表皮干细胞在创伤愈合中的作用

吕玲玲 综述 李发成 审校

皮肤作为人体第一道防线及最大的器官，不仅具有重要的生理功能，还有其美学意义。瘢痕是皮肤创伤愈合后的必然产物，是一种不具备正常皮肤组织结构及生理功能，失去正常活力的组织。瘢痕形成不充分或过分，均会导致外形或功能上的严重问题。1971年，Burrington发现胎儿无瘢痕愈合，引发了皮肤无瘢痕愈合方面的大量研究。表皮干细胞作为维持皮肤新陈代谢的重要细胞，与创面修复密切相关，在胎儿无瘢痕愈合中起关键作用。本文对表皮干细胞在创伤愈合中的作用进行综述。

1 表皮干细胞定位及标记

表皮干细胞（Epidermal stem cells，ESCs）主要位于表皮基底层及毛囊部，包括毛囊干细胞、毛囊间表皮干细胞、皮脂腺前体干细胞及峡部干细胞。其中毛囊干细胞研究最多，定位于毛囊隆突部，为皮肤干细胞的主要栖息地，对毛囊的新陈代谢和皮肤的创伤愈合具有重要作用[1]。表皮干细胞及由其分化而来的短暂扩增细胞（Transit amplifying cells，TACs）和有丝分裂后的细胞成片分布于基底层，其中ESCs约占细胞总量的1%～10%，体积小、致密、细胞核大细胞浆少、胞内细胞器和RNA含量少，具有体内慢周期性[2]自我更新及对皮肤基底膜的黏附等特征。

目前，用于表皮干细胞分离鉴定的表面标记物很多，常用的有角蛋白、整合素家族、P63、CD71、CD90等，最常用且特异性较好的是角蛋白及整合素。角蛋白是表皮细胞的结构蛋白，其表达与表皮干细胞分化程度相关，角蛋白19最早发现且应用最广。由C8/144B单克隆抗体识别的角蛋白CK15也在表皮干细胞中表达[3]，而K5和K14在短暂扩充细胞中表达，K1和K10在终末分化细胞中表达。整合素为一类细胞膜表面的糖蛋白受体家族分子，主要介导细胞与细胞外基质的黏附。表皮基底细胞层中的干细胞是整合素表达水平最高的一类细胞，与表皮干细胞关系密切的是β1和α6，β1整合素表达于所有基底细胞，包括干细胞、短暂分化细胞及成熟的终末分化细胞，但在不同类型的细胞中表达量不同，可以用于鉴别不同细胞，但需在激光共聚焦显微镜下辨别[4]。α6结合10G7则可区分干细胞和短暂扩增细胞。

2 创伤愈合过程中表皮干细胞的参与

皮肤创伤愈合主要包括炎症反应、组织修复及瘢痕形成塑形期。每个阶段参与的主要细胞不同，表皮干细胞在各个阶段通过不同通路，与细胞因子及皮肤其他细胞相互作用，完成创伤愈合修复过程。

2.1 炎症反应阶段

皮肤创伤愈合进行自我修复时，必先经过局部炎症反应，血液中中性粒细胞、巨噬细胞等游走至创伤区，通过自分泌、旁分泌等方式，分泌趋化因子及细胞因子等，产生级联式生物学效应，诱导各种修复细胞参与修复。在此过程中，表皮干细胞的参与方式还不是很明确。Kumamoto等[5]发现，小鼠毛囊皮肤隆突部中间部分有形态与免疫表型，均与胎鼠骨髓来源干细胞表型相同的细胞。有研究发现，毛囊的结缔组织鞘中含有肥大细胞祖细胞，创伤愈合时能分化成肥大细胞，因而认为毛囊结缔组织鞘是髓外造血祖细胞的来源之一[6]，但这些细胞并不是皮肤中固有干细胞分化而来。通过与骨髓绿色荧光标记的转基因小鼠比较发现，这些毛囊结缔组织鞘源性肥大细胞的前体细胞来源于骨髓，暂时寄居在毛囊，当皮肤组织损伤时，毛囊细胞分泌肥大细胞增殖因子，刺激结缔组织鞘中的肥大细胞祖细胞，促使其增殖成熟，参与伤口愈合[7-8]。人类真皮和新生小鼠均有这种骨髓细胞表型的肥大细胞祖细胞[9]，在皮肤创伤时，这些肥大细胞前体细胞与皮肤内其他造血祖细胞通过诱导分化巨噬细胞、树突状细胞等其他炎症细胞，共同参与创伤愈合初期的炎症反应阶段。

2.2 上皮化过程

创伤愈合过程中伤口的重新上皮化过程非常重要，上皮化延迟会导致伤口纤维化加重，产生明显瘢痕组织。在上皮化过程中，若皮肤的基底层完整，则上皮化由基底层表皮干细胞自下而上修复，如果基底层被破坏，则由伤口附近附属器中的表皮干细胞向伤口分化、增殖，进行修复。如皮肤损伤后毛囊仍是完整的，则隆突部表皮鞘细胞会向伤口迁移完成上皮化；若损伤较深，毛囊大部分结构被破坏，伤口愈合过程就会变慢[10]，而动物实验也表明皮肤的愈合率与毛发生长周期相关（处于毛发生长期的伤口愈合率最大）。Langton等[11]通过转基因小鼠发现，毛囊干细胞虽不是上皮化的必须细胞，但缺少时会导致伤口延迟愈合。

上皮化过程中间充质细胞也起一定作用。研究发现，表皮细胞和间充质细胞表型可相互表达，即可能存在表皮细胞与间充质细胞之间的相互转化[12]，此过程在胚胎形成、组织再生及伤口愈合中起重要作用。已有研究证实，鼠类真皮中多能干细胞能分化成角质细胞[13]。

2.3 瘢痕形成阶段

真皮愈合主要是胶原及细胞外基质的再生。创伤后3 d起，肉芽中的毛细血管垂直于创面生长，5～7 d成纤维细胞开始产生胶原纤维，即瘢痕组织，主要成分为Ⅰ型胶原纤维。胶原的合成与分解代谢之间维持着平衡，而成纤维细胞在维持这种平衡中起重要作用[14]；如果这种平衡被破坏，导致胶原的合成增加或降解减少，均会导致瘢痕增生甚至瘢痕疙瘩的产生。成纤维细胞的来源主要有两种，一是真皮中常驻纤维细胞，其在创伤刺激下会转变成纤维母细胞；另外，毛囊干细胞也是成纤维细胞来源之一。Jahoda等[15]曾将毛囊结缔组织鞘细胞特染的毛囊移植至鼠皮肤伤口基底部，可见结缔组织鞘源性成纤维细胞参与伤口愈合。有研究认为，伤口愈合胶原形成时，结缔组织鞘中的干细胞可能迁移到真皮滤泡间形成纤维细胞[16]。刘玲等[17]在研究病理性瘢痕与正常皮肤表皮干细胞标记物的表达时发现，真皮瘢痕中表皮干细胞表型的成纤维细胞明显增多，认为表皮干细胞可能在细胞因子作用下分化为成纤维细胞参与瘢痕形成。

表皮干细胞通过复杂通路作用于成纤维细胞，调控其在瘢痕形成过程中的活动。这些通路包括SAMD蛋白、磷脂酰肌醇-3-激酶、TGF-β和结缔组织生长因子等。Wang等[18]对表皮干细胞在表皮与真皮间相互作用，及表皮纤维化的研究证实，表皮干细胞具有维持正常表皮和真皮间相互作用，及抑制真皮纤维化的能力，缺乏则会导致病理性纤维增生。成纤维细胞生长因子（Fibroblast growth factors，FGF）可促进成纤维细胞生成，使胶原纤维合成增加，而表皮干细胞分泌的细胞因子可对抗这种作用，从而减少Ⅰ型胶原纤维的合成，达到减少瘢痕形成的作用[19]。

3 表皮干细胞应用现状

随着对表皮干细胞及伤口愈合机制研究的不断深入，近些年，干细胞的治疗发展已较成熟且已进入临床试验。

目前的组织工程皮肤是由表皮干细胞与成纤维细胞混合于胶原凝胶中制成，将其覆盖到烧伤创面，能加速上皮化，并通过重建表皮干细胞壁龛，以降低皮片移植的失败率，获得了较满意的效果。但此种组织工程皮肤较人体正常皮肤结构相差甚远，不含皮肤中各种附属器。随着研究的不断深入，最近的报道已经构建出含有表皮、真皮、毛囊甚至真皮附属器的三维组织工程皮肤[20]。

除了外源性应用，激活损伤皮肤区的干细胞，可使其能动地参与伤口愈合。例如，应用表皮生长因子（Epidremal grow factors，EGF）能促进伤口原位表皮干细胞生长。Ghalbzouri等[21]在鼠皮肤制造全层缺损后给予EGF，结果表明EGF能加速上皮化过程，促进伤口愈合。感觉神经肽P物质也可通过诱导表皮干细胞向创缘集中而加速创面愈合[22]。

4 展望

表皮具有代谢周期快的特点，是研究干细胞生物学特性的良好组织。目前，影响表皮干细胞增殖分化具体因素的研究已取得巨大的进步，但表皮干细胞之间，及其与皮肤其他细胞在伤口愈合中的各种传导通路仍不明确。从基因分子水平了解伤口愈合过程中的各项调控，充分调动表皮干细胞作用，最终达到无瘢痕愈合，是今后深入研究的方向。

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