不同亞型的真皮成纖維細(xì)胞在皮膚再生發(fā)育與穩(wěn)態(tài)維持中作用的研究進(jìn)展

綜述 周雙白 李青峰 審校

【提要】 真皮層成纖維細(xì)胞分為兩種不同的亞型，即真皮淺層的乳頭狀成纖維細(xì)胞（Papillary Fibroblasts，F(xiàn)p）與真皮深層的網(wǎng)狀成纖維細(xì)胞（Reticular Fibroblasts，F(xiàn)r），在細(xì)胞功能、分化潛能等方面均存在明顯差異，在創(chuàng)傷愈合、毛囊形成與再生以及皮膚老化中的作用亦有不同。本文對兩種細(xì)胞的形態(tài)、功能、來源、分化及特異性表達(dá)等方面的不同，以及兩者在皮膚再生與穩(wěn)態(tài)維持中的作用進(jìn)行綜述。

過去認(rèn)為真皮層由一種成纖維細(xì)胞組成，成纖維細(xì)胞的作用僅為合成纖維蛋白及細(xì)胞外基質(zhì)。近來的研究發(fā)現(xiàn)，真皮成纖維細(xì)胞涉及多種生理反應(yīng)，作為調(diào)節(jié)中心連接表皮、神經(jīng)、血管及免疫細(xì)胞，并分泌細(xì)胞因子、生長因子，合成及降解細(xì)胞外基質(zhì)，維持真皮微環(huán)境的健康狀態(tài)[1-2]。真皮層成纖維細(xì)胞主要分為分布于真皮淺層的乳頭狀成纖維細(xì)胞（Papillary Fibroblasts，F(xiàn)p）和位于真皮深層的網(wǎng)狀成纖維細(xì)胞（Reticular Fibroblasts，F(xiàn)r），兩者差異極大。本文比較Fp及Fr在形態(tài)、功能、來源、分化及特異性表達(dá)等方面的差異，闡明Fp及Fr的區(qū)別及其在皮膚再生與穩(wěn)態(tài)維持中的作用機制。

1 Fp與Fr的差異性

真皮層主要由成纖維細(xì)胞、膠原纖維及其他細(xì)胞外基質(zhì)組成。研究證實，F(xiàn)p與Fr在形態(tài)、功能、來源、分化及特異性表達(dá)等方面都具有差異。

1.1 細(xì)胞形態(tài)與分布

Fp呈梭形，細(xì)胞排列緊密，主要分布在表皮層下真皮乳頭層約300～400μm間，上界與表皮基底膜相接，下界為真皮乳頭層血管網(wǎng)，與Fr分開。Fr形態(tài)較Fp更為扁平，細(xì)胞排列松散、間隙大，主要分布在真皮乳頭層血管網(wǎng)下真皮網(wǎng)狀層，下界為真皮網(wǎng)狀層血管網(wǎng)，與脂肪層分開[3]。

1.2 細(xì)胞分泌

Fp分泌VEGF、基質(zhì)金屬蛋白酶1（MMP1）、肌腱蛋白C（T enascin C）及核心蛋白聚糖 （D ecorin）為主，F(xiàn)r則分泌MMP3、肌腱蛋白X（T enascin X）及多能蛋白聚糖（V ersican）為主。Fp和Fr都分泌Ⅰ、Ⅲ型膠原纖維，但是真皮乳頭層中膠原纖維纖細(xì)，以Ⅲ型膠原為主，特異性表達(dá)Ⅻ、ⅩⅥ型膠原；真皮網(wǎng)狀層則是Ⅰ型膠原及Ⅲ型膠原組成為主，有Ⅳ型膠原分布。Fp分泌較少彈性纖維使纖維呈微絲分布，而Fr分泌較多彈性纖維，使彈性纖維微絲匯聚成較粗的纖維[4]。

1.3 細(xì)胞功能

體外培養(yǎng)時，F(xiàn)p增殖分化能力較強，F(xiàn)r則是具有更強大的收縮能力[4-5]。研究顯示，真皮層中網(wǎng)狀層占比大，F(xiàn)r分泌豐富的膠原纖維、彈性纖維及糖原蛋白，在生理狀態(tài)下維持皮膚結(jié)構(gòu)，在創(chuàng)傷愈合過程中促進(jìn)瘢痕性愈合；真皮乳頭層占比小，F(xiàn)p在皮膚發(fā)育中促進(jìn)毛囊形成，在創(chuàng)傷誘導(dǎo)下促進(jìn)毛囊再生，在體外實驗中誘導(dǎo)表皮基底細(xì)胞增殖角化及血管內(nèi)皮細(xì)胞發(fā)育成新生血管，并與皮膚衰老的特異性組織結(jié)構(gòu)改變有關(guān)[6-9]。

1.4 細(xì)胞來源與分化

Driskell等[8]在小鼠胚胎模型中使用譜系追蹤（lineage tracing），對真皮不同層次的成纖維細(xì)胞的來源進(jìn)行溯源。該研究證實，F(xiàn)p與Fr發(fā)育自共同真皮成纖維祖細(xì)胞，在小鼠胚胎16.5周齡時，真皮成纖維祖細(xì)胞分化為Fp系（Papillary Fibroblast lineage）和Fr系（Reticular Fibroblastslineage）。兩者表現(xiàn)為不同分化傾向，F(xiàn)p系發(fā)育為Fp和毛囊真皮乳頭（Dermal Papilla，Dp）；Fr系則發(fā)育為Fr及皮下層包括脂肪細(xì)胞在內(nèi)的間充質(zhì)細(xì)胞。出生后，F(xiàn)p可進(jìn)一步發(fā)育為豎毛肌細(xì)胞。兩種細(xì)胞系分化方向大不相同，譜系追蹤顯示，F(xiàn)p系及Fr系在發(fā)育過程中不發(fā)生相互轉(zhuǎn)化。

1.5 細(xì)胞特異性抗原表達(dá)

Driskell等[8]研究小鼠胚胎皮膚發(fā)育過程，胚胎晚期及新生期的Fp表達(dá)PDGFRa+、CD26+和Lrig1+，F(xiàn)r則表達(dá)PDGFRa+、Dlk1+和Sca1-。隨著生長發(fā)育，Lrig1及Dlk1在真皮層中表達(dá)逐漸減弱，F(xiàn)p和Fr都有CD26抗原，但抗原表達(dá)喪失特異性[10]。

Janson等[11]分析人皮膚中Fp及Fr的特異性表達(dá)，發(fā)現(xiàn)NTN1、PDPN、CCRL1在Fp高表達(dá)，提示Fp主要是增強皮膚免疫、宿主反應(yīng)以及補體激活途徑的基因；TGM2、CNN1、CDH2、MGP在Fr高表達(dá)，提示Fr具有平滑肌收縮的相關(guān)基因，并涉及了細(xì)胞骨架、細(xì)胞能動性、神經(jīng)元發(fā)育等。Philippeos等[12]研究發(fā)現(xiàn)，對成人真皮層進(jìn)行單細(xì)胞測序分選可見真皮層細(xì)胞分為至少5個亞型，其中Fp表達(dá)CD90+、CD39+、CD26-、Wnt通路相關(guān)基因表達(dá)增高且特異性表達(dá)COL6A5；Fr細(xì)胞則高表達(dá)ECM合成相關(guān)基因，但經(jīng)體外培養(yǎng)后特異性表達(dá)可發(fā)生明顯變化。

2 Fp與Fr在皮膚再生與穩(wěn)態(tài)維持中的作用機制

2.1 創(chuàng)面愈合

成人皮膚創(chuàng)傷以修復(fù)性愈合為主，Driskell等[8]認(rèn)為愈合中真皮重塑階段由Fr系完成，F(xiàn)r系在創(chuàng)傷愈合早期遷入并分泌大量膠原蛋白及細(xì)胞外基質(zhì)，是完成修復(fù)性愈合的主要細(xì)胞；另外，F(xiàn)r表達(dá)α-SMA及TGF-β[13]，提示Fr可能轉(zhuǎn)變?yōu)榧〕衫w維細(xì)胞[14]。但是，F(xiàn)r系無法形成具有皮膚附屬器的新生組織。Fp系僅在創(chuàng)傷修復(fù)晚期創(chuàng)面再表皮化后才遷移至新生真皮中，但Fp系可誘導(dǎo)新生毛囊的形成[8，10]。

2.2 毛囊形成與再生

毛囊的形成與Fp系密切相關(guān)。胚胎期毛囊形成過程為表皮β-catenin誘導(dǎo)下Fp系聚集形成真皮濃聚區(qū)，與其對應(yīng)的表皮基底層細(xì)胞聚集形成基板，通過表皮基板及其下方的真皮濃聚區(qū)互相作用，最終形成毛囊。Fp系的缺失可導(dǎo)致毛囊發(fā)育異常[15-16]。生理狀態(tài)下，小鼠毛發(fā)周期性再生過程中，毛發(fā)由靜止期（T elogen）進(jìn)入生長期（A nagen）后，F(xiàn)p明顯增殖，而Fr則無明顯變化[8，10]。

在創(chuàng)傷誘導(dǎo)毛囊新生模型中，成年小鼠創(chuàng)面中表皮Wnt/β-catenin通路信號持續(xù)，誘導(dǎo)Fp提前動員、遷移并聚集形成真皮濃聚區(qū)，誘導(dǎo)新生毛囊形成；另外，新生小鼠Fp比例較高，且愈合過程中Fp出現(xiàn)較早、增殖更快，創(chuàng)傷愈合后往往也 能形 成 新 生 毛囊[10，16]。

2.3 皮膚老化

研究發(fā)現(xiàn)，皮膚老化的進(jìn)程主要影響真皮乳頭層，致使其結(jié)構(gòu)明顯變化，表現(xiàn)為Fp表達(dá)減少[6，11]，導(dǎo)致表皮與真皮乳頭層交界處的棘狀突出結(jié)構(gòu)明顯減少，表皮真皮交界區(qū)平坦、真皮乳頭萎縮[17]，MMP表達(dá)增加使得真皮乳頭層有較多膠原斷裂且排列絮亂[18]。真皮網(wǎng)狀層及Fr表達(dá)變化不明顯。

體外實驗發(fā)現(xiàn)，比起Fr，老化對Fp合成分泌功能的影響更為顯著。老化Fp分泌角質(zhì)細(xì)胞生長因子、基質(zhì)金屬蛋白酶增多[6]，血管內(nèi)皮生長因子減少[11]。這些變化與老化皮膚的表皮變薄、纖維蛋白斷裂增加及乳頭層血管網(wǎng)消失有關(guān)。

3 臨床應(yīng)用前景與研究展望

綜上所述，F(xiàn)p及Fr是兩種不同的成纖維細(xì)胞亞型，F(xiàn)r為合成分泌細(xì)胞外基質(zhì)的主要細(xì)胞，F(xiàn)p誘導(dǎo)毛囊形成與再生并影響皮膚老化進(jìn)程。這些研究結(jié)果在皮膚再生領(lǐng)域具有良好的臨床應(yīng)用前景。因為兩者在生物行為學(xué)和病理生理過程中作用的不同，在治療中需要根據(jù)不同的應(yīng)用目的而選擇不同亞型的真皮層成纖維細(xì)胞[19]。臨床上缺損修復(fù)使用人工真皮作為修復(fù)材料，新型的人工真皮可通過調(diào)整Fp與Fr比例，以達(dá)到快速覆蓋創(chuàng)面且瘢痕最小化的理想修復(fù)效果。