鐵過(guò)載，臨床上采用鐵螯合劑去除多余的鐵，目前應(yīng)用最廣泛的鐵螯合劑是去鐵胺（DFO），它是美國(guó)食品藥品管理局批準(zhǔn)的一種小分子鐵螯合劑。研究［25］表明，注射到小鼠體內(nèi)的DFO 可以消除由于鐵過(guò)載導(dǎo)致的傷口延遲愈合的不利影響。局部使用DFO 可以有效抑制ROS 的產(chǎn)生，這表明它具有抗氧化作用。其次，它可以使M1 型巨噬細(xì)胞向M2型巨噬細(xì)胞轉(zhuǎn)變，減少創(chuàng)面中衰老的成纖維細(xì)胞，使創(chuàng)面愈合進(jìn)程正常進(jìn)行。另外，DFO 能夠上調(diào)HIF-1α 和其他的下游血管生成因子，刺激新生毛細(xì)血管的再生［26］。例如，局部給藥DFO 可以促進(jìn)糖尿病足潰瘍愈合，這與其可以降低鐵依賴(lài)的ROS 水平以及增加HIF-1α、VEGF 的表達(dá)水平的特性相關(guān)［19］。目前，DFO 相關(guān)敷料已經(jīng)廣泛用于臨床治療皮膚慢性創(chuàng)面相關(guān)疾病并取得良好的療效。除了DFO，環(huán)吡酮胺作為一種抗真菌藥被發(fā)現(xiàn)具有鐵螯合作用，這為治療真菌感染的皮膚慢性創(chuàng)面帶來(lái)了希望。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，許多新型鐵螯合劑相關(guān)納米材料應(yīng)運(yùn)而生，有文獻(xiàn)報(bào)道了海藻酸鈉去鐵胺水凝膠敷料能夠促進(jìn)糖尿病創(chuàng)面愈合和血管生成［27］。此外，含DFO 的生物活性可注射水凝膠也被用來(lái)促進(jìn)皮膚慢性創(chuàng)面愈合［28］。通過(guò)偶聯(lián)不同的物質(zhì)賦予敷料不同的特性，發(fā)揮多種功能，從多個(gè)方面促進(jìn)創(chuàng)面愈合。多功能、低毒性、良好的生物相容性、可降解是這類(lèi)新型材料的優(yōu)勢(shì)，將逐步用于皮膚慢性創(chuàng)面的治療。

綜上所述，鐵對(duì)皮膚慢性創(chuàng)面愈合的影響是復(fù)雜的。鐵缺乏通過(guò)缺氧來(lái)影響慢性創(chuàng)面愈合；鐵過(guò)載會(huì)誘導(dǎo)氧化應(yīng)激，導(dǎo)致M1 型巨噬細(xì)胞難以向M2 型巨噬細(xì)胞轉(zhuǎn)變以及使衰老的成纖維細(xì)胞持續(xù)存在，進(jìn)而影響慢性創(chuàng)面愈合。這只是其中一個(gè)重要的環(huán)節(jié)，鐵對(duì)皮膚慢性創(chuàng)面愈合的影響及相關(guān)作用機(jī)制還需要深入研究。此外，鐵水平異常是影響下肢靜脈性潰瘍以及糖尿病潰瘍等皮膚慢性創(chuàng)面愈合的一個(gè)重要因素，改善局部環(huán)境中的鐵水平異常是治療這類(lèi)疾病的關(guān)鍵。因此，鐵作為一種潛在的治療靶點(diǎn)，鐵缺乏可以補(bǔ)充鐵，鐵過(guò)載通過(guò)局部應(yīng)用鐵螯合劑和其他新型藥物，促進(jìn)慢性創(chuàng)面愈合。鐵螯合劑由于其可以螯合鐵離子在治療慢性創(chuàng)面上得到廣泛的應(yīng)用，同時(shí)，新型鐵螯合劑相關(guān)材料的研發(fā)越來(lái)越火熱，功能更全面、生物相容性更好、毒性更低的納米鐵螯合劑材料具有廣闊的發(fā)展前景。維持皮膚慢性創(chuàng)面環(huán)境鐵穩(wěn)態(tài)以及保證皮膚慢性創(chuàng)面愈合進(jìn)程的時(shí)序性將是未來(lái)研究的方向。