吴包金 吴建明 江 华
瘢痕(cicatrix)是正常组织修复过程中的产物。当创伤修复过程发生异常时,以胶原为主的细胞外基质(extracellar matrix,ECM)成分大量沉积,导致真皮组织过度增生,则出现病理性瘢痕(pathologic scar)或称异常瘢痕(abnormal scar),即增生性瘢痕和瘢痕疙瘩(keloid,K)。二者具有类似的组织学特征,其实质都是以成纤维细胞(fibroblast,FB)为主的细胞增殖、活性增强,产生大量的胶原蛋白,使包括Ⅰ、Ⅲ型胶原为主的细胞外基质成分在组织中大量沉积,而难以被机体吸收或重塑的病理状态。Mancini(1962年)和Peacock(1970年)把限于病损区域内局部增生者称之为增生性瘢痕;而瘢痕持续增生、不易消退、病损超出原损伤范围,并呈瘤样生长特性者则称为瘢痕疙瘩[1]。增生性瘢痕组织是不断变化发展的,一般经历由生长、增生到成熟的长期变化过程,其细胞、基质及其他成分都在不断的变化,增生性瘢痕退行性变的标志之一是胶原纤维沉积及细胞成分的减少,影响HS退行性变的因素众多。
增生性瘢痕突出皮面,形状不规则,高低不平,潮红充血,质地实韧,有灼痛和搔痒感,于环境温度增高,情绪激动,或进食辛辣刺激性食物时症状加剧。增生往往延续几个月或几年后才逐渐发生退行性变化,其临床表现为突起高度减低,颜色转暗,充血消退,变软,有些最终可以平复,痛痒症状也大为减轻或消失。增生性瘢痕是因创伤后局部细胞过度增殖、间质大量沉积而形成的局部皮肤纤维化性疾病,不仅影响外观与功能,给患者带来瘙痒和痛苦等不适症状,甚者发生恶变。增生性瘢痕的预防和治疗是临床研究的一项重要课题。国内外学者对此进行了大量广泛而深入的研究。但迄今,增生性瘢痕的病因和发病机制仍未完全清楚阐明。目前已知,增生性瘢痕的发生不仅与人种、肤色、部位、遗传、生化、年龄、激素、内分泌、免疫、个体素质(如scar diathesis,瘢痕体质)、伤情及其处置、感染、异物、局部胶原代谢失调等各种体内体外因素有关,还与诸如转化生长因子(transforming growth factor,TGF)、成纤维细胞生长因子(fibroblastic growth factor,FGF)、表皮生长因子(epidermal growth factor,EGF)、血小板源性生长因子(plateletderived growth factor,PDGF)、胰岛素样生长因子(insulin-like growth factor,IGF)等多种活性调节生长因子有关[2]。近年来,随着分子生物学和基因工程技术的迅猛发展,增生性瘢痕机制及防治的研究逐渐向分子和基因水平深入,并取得一定进展。既往研究多数集中于瘢痕的形成机制,而对增生性瘢痕形成以后的转归,尤其是对增生性瘢痕退行性变的内在机制的研究涉及甚少。增生性瘢痕早期增殖活跃,后期出现退行性变而趋于稳定,其转归的调控机制尚不明确。增生性瘢痕退行性变化过程的快慢程度因人而异,个体之间差异很大,时间长短不一,涉及众多影响因素,深入了解该退变过程的相关影响因素,则有助于寻求降低瘢痕形成,促进瘢痕加快成熟稳定、软化变薄和早日消退治愈的理想治疗方法,从而从根本上控制瘢痕演变的病理过程。本文主要对影响增生性瘢痕退行性变的成纤维细胞和细胞外基质及其有关生长因子及基因调控、细胞凋亡等主要相关生物学因素的研究进展进行综述。
成纤维细胞(FB)是产生增生性瘢痕的主体细胞,也是创面愈合的主要修复细胞,起源于中胚层间充质细胞,在正常组织中处于静息状态(纤维细胞)。胶原主要由FB产生,增殖期的HS中FB合成胶原的能力明显比退化期HS及正常皮肤强,导致胶原大量沉积[3]。FB的异常生物学行为(活化、增殖、蛋白合成与分解)与增生性瘢痕的退行性变过程直接相关。
1.FB的功能及其增殖调控与HS退行性变关系:(1)FB的功能与HS退行性变:根据创面愈合过程中FB的不同功能状态,可将FB分成4种细胞表型(phenotype):①迁移表型;②分裂表型;③合成表型;④收缩表型。FB的这些功能活动在HS退行性变过程中可同时发生。研究表明,细胞外环境能极大影响FB对生长因子及细胞因子信号的反应性,所以,ECM、细胞因子、营养成分、氧分压、温度都能影响细胞表型,而且细胞表型又能反过来影响FB本身对环境因素的反应能力。FB在不同条件下培养,其Ⅰ、Ⅲ型α1前胶原mRNA的表达并不相同。Sarray等[4]观察到,HS的FB在单层培养时可持续高表达 α1(Ⅰ)、α1(Ⅲ)前胶原mRNA,但在三维培养条件下,增殖期HS的FB其mRNA仍为高表达,而萎缩退变的HS中的FB其mRNA逐渐降至正常水平,与正常FB相似。Varkey等[5]研究发现,来源于HS边缘及外部的FB,其Ⅰ、Ⅲ型胶原的mRNA水平升高,而来源于HS中间部分的FB的Ⅰ、Ⅲ型胶原的mRNA水平正常,同时胶原酶的mRNA水平持续低表达。增殖期HS的FB由于缺乏下调ECM代谢系统,导致ECM过多沉积,使得瘢痕持续不能消退。合成表型的FB不仅能合成各种ECM,还能够释放胶原酶等物质,发挥分解基质的作用,使HS在相当时期内,存在胶原降解和再合成同时发生的重塑过程。FB一部分可转化为肌成纤维细胞(myofibroblast,MFB),MFB同时具有FB分泌胶原的功能,又具有平滑肌细胞样的收缩能力,与HS组织后期收缩等退行性行为密切相关。虽然MFB内有α-平滑肌肌动蛋白(α-smooth muscle actin,α-SMA)的表达,但它来源于 FB,当伤口愈合或瘢痕消退时,这些细胞也就随之消失[6]。Tuan等[7]认为瘢痕成熟退变或伤口愈合后MFB的消失是细胞凋亡的结果。MFB在HS中数量很多,而在瘢痕疙瘩中则很少见,Wang等[8]据此提出,α-SMA的出现与瘢痕挛缩具有密切关系,并把α-SMA作为临床区分此两类瘢痕的依据。早、中期的HS处于增殖状态,HS中MFB的含量增多,随着瘢痕的成熟,HS发生退行性变,MFB的含量明显减少。在成熟瘢痕组织中,FB和MFB的数量大为减少,取而代之的是破FB和破MFB,这也是胶原细胞内降解的证据。是否可以将α-SMA量化作为HS退行性变发生或HS增殖期与退化期分期的特异性标志物,尚无定论。(2)FB的细胞增殖周期及其调控基因与HS退行性变:增殖细胞核抗原(proliferating cell nuclear antigen,PCNA)和Ki-67是检测FB增殖活性的有效指标,二者均为调节细胞周期存在于细胞核内的蛋白,其表达与细胞的增生周期有关[9]。PCNA为DNA聚合酶δ的附属蛋白,在正常细胞中与细胞周期蛋白、细胞周期依赖性激酶(cyclin dependent kinase,CDK)及p21组成复合物调节细胞由G1期向S期过渡,而Ki-67则在G1/S及G2/M转换期都可检测到变化。FB的增殖活性在HS的不同时期以及在不同的组织中均有所不同。HS增殖期FB大量增生,核分裂像明显增多,大量合成与分泌胶原蛋白及其他基质;而在退化期,HS发生退行性变,FB的数目大为减少。通过PCNA检测发现,正常皮肤、HS和K中FB的PCNA阳性率分别为38.8%、45.6%和75.1%,而HS从增殖期向退化期发生退行性变的这一特定过程中PCNA的表达变化还未见专门报道。通过揭示FB增殖周期的调节机制,不仅可为特异地控制创伤愈合过程提供理论基础,而且有可能找到特异性控制HS退行性变,进而促进HS早日消退稳定甚至痊愈的有效途径。细胞增生异常是所有肿瘤组织的基本特征,HS中的FB具有类似肿瘤细胞生长的特性。广义上调节细胞生长、转化的诸多因子如激素、生长因子、细胞因子等都要通过调节细胞增殖周期起作用。细胞周期中各因子相互作用形成级联调控网络,由CDK发挥核心作用,而CDK活性发挥又取决于其正向调节因子细胞周期蛋白及负向调节因子CDK抑制蛋白(CDK - inhibitor,CKI)的水平[10]。CKI蛋白包括Ink4和Kip两大家族,其结构和功能高度相似,均属肿瘤抑制基因。HS的退行性变中,这些基因的表达及改变研究不多。(3)生长因子与HS退行性变:与HS退行性变有关的生长因子主要有TGF、FGF、EGF、PDGF和IGF等。FB中细胞生长因子的调控失调是影响HS退行性变,导致HS持续不退化的重要原因。生长因子通过旁分泌或自分泌机制促进细胞增殖分化,调控FB的功能及生物学特性:PDGF、FGF能推动FB从G0、G1期进入有丝分裂期(M期);EGF、TGF-α、IGF-I则能促进感受细胞进一步向S期过渡,促进FB分裂。Havestock等[11]报道,源于HS增殖期的FB对生长因子的需要性较低,降低生长因子的浓度仍可较快生长,这可能是导致FB过度增殖不消退的原因之一。FB对生长因子需要性的降低与其细胞骨架蛋白的改变有关,而有些改变则又是受TGFβ1等生长因子调控。HS在增殖及退行性变过程中,FB可能形成某些克隆细胞株,失去对反馈抑制信号的反应能力,这可能是细胞过度增殖的另一重要原因[12]。生长因子对FB的作用还与细胞的分化状态有关,源于早期血小板和巨噬细胞的PDGF、TGF-β1等促进FB增生,FGF使细胞数量大大增加,是FB的趋化剂和生长刺激剂[13,14]。14天后,FB 自分泌 TGF- β1拮抗炎症因子白细胞介素1(interleukin,IL-1)和肿瘤坏死因子 α(tumor necrosis factor-α,TNF-α)的作用,FB被激活处于某一分化状态。某些FB被转化后,不需要PDGF等就能生长,这些转化型FB也分泌内源性生长因子[15]。IGF的生物作用主要表现为:促细胞生长分化和促FB增殖及瘢痕增生。Messodi等[16]研究发现,烧伤后增殖期的HS中IGF-Ⅰ高表达,而发生退行性变的HS退化期成熟瘢痕中IGF-Ⅰ未见表达。随着瘢痕的退化成熟,HS退行性变过程中IGF-Ⅰ的表达逐渐减少、直至消失。另有研究对不同时期HS中神经生长因子(nerve growth factor,NGF)的表达进行对比发现,增殖期HS组织中NGF大量表达,在早期HS中分布最为广泛,以真皮浅层的FB密集处最甚;而退化期成熟瘢痕组织和正常皮肤内只有微弱表达。进一步研究证实,NGF与HS的发生及退行性变有一定关系,而其对FB的促增殖效应是通过肥大细胞的间接作用而产生的。
细胞生长因子对FB增殖、分化和演变的调控,是HS形成和退行性变机制研究的热点课题。
2.FB的凋亡及其基因调控与HS退行性变关系:细胞凋亡(apoptosis)是与细胞坏死(necrosis)性质不同的细胞死亡,指机体为调控发育、维护内环境稳定,由基因控制细胞自主、有序的死亡过程,又称程序性细胞死亡(programmed cell death,PCD)。FB的凋亡与HS退行性变直接相关。HS是细胞增殖和凋亡失衡的异常结果,据此推测FB正常PCD机制的障碍是其异常增殖,并导致HS持续不退化的重要机制。(1)细胞凋亡与HS退行性变:细胞凋亡参与了肉芽组织向瘢痕组织转化过程中多种细胞成分大量减少的动态过程,当某些原因引起肉芽组织中FB凋亡不足或中断,增殖相对过度,则导致创面发展成病理性瘢痕[17]。Hu等[18]通过电子显微镜及原位末端DNA片段标记技术发现肉芽组织向瘢痕组织转变期间,随着伤口的愈合,MFB和血管细胞凋亡增加,因此推测FB凋亡减少可能在HS的形成发展中发挥了重要作用。人体HS经历增生和退化期,组织切片观察到HS成熟过程中FB数和血管数显著减少,提示这种细胞构成的减少可能与凋亡有关[19];Nedelec等也观察到,随着病程延长HS组织中FB数减少至正常皮肤水平,提示FB存在凋亡;汪琴等通过TUNEL及免疫组化技术比较HS不同时期的细胞总数与凋亡细胞数,发现HS中存在细胞凋亡现象,HS消退过程中FB数量的减少与MFB的凋亡增加相一致,成熟期的凋亡细胞数显著多于增生期,并与FB总数的减少呈负相关,说明在HS退行性变的成熟消退过程中,细胞数量的减少亦是通过凋亡来介导的。由此认为MFB凋亡不足导致HS产生,其凋亡增加导致HS消退。
Kischer等曾假设在瘢痕疙瘩从肉芽组织向成熟瘢痕组织转化的过程中细胞的进行性减少可能由凋亡引起。Lan等证实了这种假设,他们发现在瘢痕疙瘩组织中同时存在细胞增生、坏死和凋亡,瘢痕疙瘩的真皮和表皮中存在大量的凋亡细胞,而且其数量和分布越靠近病灶连缘越少,同时还在真皮中发现少量的血管内皮细胞凋亡。Messadi等研究发现正常皮肤FB凋亡率较瘢痕疙瘩高两倍,凋亡相关基因表达也下降。以上实验结果说明病理性瘢痕形成过程中细胞数量增多,凋亡不足是重要原因,而瘢痕成熟过程中细胞的减少主要是由细胞凋亡引起的。尽管在病理性瘢痕形成过程中存在着凋亡现象,但在体外培养的瘢痕组织原代细胞中,即使在无血清培养的条件下也不出现凋亡,说明其凋亡与体内多种因子协同作用有密切关系。在HS退行性变过程中出现的大量细胞凋亡,是继发于正常创伤愈合过程中的凋亡不足(即凋亡延迟),还是由新的刺激物引起凋亡的重新启动尚不清楚。在HS形成过程中,不仅含有过度的细胞构成,而且伴有大量的微血管再生。这些微血管随着瘢痕的不断增厚与收缩,逐渐进入闭塞或半闭塞状态,阻碍了血管内的氧向周围组织扩散,组织低氧刺激FB产生大量胶原(耗氧过程),进一步降低组织中含氧量,如此恶性循环,最后导致组织缺氧,而缺氧能引起细胞凋亡发生。与增生期相比,成熟期的HS组织中ICE(interleukin-1βconverting enzyme)表达增强,Bcl-2表达降低,前者能诱导FB凋亡,后者与之相反,具有阻断成纤维细胞凋亡的能力。以上研究表明,在HS退行性变成熟过程中出现的细胞凋亡与缺氧、凋亡相关基因表达水平改变等因素有关。(2)FB细胞凋亡相关调控基因与HS退行性变:参与HS退行性变的FB调控相关基因主要包括ICE酶系家族、TNF受体家族、myc、p53、Bcl-2 家族等。ICE 酶系家族与HS退行性变:ICE是一种半胱氨酸蛋白酶,在人类基因组数据库中至少发现10个ICE同源基因,编码相应的ICE样蛋白(caspase),ICE家族基因的过度表达可诱导细胞凋亡的发生,是直接导致凋亡细胞解体的蛋白酶系统,在细胞凋亡机制网络中居中心地位。caspase解体细胞的方式大致有3种:①酶解灭活凋亡抑制物;②酶解细胞结构蛋白;③酶解分离有酶活性的蛋白分子的凋节区和催化区并使其失活。Wassermann等对烧伤后HS的细胞凋亡进行研究发现,其FB的caspase-1水平是降低的。Wang等也用实验证实处于增生期的HS其caspase-1水平明显比退变期低。Fas与HS退行性变:TNF受体家族以Fas(CD95 Apo-1)系统研究最多。这类受体是跨膜蛋白,膜外是富含丝氨酸的功能区,膜内部分含有被称为DD(dead domain)传递细胞死亡信号的同源功能区。Fas和FasL是一对参与细胞凋亡信号传递的蛋白分子,Fas受体与其配体结合后通过蛋白死亡区激活一系列信号蛋白及相关酶,引起多种底物降解,从而导致细胞凋亡。Fas是促死亡受体,但并非在所有情况下,Fas介导的信号都能引起细胞死亡。Freiberg等报告Fas寡聚体形成后,能启动皮肤FB的增殖与凋亡双重信号程序,最终结局是依赖于细胞表面的Fas交联程度,即Fas低水平表达时,刺激FB增殖,Fas高表达时,则启动FB凋亡。Wassermann等研究发现体外培养HS成纤维细胞Fas分子水平是降低的。HS退行变过程中Fas水平变化尚未见详细报道。c-myc与HS退行性变:c-myc的重要功能是促进细胞分裂。当c-myc表达受到抑制时,培养细胞的增殖可被阻抑。c-myc在调节细胞凋亡方面的作用表现为c-myc过表达促进细胞凋亡。c-myc过表达即促进细胞增殖又促进细胞凋亡可能原因是,转录激活c-myc的同时启动了细胞增殖和凋亡两种状态,另有信号参与决定细胞选择何种状态,如在IGF-1等细胞活性因子存在时,凋亡被排除而选择增殖。胡振富等研究发现HS的成纤维细胞c-myc基因表达水平明显高于正常皮肤FB,并认为c-myc和c-fos等原癌基因高表达与FB异常增殖有密切关系。Desmouliere等报告,c-myc通过增强野生型p53的表达来诱导FB凋亡。Evan等研究表明,c-myc蛋白诱导无血清培养FB的凋亡。陈伟等用RT-PCR法检测不同时期HS中凋亡相关基因转录的变化,结果发现,在成熟期的瘢痕中,Bax和Bcl-2基因表达显著升高,说明HS退行性过程中细胞凋亡增多,bax、c-cmy和p53基因表达增强与HS退行性变达到成熟状态有关。癌基因与HS退行性变:FB中的肿瘤抑制基因及癌基因的失活、缺失、突变等也可能是HS退行性变发生的重要机制,其中研究最为深入的是肿瘤抑制基因p53。p53基因有野生型和突变型两种亚型,是细胞DNA损伤的感受器和细胞内凋亡信号的传递者,定位于17号染色体,编码由393个氨基酸的核磷蛋白,起转录因子的作用,能启动WAF/cip基因表达,而WAF/cip基因编码p21蛋白,后者能抑制CDK活性,从而阻止细胞周期的进程。野生型p53是最重要的细胞周期与细胞凋亡的调控基因之一,参与维持细胞周期的正常进行,是G1~S期和G2~M期限制点的检查点。动物实验表明,野生型 p53过度表达将导致FB的大量凋亡。p53通过转录依赖性和非依赖性两种机制来诱导细胞凋亡,机制的选择取决于细胞类型和凋亡刺激种类。基因突变是p53功能失活的最主要方式,Sae用PCR-SSCP和DNA测序方法在K组织及其培养的FB中均检测出p53在第4、5、6外显子有突变。Teofoli研究发现,p53在HS的FB中呈低表达。但在HS退行性变过程中是否存在p53基因的突变尚不明确。Bcl-2与HS退行性变:Bcl-2是一个多基因家族成员,包括抑制凋亡的 Bcl-2、Bcl-xl、Bcl-BAD 等及促进凋亡的Bax、Bcl-xs、Bak等,该家族同源蛋白在进化过程中高度保守。Bcl-2亚细胞定位存在于线粒体外膜、核膜和内质网上,可阻止许多不同类型细胞中多种不同凋亡刺激引起的凋亡,对多种刺激因子诱导的细胞凋亡都能产生拮抗作用。这些刺激因子包括生长因子撤除、营养因子撤除、c-myc过度表达、p53调控、Fas诱导和糖皮质激素作用等。在哺乳动物,目前已鉴定出15种Bcl-2相关基因,所有这些家族成员都具有相互作用、构成同二聚体或异二聚体的能力。Bcl-2激动剂与拮抗剂之间比值决定细胞对各种凋亡刺激物的敏感性。Teofoli用免疫组化方法发现Bcl-2蛋白在HS的FB中有较高的着色,而在正常皮肤未见。Wang等也证实HS处于增殖期时其Bcl-2的水平比退变期明显高。说明Bcl-2水平持续降低与HS退行性变有关。
在HS增殖期FB大量增生,而其凋亡受到抑制,FB数目明显高于退变期的水平,导致MFB的比例异常。微环境中各种细胞因子大量产生(主要是自分泌性因子),尤其是 TGF-β1、PDGF和 IGFs。它们诱导细胞合成大量胶原蛋白,使基质中胶原过度沉积。同时,瘢痕组织中的FB对各生长因子的敏感性也明显增高[3,4]。目前研究表明,细胞凋亡不足或延迟不仅导致HS形成,而且阻碍HS的成熟消退等退行性变过程。因此,从分子、细胞、组织/器官三级水平来诱导或调控FB凋亡可能是促进HS退行性变的一条快速、有效途径。
HS组织生长到一定阶段后会自行停止并逐渐吸引消退,此退行性变的过程快慢程度因人而异,个体之间差异很大,可延续半年、数年甚至数十年。而细胞外基质(ECM)的吸收与HS退行性变的关系尤为密切。ECM由FB合成,是HS组织的主要结构成分,主要包括Ⅰ型和Ⅲ型胶原,还包括黏多糖(mucopolyaccharide)、氨基葡聚糖(glycosaminoglycan,GAG)、糖蛋白(mucoprotein)以及弹性成分。其中主要的糖蛋白是纤维黏连蛋白(fibronectin,FN)。(1)酸性黏多糖与HS退行性变:HS退行性变过程中ECM成分的改变主要包括FN和黏多糖。FN在HS早期含量丰富,而在发生退行性变的成熟瘢痕组织中含量很少。黏附分子是细胞与细胞、细胞与基质间相互作用的桥梁,主要包括5大类:①免疫球蛋白基因超级家族(immnoglobulin gene superfamily);②选择素家族(selectin);③整合素家族(integrin);④Cadherin家族;⑤软骨连接蛋白家族。目前已知,整合素在HS退行性变的瘢痕重塑过程中起重要作用,FN的作用通过其受体整素介导。组织化学研究证实HS中的酸性粘多糖和硫酸软骨素的含量较成熟瘢痕明显增高,其中GAG明显高于成熟瘢痕,它可包裹胶原,阻碍胶原酶对胶原的降解作用,导致胶原降解减少而过度沉积。新近研究表明,HS退行性变后发生的瘢痕软化主要表现在黏多糖减少,造成基质粘合断裂,胶原松动伸展,而胶原纤维本身变化并不明显。在增殖期的HS中,基质成分相对增多,尤以酸性黏多糖增多最明显,主要表现在硫酸软骨素A和透明质酸(hyaluronic acid,HA)的增多。而HS发生退性变过程的不同时期粘多糖成分呈逐渐减少趋势,退行变的成熟HS组织仅含微量的硫酸软骨素。越靠近瘢痕边缘,其黏多糖值越低,说明瘢痕退变软化吸收从边缘向中心进行,正常组织对瘢痕可能有吸收作用,这与临床观察一致。Bertheim等研究证实,增殖期的HS组织HA呈窄条样分布,随着瘢痕程度增加,真皮组织,尤其是乳头层中的HA含量明显减少,而HS退行性变后,成熟瘢痕组织中HA染色强度类似正常皮肤,真皮乳头层HA呈浓染,但染色层厚度相对较薄。(2)胶原与HS退行性变:胶原是HS组织ECM中的主要高分子物质,是在结构上既具有共同特点又具有差别的一组蛋白质,又称胶原家族(collagen family)。胶原根据其体内分布和功能特点可分为三大类:①间质胶原;②基膜胶原;③细胞外周胶原,其中间质胶原与HS退行性变关系最为密切。胶原的合成与分解是HS退行性变过程的决定性事件。HS组织中的胶原成分基本上与真皮组织相同,主要为Ⅰ型胶原,其次为Ⅲ型胶原,二者之间的比例可以反映HS组织成熟和退行性变的程度。有研究指出,在新形成以及增生比较活跃的瘢痕组织,Ⅲ型胶原所占的比例比成熟稳定的瘢痕为大。增殖期HS中胶原酶的活性升高,胶原分解速度增加,但因胶原合成的速度远大于胶原分解,导致胶原胶原过度沉积,而HS在退行变过程中胶原合成减少分解增多。发生退行性变的HS与增殖期HS的重要区别是胶原纤维排列的异常,后者胶原纤维呈弧状或漩涡状无序排列,后排列相对平等整齐,意味HS的消退和治愈。
2.MMPs和TIMPs与HS退行性变:HS退行性变过程中,胶原的合成减少,而降解增加,ECM的降解主要依靠基质金属蛋白酶(matrix metalloproteinases,MMPs)。作为降解ECM的重要物质,MMPs在HS退行性变过程中的作用不可忽视,其中报道较多的有MMP-1(间质胶原酶)、MMP-2(明胶酶 A)、MMP-3(基质溶素1)、MMP-7(基质溶素)和MMP-9(明胶酶B)。组织中存在 TIMP-1和 TIMP-2两种MMPs的特异性组织金属蛋白酶抑制因子(tissue inhibitor of metalloproteinase,TIMP),前者主要抑制间质胶原酶、基质溶素1和明胶酶B的活性,而后者主要抑制明胶酶A活性。杨勇等应用免疫组化和原位杂交技术对MMPs和TIMPs在不同时期HS中的动态变化进行分析研究,结果发现MMP-1主要出现在HS形成的早期,且染色较淡,中晚期HS发性退行性变,MMP-1基本消失。MMP-2和MMP-3长期存在于HS组织中,早期的瘢痕组织中即可见明显染色,中期MMP-3染色强度有所加强,而MMP-3保持不变,HS发生退行性变后,MMP-2和MMP-3染色均有不同程度减弱,以MMP-2减弱的程度更为明显。HS中MMP-2和MMP-3的分布和变化规律提示二者在HS退行性变过程中发挥重要作用,前者与HS早期的ECM分解代谢关系密切,后者与HS晚期的表皮增厚、乳突层重建和血管改建等退行性变有关。TIMP-1和TIMP-2在晚期退行性变的HS中减少或消失,主要分布在FB和表皮细胞周围,这与MMP-2的分布及变化规律极为相似,由此推断MMP-2和TIMP-2这一对因素的平衡关系直接影响HS退行性变及转归。
多种生长因子及细胞因子可以改变胶原基因的表达,如 TGF-β、IGF-1、IGF-2、IL-1、TNF-α 以及IFN-γ等。MMPs基因的表达和酶的合成受许多因素的调控,其中最重要的是生长因子。多数生长因子都可促进酶的表达与合成,包括EGF、bFGF、TNF-α、IL-1α和PDGF。如TNF-α和IL-1α在创伤愈合中诱导MMP-1的表达,EGF刺激MMP-3的表达;相反TGF-β抑制MMP-1和MMP-3的表达与合成,但促进MMP-2和TIMP的表达,表明TGF-β对MMPs不同成员有不同的作用,这种不同的调节作用可能有利于HS的退行性变。
体内许多细胞既能合成MMP,又能合成TIMP,而且很多影响MMP表达和合成的生长因子也能影响TIMP的表达及合成,这可能反映了机体对MMP的一种精确的调控机制。例如TGF-β一方面抑制MMP-1的表达,另一方面则促进TIMP-1的表达。在培养于胶原膜的内皮细胞培养液中加入TIMP抗体后,胶原的降解明显增加,说明TIMP是调控胶原降解及HS退行性变的重要因素。目前尚不清楚生长因子、ECM和细胞骨架对体内MMPs和TIMPs基因转录、表达和酶活性调控的机制及其在HS退行性变中的作用。
HS退行性变的相关影响因素涉及众多,除FB和ECM两种主要成分外,肥大细胞、巨噬细胞、表皮细胞、树突状细胞(dendritic cell,DC)、淋巴细胞、内分泌、激素、活性多肽等其他成分也可能与HS退行性变有关,其根本原因尚有待研究。HS退行性变是一个复杂的病理生理过程,受诸多基因和信号转导途径调控,随着对瘢痕产生机制的研究向基因和分子水平深入,寻找HS发生退行性变的特异相关基因显得十分必要。人类基因组计划的完成以及基因芯片等生物新技术的出现为HS退行变特异相关基因群的筛选提供了有力研究工具。Tsou和马兵等相继将基因芯片技术用于瘢痕研究,发现在4096种基因中,增生性瘢痕和患者自身正常皮肤组织间存在差异表达基因128条,其中包括细胞骨架和运动基因、免疫相关基因、细胞凋亡基因、原癌和抑癌基因以及成纤维细胞、胶原代谢相关基因。应用基因芯片技术有可能筛选出HS退行性变特异相关的调控基因,在基因水平从一个新的角度来认识瘢痕成纤维细胞增殖-凋亡失衡的机制,并有望针对其可能机制从分子水平制订相应的生物学治疗策略,以促使HS尽快成熟稳定,缩短HS退行性变的时间,减轻患者痛苦,为临床治疗提供崭新思路。
1 Niessen FB,Spauwen PHM,Schalkwijk,et al.On the nature of hypertrophic scars and keloids:a review[J].Plast Reconstr Surg,1999,104:1435-1458
2 Sidgwick GP,Bayat A.Extracellular matrix molecules implicated in hypertrophic and keloid scarring[J].JEur Acad Dermatol Venereol,2011:12
3 Ogawa R.Mechanobiology of scarring[J].Wound Repair Regen,2011,19(1):2-9
4 Sarrazy V,Billet F,Micallef L,et al.Mechanisms of pathological scarring:role of myofibroblasts and current developments[J].Wound Repair Regen,2011,19(1):10-15
5 Varkey M,Ding J,Tredget EE.Differential collagen-glycosaminoglycan matrix remodeling by superficial and deep dermal fibroblasts:Potential therapeutic targets for hypertrophic scar[J].Biomaterials,2011,32(30):7581-7591
6 Chipev CC,Simman R,Hatch G,et al.Myofibroblast phenotype and apoptosis in keloid and palmar fibroblasts in vitro[J].Cell Death Differ,2000,7:166 -176
7 Tuan TL,Nichter LS.The molecular basis of keloid and hypertrophic scar formation[J].Mol Med Today,1998,4(1):19 -24
8 Wang R,Ghahary A,Shen Q,et al.Hypertrophic scar tissues and fibroblasts produce more transforming growth factor-beta1 mRNA and protein than normal skin and cells[J].Wound Repair Regen,2000,8(2):128-137
9 Chin D,Boyle GM,Parsons PG,et al.What is transforming growth factor-beta(TGF -beta)?[J].Br J Plast Surg,2004,57(3):215-221
10 Chodon T,Sugihara T,Igawa HH,et al.Keloid-derived fibroblasts are refractory to Fas-mediated apoptosis and neutralization of autocrine transforming growth factor- β1can abrogate this resistance[J].Am JPathol,2000,157(5):1661-1669
11 Haverstock BD.Hypertrophic scars and keloids[J].Clin Podiatr Med Surg,2001,18(1):147-159
12 Nedelec B,Shankowsky H,Scott PG,et al.Myofibroblasts and apotosis in human hypertrophic scars:the effec to finterferon-alpha 2b[J].Surgery,2001,130(5):798 -808
13 汪琴,吴宗耀.肌成纤维细胞凋亡与肥厚性瘢消退的关系[J].第三军医大学学报,1999,21(3):190-192
14 Shin D,Minn KW.The effect of myofibroblast on contracture of hypertrophic scar[J].Plast Reconstr Surg,2004,113(2):633 - 640
15 Gabriel V.Hypertrophic scar[J].Phys Med Rehabil Clin N Am,2011,22(2):301-310
16 Messadi DV,Le A,Berg S,et al.Expression of apoptosis associated gene by human dermal scar fibroblasts[J].Wound Repair Regen,1999,7(6):511-517
17 Wang Q,Wu Z.A study on the detection of apoptosis of hypertrophic scar and its related modulating factors[J].Zhonghua Shaoshang Zazhi,2001,17(1):5-28
18 Hu Z,Lou L,Luo S.Experimental study of the expression of c -myc,c-fos and proto-oncogenes on hypertrophic scars[J].Zhonghua Zhengxing Waike Zazhi,2002,18(3):165-167
19 陈伟,付小兵,王海滨,等.增生性瘢痕中凋亡相关基因转录的变化[J].中华实验外科杂志,2005,22(2):235-237