瘢痕疙瘩發(fā)病機(jī)制的研究進(jìn)展

賈坤朋, 周婧

哈爾濱醫(yī)科大學(xué)附屬第二醫(yī)院皮膚科,黑龍江 哈爾濱 150000

瘢痕疙瘩是皮膚創(chuàng)傷或炎癥后,在修復(fù)過程中發(fā)生的瘢痕異常增生,其特點(diǎn)是超出原傷口范圍侵犯正常皮膚[1],常見于耳垂、前胸及肩背部等部位,可持續(xù)很長時(shí)間,難以自行消退,在有色人種中較易發(fā)病。瘢痕疙瘩是一個(gè)具有挑戰(zhàn)性的醫(yī)學(xué)問題,傳統(tǒng)治療方法效果不理想,且都有很高的復(fù)發(fā)率,給患者身心帶來巨大負(fù)擔(dān)[2]。目前關(guān)于瘢痕疙瘩的發(fā)病機(jī)制尚有很多爭議,大量研究表明在瘢痕疙瘩發(fā)生中,炎癥反應(yīng)、機(jī)械力及表觀遺傳修飾等扮演著十分重要的角色。為進(jìn)一步揭示瘢痕疙瘩發(fā)生的相關(guān)病理生理機(jī)制,本文就最新研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。

1 炎癥反應(yīng)在瘢痕疙瘩中的作用

皮膚遭受破壞后,傷口愈合經(jīng)歷五個(gè)階段：止血、炎癥、增殖、再上皮化和重塑[3]。止血階段,出現(xiàn)血小板堵塞和血栓形成等一系列反應(yīng)。受損組織與激活的血小板一起,通過招募中性粒細(xì)胞和巨噬細(xì)胞等免疫細(xì)胞,引起炎癥反應(yīng)。當(dāng)炎癥消退后,新的血管和結(jié)締組織出現(xiàn),標(biāo)志著增殖階段的開始,此時(shí),傷口區(qū)域也因傷口收縮而收縮。增殖階段,角質(zhì)形成細(xì)胞遷移驅(qū)動(dòng)再上皮化。之后,新生血管消退、細(xì)胞外基質(zhì)(extracellular matrix,ECM)重建,形成組織化的膠原纖維,完成重塑[4]。

然而,炎癥反應(yīng)具有雙面性,一方面募集免疫和修復(fù)細(xì)胞啟動(dòng)炎癥反應(yīng)、促進(jìn)創(chuàng)傷愈合,另一方面導(dǎo)致成纖維細(xì)胞(fibroblast,Fb)過度增殖、膠原蛋白等細(xì)胞外基質(zhì)異常沉積[5],引起傷口異常愈合。

1.1 炎癥細(xì)胞

典型傷口愈合過程的炎癥階段,免疫細(xì)胞主要與阻止病原微生物的入侵有關(guān)。免疫細(xì)胞失調(diào)情況下,傷口愈合過程改變,導(dǎo)致瘢痕形成。中性粒細(xì)胞、巨噬細(xì)胞、肥大細(xì)胞、淋巴細(xì)胞等炎癥細(xì)胞均被報(bào)道參與了瘢痕的發(fā)展[4]。

1.1.1 中性粒細(xì)胞 中性粒細(xì)胞是最早到達(dá)受傷地點(diǎn)的白細(xì)胞,也是防止微生物擴(kuò)散的關(guān)鍵細(xì)胞,不僅可以在傷口愈合的炎癥階段發(fā)揮作用,也可以持續(xù)存在,導(dǎo)致炎癥階段的延長[6]。一般情況下,當(dāng)中性粒細(xì)胞持續(xù)浸潤24 h后,逐漸凋亡,并被巨噬細(xì)胞吞噬清除,或者反向遷移離開創(chuàng)面[3]。若中性粒細(xì)胞凋亡或在去除其凋亡殘余時(shí)發(fā)生障礙,可導(dǎo)致慢性炎癥[6]。中性粒細(xì)胞的持續(xù)存在可能是瘢痕疙瘩慢性炎癥的重要原因之一,關(guān)于其在瘢痕疙瘩中的作用機(jī)制,還有待進(jìn)行深入的探討。

1.1.2 巨噬細(xì)胞 巨噬細(xì)胞是損傷后組織重塑的主要參與者,主要分為M1型和M2型[7]。目前認(rèn)為,在炎癥階段,M1型大多存在于傷口周圍的組織中,它們會(huì)分泌大量促炎細(xì)胞因子,具有促炎和抗菌作用;相反,在增殖、再上皮化和重塑階段的后期,傷口周圍的組織主要包含M2型,它們具有抗炎作用,并參與ECM的合成,促進(jìn)血管生成和膠原蛋白沉積[4]。巨噬細(xì)胞在創(chuàng)面的促炎與抗炎中表現(xiàn)出相反的作用,其具體的作用機(jī)制目前尚不清楚。

此外,不同細(xì)胞因子和創(chuàng)面微環(huán)境可促進(jìn)巨噬細(xì)胞向 M1型或 M2型分化同時(shí)兩種巨噬細(xì)胞之間也可以相互轉(zhuǎn)分化。在創(chuàng)傷后期,通過調(diào)節(jié)巨噬細(xì)胞的活動(dòng),在不影響創(chuàng)面愈合的同時(shí)調(diào)節(jié)慢性炎癥反應(yīng),有望進(jìn)一步改善瘢痕增生情況[8]。

1.1.3 肥大細(xì)胞 研究發(fā)現(xiàn)瘢痕疙瘩中肥大細(xì)胞數(shù)量明顯增加、功能明顯提升,通過釋放組胺,分泌類胰蛋白酶和糜蛋白酶等促進(jìn)皮膚纖維化[9],肥大細(xì)胞的數(shù)量和激活狀態(tài)與瘢痕的程度呈正相關(guān)。為解釋這些機(jī)制,Komi等[10]進(jìn)行了共培養(yǎng)實(shí)驗(yàn),證明肥大細(xì)胞可以通過釋放IL-4、血管內(nèi)皮生長因子(VEGF)和堿性成纖維細(xì)胞生長因子(bFGF)刺激成纖維細(xì)胞增殖,導(dǎo)致Ⅰ型膠原蛋白的合成增加。這種膠原蛋白表達(dá)上調(diào)的效果可以通過阻斷肥大細(xì)胞中的PI-3K/AkT信號(hào)通路而被取消。因此,肥大細(xì)胞和異常瘢痕形成之間存在著聯(lián)系。

1.1.4 T淋巴細(xì)胞 由于T細(xì)胞亞群的多樣性,目前研究認(rèn)為T細(xì)胞在瘢痕形成過程中的作用復(fù)雜,其中以輔助性T細(xì)胞(Th)和調(diào)節(jié)性T細(xì)胞(Treg)更為重要[11]。 Th 具有促炎作用,可分泌多種細(xì)胞因子;根據(jù)細(xì)胞因子的不同,將Th介導(dǎo)的炎癥反應(yīng)分為Th1型和Th2型。

研究認(rèn)為,Th1細(xì)胞通過分泌IFN-γ,能夠抑制成纖維細(xì)胞的增殖和下調(diào)Ⅰ、Ⅲ型膠原蛋白基因的表達(dá),從而減輕組織纖維化Th2細(xì)胞分泌的IL-4和IL-13可促進(jìn)膠原蛋白的合成和代謝,導(dǎo)致網(wǎng)狀纖維蛋白的沉積[12]。 眾所周知,Treg能夠抑制其他效應(yīng)T細(xì)胞并維持外周的免疫耐受。此外,Treg 還可通過分泌 IL-10、PGE2 等,對(duì)中性粒細(xì)胞的趨化和浸潤產(chǎn)生直接抑制,進(jìn)而減少炎癥因子的產(chǎn)生來抑制纖維化[13]。如果Th過度增殖或Treg功能受損,將會(huì)導(dǎo)致這兩種細(xì)胞之間的失衡,進(jìn)而引起局部過度炎癥反應(yīng)[8]。

1.2 炎癥因子

皮膚創(chuàng)傷后,組織細(xì)胞分泌多種炎癥因子參與組織修復(fù)。在修復(fù)的任何階段,發(fā)揮作用的炎癥因子失衡都可能引起異常瘢痕的產(chǎn)生[4]。其中常見引起瘢痕疙瘩的主要炎癥因子有白介素-6(IL-6)、轉(zhuǎn)化生長因子-β(TGF-β)、腫瘤壞死因子α(TNF-α)等。

1.2.1 白介素-6(IL-6) 當(dāng)組織發(fā)生損傷時(shí),IL-6可以通過與IL-6受體和跨膜蛋白Gp130結(jié)合形成復(fù)合物,激活細(xì)胞內(nèi)信號(hào)通路調(diào)控細(xì)胞增殖、分化、凋亡及發(fā)揮促炎作用[14]。此外,IL-6也可與可溶性白細(xì)胞介素-6受體(sIL-6R)通過IL-6反式信號(hào)傳導(dǎo)來激活該信號(hào)通路并發(fā)生一系列級(jí)聯(lián)反應(yīng)[15]。Azza等[16]通過對(duì)瘢痕疙瘩患者和對(duì)照組的血清IL-6表達(dá)水平進(jìn)行對(duì)比,發(fā)現(xiàn)患者血清IL-6表達(dá)水平明顯升高。因此,通過干預(yù)IL-6及其相關(guān)受體有望成為治療瘢痕疙瘩的有效措施。

1.2.2 轉(zhuǎn)化生長因子-β(transforming growth factor-β,TGF-β) TGF-β在哺乳動(dòng)物中發(fā)現(xiàn)了3種亞型,分別為TGF-β1、β2、β3。這些亞型幾乎存在于所有正常組織中,通過Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型特異表面受體,以自分泌、旁分泌和內(nèi)分泌機(jī)制發(fā)揮調(diào)節(jié)作用[17]。其中TGF-β1和TGF-β2被認(rèn)為是促纖維化因子,其中TGF-β1所占比例最高(>90%),活性最強(qiáng),生物體內(nèi)TGF-β1激活Smad依賴和非依賴途徑產(chǎn)生其生物學(xué)效應(yīng)[17]。Hu等[18]研究發(fā)現(xiàn),瘢痕疙瘩中誘導(dǎo)早期基因1表達(dá)明顯升高,使其負(fù)反饋調(diào)節(jié)因子Smad7表達(dá)降低,TGF-β/Smad信號(hào)通路激活,導(dǎo)致細(xì)胞增殖活性、膠原分泌功能等增強(qiáng)。該通路被認(rèn)為與瘢痕疙瘩的形成關(guān)系最為密切[1]。TGF-β3的特點(diǎn)是調(diào)節(jié)表皮和真皮細(xì)胞的運(yùn)動(dòng),促進(jìn)傷口愈合而不形成纖維化的瘢痕。重組人TGF-β3(計(jì)劃商標(biāo)為Juvista)在Ⅰ/Ⅱ期臨床試驗(yàn)中顯示了成功的結(jié)果,但在Ⅲ期臨床試驗(yàn)中失敗[19]。

1.2.3 腫瘤壞死因子-α(TNF-α) TNF-α可能在瘢痕疙瘩的形成和增殖中起重要作用,因?yàn)樗c各種纖維性疾病的發(fā)病機(jī)制有關(guān)[20]。TNF-α通過與其跨膜受體結(jié)合后,又與TNF受體1型相關(guān)死亡結(jié)構(gòu)域蛋白(TRADD)結(jié)合,進(jìn)而表現(xiàn)出強(qiáng)大的促炎、促凋亡等生物學(xué)效應(yīng)[20]。

卿勇等[21]研究發(fā)現(xiàn),TNF-α在瘢痕疙瘩成纖維細(xì)胞中具有雙重作用。低濃度TNF-α通過活化NF-κB通路、JNK/SAPK通路、p38/MAPK通路,促進(jìn)細(xì)胞增殖;高濃度TNF-α明顯增強(qiáng)Caspase通路活化,且降低上述三條通路的活化,其促增殖作用消失。正常皮膚成纖維細(xì)胞中,TNF-α輕微活化NF-κB通路、JNK/SAPK通路,具有較弱的促增殖作用。TNF-α單抗Infliximab注射裸鼠荷瘤瘢痕疙瘩后,與未使用藥物治療的對(duì)照組相比,治療組瘢痕疙瘩中Ⅰ、Ⅲ型膠原蛋白的表達(dá)明顯降低,Ki67陽性率減少,成纖維細(xì)胞凋亡增加。因此,通過調(diào)控TNF-α及其相關(guān)受體可能成為治療瘢痕疙瘩的有效靶點(diǎn)。

1.2.4 其他炎癥因子 研究發(fā)現(xiàn)IL-10可通過使P-Smad2/3表達(dá)下調(diào), Smad-7表達(dá)上調(diào),導(dǎo)致瘢痕疙瘩成纖維細(xì)胞生長受到明顯抑制,Ⅰ型和Ⅱ型膠原顯著減少[22]。IL-4和IL-13可以激活巨噬細(xì)胞,并產(chǎn)生一系列生長因子不同程度地參與創(chuàng)面愈合與瘢痕形成。此外, IL-17、 IL-37、外源性干擾素-γ(IFN-γ)等也不同程度的參與瘢痕疙瘩的形成[23-25]。

2 機(jī)械力

皮膚在人的一生中不斷與各種機(jī)械力打交道,機(jī)械力的影響在不同解剖位置上是不同的。機(jī)械刺激影響傷口愈合進(jìn)程,并導(dǎo)致身體特定區(qū)域過度瘢痕形成的易感性增加,機(jī)械傳感器將機(jī)械信號(hào)傳遞給與ECM結(jié)合的細(xì)胞,并觸發(fā)進(jìn)一步的信號(hào)級(jí)聯(lián)反應(yīng)[26]。

2.1 整合素信號(hào)通路

整合素是一種重要的機(jī)械感受器,是細(xì)胞表面的跨膜受體分子,連接了細(xì)胞質(zhì)與細(xì)胞外基質(zhì),是生物化學(xué)和機(jī)械信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的雙向通道。整合素包含α亞基和β亞基[27]。當(dāng)機(jī)械力作用于ECM后,激活細(xì)胞表面的整合素受體并使其聚集,與ECM特異性配體結(jié)合,整合素的β亞基在胞質(zhì)內(nèi)側(cè)的尾部與肌動(dòng)蛋白結(jié)合,形成黏著斑。整合素激活黏著斑激酶使其發(fā)生自身磷酸化,進(jìn)而激活黏著斑處其他成分。黏著斑成熟后生成大量應(yīng)力纖維,應(yīng)力纖維將力學(xué)信號(hào)傳入細(xì)胞內(nèi),使細(xì)胞對(duì)外界機(jī)械刺激作出反應(yīng),調(diào)節(jié)瘢痕疙瘩成纖維細(xì)胞的增殖、分化及膠原收縮等[28]。因此,通過對(duì)整合素信號(hào)通路的調(diào)節(jié)可能成為治療瘢痕疙瘩的潛在靶點(diǎn)。

2.2 TGF-β/Smad信號(hào)通路

TGF-β是促纖維化的關(guān)鍵可溶性因子,TGF-β1誘導(dǎo)肌成纖維細(xì)胞激活。被激活的肌成纖維細(xì)胞分泌TGF-β,形成正反饋回路,促使Fb增殖分化,ECM過度沉積[29]。在細(xì)胞中合成與分泌的TGF-β是無活性的,活化后才能表現(xiàn)出生物學(xué)活性。機(jī)械應(yīng)力對(duì)TGF-β的活化有重要作用[30]。在處于穩(wěn)態(tài)時(shí),TGF-β在ECM中以潛在復(fù)合體(LLC)的形式處于潛伏狀態(tài),包括潛伏相關(guān)性多肽和潛伏TGF-β結(jié)合蛋白。機(jī)械應(yīng)力使細(xì)胞外基質(zhì)纖維拉伸,進(jìn)而促進(jìn)TGF-β結(jié)合蛋白與整合素結(jié)合,引起TGF-β從LLC釋放且TGF-β的激活也依賴于細(xì)胞黏附和整合素的作用[30]。

機(jī)械應(yīng)力作用于細(xì)胞后,可通過LINC復(fù)合體發(fā)揮對(duì)Smad蛋白的調(diào)節(jié)作用。LINC復(fù)合體定位在核膜上,由Nesprin和SUN兩組結(jié)構(gòu)蛋白構(gòu)成,是機(jī)械應(yīng)力在細(xì)胞核膜上進(jìn)行信號(hào)傳輸?shù)闹匾ǖ?。在TGF-β/Smad信號(hào)通路中,TGF-β首先與Ⅱ型跨膜絲氨酸/蘇氨酸激酶受體結(jié)合,接著通過磷酸化Ⅰ型受體磷酸化并激活Smads及其下游分子通路,調(diào)節(jié)靶基因轉(zhuǎn)錄,從而影響瘢痕疙瘩形成[27]。此外,TGF-β/Smad信號(hào)通路還可與其他信號(hào)通路如通過smad4與Wnt/β-catenin相互作用,參與瘢痕疙瘩的形成與發(fā)展。因此,通過調(diào)控該信號(hào)通路有望起到防治瘢痕疙瘩的作用。

2.3 Rho-GTP酶

Rho-GTP酶是細(xì)胞內(nèi)的蛋白質(zhì),在整合素和細(xì)胞骨架之間起中介作用,通過調(diào)節(jié)細(xì)胞張力、細(xì)胞內(nèi)力、運(yùn)動(dòng)性和粘附性對(duì)機(jī)械力做出反應(yīng)[26]。Rho-GTP酶被黏著斑中整合素的張力以及可溶性因素(如生長因子)所激活。RhoA、Rac1和Cdc42通過Rho激酶(ROCK)的刺激協(xié)調(diào)肌球蛋白Ⅱ的活性產(chǎn)生收縮力并促進(jìn)肌動(dòng)蛋白絲的組裝,增加傷口收縮和纖維化的情況。Bond等[31]使用Fasudil,一種Rho相關(guān)激酶抑制劑,來阻礙大鼠模型中成纖維細(xì)胞的收縮性并防止瘢痕的過度形成。與對(duì)照組相比,使用Fasudil的患者的傷口攣縮降低。 因此,未來對(duì)Rho信號(hào)通路抑制劑的研究可能成為防止傷口纖維化和攣縮的一種有效選擇。

2.4 YAP/TAZ

Yes-相關(guān)蛋白(YAP)和具有PDZ結(jié)合基序的轉(zhuǎn)錄輔助因子(TAZ)是兩個(gè)主要的下游調(diào)節(jié)器,作為機(jī)械轉(zhuǎn)換器對(duì)細(xì)胞骨架的硬度和排列作出反應(yīng)。當(dāng)細(xì)胞不受外界機(jī)械力影響時(shí),YAP/TAZ在細(xì)胞質(zhì)內(nèi)持續(xù)處于非活性狀態(tài),該狀態(tài)受上游機(jī)械力的調(diào)節(jié)[26]。機(jī)械力通過整合素細(xì)胞質(zhì)結(jié)構(gòu)域的變構(gòu)調(diào)節(jié)傳入細(xì)胞內(nèi)。整合素細(xì)胞質(zhì)尾部的構(gòu)象變化觸發(fā)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路如RhoA- ROCK信號(hào)通路,該通路由一些蛋白組成,包括纖維肌動(dòng)蛋白。肌動(dòng)蛋白絲上產(chǎn)生的張力觸發(fā)了YAP向細(xì)胞核的轉(zhuǎn)移,在細(xì)胞核中誘導(dǎo)En1譜系陰性成纖維細(xì)胞向En1譜系陽性成纖維細(xì)胞轉(zhuǎn)變。然后En1譜系陽性成纖維細(xì)胞啟動(dòng)纖維化反應(yīng)(包括α-平滑肌肌動(dòng)蛋白的表達(dá)),從而產(chǎn)生更多的牽引力和更多的膠原沉積。這個(gè)過程是細(xì)胞質(zhì)和細(xì)胞外基質(zhì)之間雙向互動(dòng)的一個(gè)正反饋循環(huán)。Mascharak等利用小鼠模型表明,這種正反饋循環(huán)驅(qū)動(dòng)著纖維化反應(yīng)。研究者通過使用verteporfin在遺傳學(xué)和藥理學(xué)上阻斷了YAP信號(hào)傳導(dǎo),并消除了纖維化反應(yīng),但verteporfin能否在人類身上治療成功尚有待進(jìn)一步深入研究。

2.5 Wnt/β-catenin信號(hào)通路

Wnt信號(hào)激活了許多細(xì)胞內(nèi)的轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑以控制細(xì)胞的命運(yùn)。由Wnt激活的兩條主要途徑是經(jīng)典Wnt途徑(cWnt)或Wnt/β-catenin依賴途徑和非經(jīng)典(ncWnt)或β-catenin非依賴途徑[33]。Wnt/β-catenin信號(hào)傳導(dǎo)已被證實(shí)在皮膚的自我更新能力中發(fā)揮著重要作用。經(jīng)典Wnt途徑對(duì)通過其表面受體將細(xì)胞外機(jī)械信號(hào)傳入細(xì)胞內(nèi)至關(guān)重要[26]。β-catenin是上皮細(xì)胞中粘附連結(jié)的結(jié)構(gòu)成分,調(diào)節(jié)細(xì)胞之間的相互作用。

在機(jī)械力的作用下,附著在各自卷曲受體上的Wnt分子更加容易將β-catenin分子釋放到細(xì)胞質(zhì)中,在細(xì)胞質(zhì)中它們可以自由地參與其他信號(hào)傳導(dǎo)途徑,并可以前往細(xì)胞核,發(fā)揮上游調(diào)節(jié)器的作用[26]。

與正常組織相比,纖維化組織細(xì)胞核中的β-catenin基因活性增加誘導(dǎo)真皮成纖維細(xì)胞的增殖、遷移和產(chǎn)生過多的ECM,從而導(dǎo)致皮膚纖維化[33-34]。此外,由于β-catenin誘導(dǎo)TGF-β在人類皮膚中誘導(dǎo)成纖維細(xì)胞活動(dòng),Wnt/β-catenin途徑亦與TGF-β信號(hào)傳導(dǎo)有關(guān)。Wnt/β-catenin信號(hào)通過對(duì)機(jī)械信號(hào)的上下調(diào)控,改變傷口愈合和瘢痕反應(yīng)[26]。因此,對(duì)Wnt/β-catenin途徑的研究可能為瘢痕疙瘩的防治提供一種新思路。

3 其他

3.1 瘢痕疙瘩表觀遺傳修飾

多項(xiàng)研究表明在瘢痕疙瘩中存在表觀遺傳失調(diào),主要有 DNA 甲基化、組蛋白修飾和非編碼 RNA(non-coding RNA,ncRNAs),它們?cè)隈：鄹泶裥纬芍邪缪葜匾巧?但影響瘢痕疙瘩的分子機(jī)制尚未完全驗(yàn)證[35]。

3.2 脂聯(lián)素

許多研究已經(jīng)闡明脂聯(lián)素對(duì)炎癥和組織纖維化有負(fù)面影響,脂聯(lián)素可能通過激活A(yù)MPK信號(hào)通路在抑制瘢痕疙瘩纖維化和炎癥中發(fā)揮關(guān)鍵作用。因此,脂聯(lián)素可能成為瘢痕疙瘩發(fā)病機(jī)制的治療靶點(diǎn)[36]。

4 總結(jié)與展望

瘢痕疙瘩的形成是多種因素共同作用的結(jié)果,中性粒細(xì)胞、巨噬細(xì)胞、肥大細(xì)胞、T淋巴細(xì)胞等炎癥細(xì)胞,白介素-6(IL-6)、TGF-β、TNF-α等炎癥因子,整合素信號(hào)通路、TGF-β/Smad信號(hào)通路、Rho-GTP酶、YAP/TAZ、Wnt/β-catenin信號(hào)通路等機(jī)械力因素以及表觀遺傳修飾、脂聯(lián)素均與瘢痕疙瘩的形成有關(guān),對(duì)上述因素的干預(yù)有望成為治療瘢痕疙瘩的新思路。本文對(duì)上述因素作用于瘢痕疙瘩機(jī)制的研究進(jìn)展進(jìn)行了綜述,但未能闡明這些因素引起的一系列信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路變化對(duì)瘢痕疙瘩進(jìn)展的影響以及信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路之間的相互作用,尚需進(jìn)一步深入研究,以便為今后開發(fā)有效的治療方法提供依據(jù)。