間充質干細胞抑制病理性瘢痕形成作用機制的研究進展

王欣，劉文軍，李曉慶，段建興，周麗娜，張艷玲，魏亞婷

(昆明醫科大學第二附屬醫院，昆明650101)

瘢痕一般為燒傷、燙傷、手術或嚴重外傷等各種原因導致的皮膚組織外觀形態和組織病理學改變的統稱，是人體創傷修復過程中的必然產物，沒有瘢痕就沒有創傷的愈合。但是，瘢痕增生超過一定限度會發生各種并發癥，過度異常增生會形成病理性瘢痕，病變部位出現瘙癢、痛感、外形改變及功能障礙。目前，病理性瘢痕的形成機制尚不十分明確，對其治療缺乏針對性、靶向性，治療效果并不理想。間充質干細胞可以通過轉化為皮膚功能細胞、分泌細胞因子、免疫調控、促進上皮及血管新生等作用促進創面

修復愈合[1～4]，近年來逐漸用于治療皮膚瘢痕。本研究對病理性瘢痕的形成機制及間充質干細胞對病理性瘢痕治療的研究進展進行綜述。

1　病理性瘢痕的形成機制

成纖維細胞是創面組織修復的主要功能細胞，皮膚損傷時其周圍出現炎癥反應，隨后由于傷口周圍新生的及成纖維細胞轉化的肌成纖維細胞的牽拉作用使皮膚及皮下組織向中心移動，傷口縮小，細胞外基質(ECM)增加，瘢痕形成。因此，病理性瘢痕形成的主要機制包括成纖維細胞異常增殖與凋亡、ECM過度沉積、膠原降解減少等，此外遺傳等多種因素亦與病理性瘢痕的形成有關。

1.1遺傳因素多項研究表明，病理性瘢痕者多存在常染色體顯性遺傳的特性[5,6]，生物信息學分析也提示了病理性瘢痕的形成與多種基因有關[7]，且這些基因涉及到胞外基質基因、運輸蛋白基因、細胞信號和傳導基因等。但上述遺傳基因是否與病理性瘢痕的形成相關及具體作用機制仍然需要大量的研究證實。

1.2肌成纖維細胞增殖肌成纖維細胞可以合成膠原纖維，同時具有收縮功能。成纖維細胞在正常情況下處于靜止狀態，當皮膚出現損傷時，成纖維細胞被激活，一部分轉變為肌成纖維細胞，隨著病理性瘢痕的進展，肌成纖維細胞數量增多，當瘢痕組織穩定時，肌成纖維細胞消失[8]。病理性瘢痕的形成可能與肌成纖維細胞增殖過度、凋亡減少有關[9]。

1.3膠原增加目前的研究大多認為瘢痕的發生與ECM過度沉積有關，ECM的主要成分為膠原。有研究表明，瘢痕組織中膠原蛋白的合成能力增強，膠原的數量、比例與瘢痕組織的成熟、塑型、攣縮等密切相關，組織中的膠原主要以Ⅰ、Ⅲ型膠原為主，Ⅴ型膠原主要參與血管生成，在增生性瘢痕及瘢痕疙瘩中，Ⅲ型膠原的數量或者說Ⅲ型與Ⅰ型膠原的比例明顯高于正常皮膚或正常瘢痕。

1.4細胞周期紊亂細胞凋亡是機體為了維持內環境穩定，由基因控制的細胞程序性死亡。生理狀態下，細胞凋亡可以將細胞數量控制在一定的范圍，可以去除有害的異常細胞和已經完成功能的細胞。不管是體內實驗還是體外實驗，病理性瘢痕的產生均與成纖維細胞的過度增殖有關，可能由于某些原因成纖維細胞發生了凋亡減少使細胞過度增殖，分泌的ECM和膠原聚集沉積導致瘢痕形成。研究發現，cyclinD1、cyclinE、CDK2/4/6、p21、p16/p27等參與病理性瘢痕的形成。其中，cyclinD1為細胞G1期關鍵性蛋白，可與CDK4/6形成有活性的復合體[10,11]，促進G1/S期轉換，使細胞周期加快。cyclinD1蛋白過度表達使細胞周期縮短，導致細胞分裂增殖，通過傳導瘢痕周圍細胞因子的感受器及信息，促進成纖維細胞合成及ECM分泌，從而導致病理性瘢痕的形成。

1.5細胞因子分泌異常機體損傷后出現炎癥反應，炎癥反應中的免疫細胞包括T淋巴細胞、B淋巴細胞、肥大細胞等會釋放細胞因子，如轉化生長因子β(TGF-β)、血小板衍生生長因子(PDGF)等，細胞因子間相互影響促進創面愈合，但是，也存在誘發病理性瘢痕的風險。目前已知的細胞因子中TGF-β與病理性瘢痕相關性最強。其中TGF-β1與TGF-β2促進ECM的過度沉積，促進瘢痕形成，而TGF-β3則具有抗瘢痕的作用。相關研究表明，增生性瘢痕的形成與瘢痕組織中TGF-β1、TGF-β2升高及TGF-β3降低有關[12]。PDGF可促進成纖維細胞分裂、增殖、趨化，共同參與創面修復，對膠原的合成及分解也有調節作用。有研究表明，病理性瘢痕中成纖維細胞對PDGF的化學驅動及促分裂作用明顯強于普通瘢痕，可能與病理性瘢痕細胞表面PDGF水平增高有關。TGF-β、PDGF等細胞因子的分泌可以促進成纖維細胞增殖及ECM成分的分泌。

1.6缺氧創傷后的肉芽組織出現血管閉塞造成組織氧供不足，使創傷的愈合朝著瘢痕愈合的方向發展。研究表明，缺氧可以促進成纖維細胞增殖，刺激其合成大量膠原，并增加TGF-β等細胞因子的釋放，TGF-β進一步促進成纖維細胞增殖和ECM相關成分分泌，大量的膠原纖維導致氧彌散功能下降，最終形成病理性瘢痕[13,14]。

2　間充質干細胞抑制病理性瘢痕形成的作用機制

有研究表明，將間充質干細胞移植于大面積創傷處可加速創面愈合，且愈合質量提高，瘢痕生成減少，提示間充質干細胞具有抑制瘢痕生成的作用，為創面及病理性瘢痕的治療提供了新的治療思路[15]。間充質干細胞具有來源廣泛、免疫原性低、病毒感染率小、受道德限制少等特點，可通過調節肌成纖維細胞、免疫調控、活性氧(ROS)/活性氮(RNS)平衡、細胞分化及促血管新生等延緩或阻止病理性瘢痕的形成。

2.1調控成纖維細胞向肌成纖維細胞分化肌成纖維細胞廣泛存在于不同的纖維化病變中，組織損傷后，肌成纖維細胞聚集，然后合成過多的ECM。有研究證明，TGF-β是刺激肌成纖維細胞分化和持續性的主要細胞因子[16,17]。SMAD蛋白是TGF-β的細胞內激酶底物，是間充質干細胞來源的外泌體，可以靶向TGF-β2/Smad2通路進而抑制TGF-β2、SMAD2活性，使SMAD2磷酸化活性降低，下游靶基因αSMA表達下調，阻止肌成纖維細胞的生成[18]。間充質干細胞作用于受損處的成纖維細胞，通過調節ECM的產生來減少瘢痕組織的生成[19]。

2.2免疫調控間充質干細胞具有趨化作用，在皮膚受到損傷后，間充質干細胞可以通過血液循環到達并聚集在組織受損部位。聚集在受損部位后，間充質干細胞可產生大量的旁分泌因子參與免疫調節，主要有TGF-β、前列腺素E2(PGE2)、肝細胞生長因子、IL-10、IL-6、一氧化氮和人類白細胞抗原G(HLA-G)。PGE2可減弱樹突狀細胞向成熟細胞的轉化，并且刺激T細胞和巨嗜細胞分泌IL-10，抑制巨嗜細胞和T細胞分泌TGF，從而抑制纖維化及瘢痕形成。此外，IL-1可抑制IL-6和IL-8分泌以減少膠原的沉積[20]。間充質干細胞分泌的IL-10還可抑制中性粒細胞浸潤，阻止自由基產生，減少組織的氧化應激損傷，進一步抑制瘢痕的形成。

2.3改變ROS/RNS平衡皮膚創傷后，中性粒細胞隨即產生ROS，ROS可以增加膠原沉積。間充質干細胞可通過抑制中性粒細胞侵入，減少其釋放ROS；也可促使ROS轉變為RNS，抑制纖維化的發生[21]；還可通過促進氧化氮的生成，改變ROS/RNS比例來抑制瘢痕的形成[22]。

2.4產生生物活性因子間充質干細胞是一種多能干細胞，具有較高的分化潛能，可向表皮樣細胞、成纖維細胞、汗腺細胞分化，直接參與損傷的修復[23]。但最新研究表明間充質干細胞本身的分化作用甚微，主要是通過旁分泌作用產生的生物活性因子來調節創面組織的微環境。

2.5促進血管生成間充質干細胞可以釋放血管內皮生長因子(VEGF) 、血小板源性生長因子、 血管生成素、IL-6、IL-8等促進血管新生，其中最重要的是VEGF。組織缺血缺氧時可以刺激間充質干細胞分泌VEGF。此外，間充質干細胞還可以分化為內皮細胞，進一步促進血管生成，改善缺氧環境[24]。血管新生增多，改善損傷處的組織氧供，減少瘢痕的形成。

綜上所述，病理性瘢痕的形成與遺傳、成纖維細胞、肌成纖維細胞、生長因子、細胞凋亡、免疫調節、膠原等因素有關。間充質干細胞可通過調節肌成纖維細胞、免疫調控、改變 ROS/RNS平衡、細胞分化及促血管新生等機制抑制瘢痕增生。間充質干細胞移植為病理性瘢痕的治療提供了新的思路，但目前其尚處于實驗階段，其確切機制及安全問題為今后研究的方向。

參考文獻：

[1] 曹貴方.單層間質干細胞移植成功修復大鼠心肌梗死后瘢痕心肌[J].中華醫學雜志,2006,86(34):2443.

[2] 王紅陽,劉晨,王雁,等.人臍帶血干細胞抑制大鼠肺纖維化及肺巨噬細胞TGF-β1的表達[J].細胞與分子免疫學雜志,2013,29(1):31-33.

[3] 孫慧聰,張國尊,郭金波,等.臍帶源間充質干細胞移植治療肝纖維化及肝硬化的相關機制[J].中國組織工程研究,2015,19(41):6638-6645.

[4] 黃蓉,梁瑜禎,盧炳豐.自體骨髓間充質干細胞移植促進缺血下肢血管新生的實驗研究[J]. 醫學研究生學報,2015(7):706-710.

[5] Bayat A, McGrouther DA, Ferguson MW. Skin scarring[J]. Bmj, 2003,326(7380):88-92.

[6] Marneros AG, Norris JE, Olsen BR, et al. Clinical genetics of familial keloids[J]. Arch Dermatol, 2001,137(11):1429-1434.

[7] Chen W, Fu X, Sun X, et al. Analysis of differentially expressed genes in keloids and normal skin with cDNA microarray[J]. J Surg Res, 2003,113(2):208-216.

[8] Nakazono-Kusaba A, Takahashi-Yanaga F, Morimoto S,et al. Staurosporine-induced cleavage of alpha-smooth muscle actin during myofibroblast apoptosis[J]. J Invest Dermatol, 2002,119(5):1008-1013.

[9] 劉勇,岑瑛,唐穎,等.肌成纖維細胞在病理性瘢痕形成中的機制[J].中國修復重建外科雜志,2005,19(1):39-41.

[10] 陳兵,惠宏裴.反義人Cyclin D1 基因真核表達載體的構建與鑒定[J].細胞與分子免疫學雜志,1997(2):45-46.

[11] Ikehara M, Oshita F, Ito H, et al. Expression of cyclin D1 but not of cyclin E is an indicator of poor prognosis in small adenocarcinomas of the lung[J]. Oncology Reports, 2003,10(1):137.

[12] Tang B, Zhu B, Liang Y, et al. Asiaticoside suppresses collagen expression and TGF-β/Smad signaling through inducing Smad7 and inhibiting TGF-βRⅠ and TGF-βRⅡ in keloid fibroblasts[J]. Arch Dermatol Res, 2011,303(8):563-572.

[13] Kuang R, Wang Z, Xu Q, et al. Influence of mechanical stimulation on human dermal fibroblasts derived from different body sites[J]. Int J Clin Exp Med, 2015,8(5):7641-7647.

[14] Huang C, Ogawa R. The link between hypertension and pathological scarring: does hypertension cause or promote keloid and hypertrophic scar pathogenesis[J]. Wound Repair Regen, 2014,22(4):462-466.

[15] 張琪,劉李娜,鄧景成,等.瘢痕內注射脂肪來源干細胞對兔耳增生性瘢痕的抑制作用研究[J].組織工程與重建外科雜志,2015(3):139-143.

[16] Hameedaldeen A, Liu J, Batres A, et al. FOXO1, TGF-β regulation and wound healing[J]. Int J Mol Sci, 2014,15(9):16257-16269.

[17] Lichtman MK, Otero-Vinas M, Falanga V. Transforming growth factor beta (TGF-β) isoforms in wound healing and fibrosis[J]. Wound Repair Regen, 2016,24(2):215-222.

[18] 蘭蓓蓓,王娟娟,邵聯波,等.間充質干細胞來源的外泌體通過TGF-β1/Smad2/3信號通路抑制高糖誘導的成纖維細胞轉分化[J].中國細胞生物學學報,2017(7):916-925.

[19] Yan W, Yan P, Dongyun G, et al. Mesenchymal stem cells suppress fibroblast proliferation and reduce skin fibrosis through a TGF-β3-dependent activation[J]. Int J Low Extrem Wounds, 2015,14(1):50-62.

[20] Shi J, Li J, Hao G, et al. Anti-Fibrotic actions of interleukin-10 against hypertrophic scarring by activation of PI3K/AKT and STAT3 signaling pathways in scar-forming fibroblasts[J]. PLoS One, 2014,9(5):e98228.

[21] Peng H, Zhuang Y, Harbeck MC, et al. Serine 1179 phosphorylation of endothelial nitric oxide synthase increases superoxide generation and alters cofactor regulation[J]. PLoS One, 2015,10(11):e0142854.

[22] Breikaa RM, Algandaby MM, El-Demerdash E, et al. Multimechanistic antifibrotic effect of biochanin a in rats: implications of proinflammatory and profibrogenic mediators[J]. PLoS One, 2013,8(7):e69276.

[23] 楊一,羅新,蔣學風,等.人臍帶間充質干細胞體外誘導分化為成纖維細胞[J].中國組織工程研究,2014,18(10):1554-1549.

[24] Armulik A, Genové G, Betsholtz C. Pericytes: developmental, physiological, and pathological perspectives, problems, and promises[J]. Dev Cell, 2011,21(2):193-215.