皮肤软组织扩张术对皮瓣血管新生的影响

范新宇 综述 汪春兰 赵宇 审校

皮肤软组织扩张术是整形外科的重要治疗手段,是通过增加扩张器内的容量对表面皮肤产生机械张力，促进皮肤软组织细胞增殖，皮肤软组织面积增长，以产生“额外”的皮肤用于缺损修复[1]。扩张术中静态的机械张力和牵拉造成的缺氧会促进皮肤面积的增加、血管增生及多种生长因子的表达。张力和缺氧已经被证明可以诱导血管重建和增加血管密度，但是由张力及缺氧引起的病理生理机制和形态学上皮肤血管的变化原因仍不十分清楚。我们就扩张皮肤血管新生过程的张力、缺氧和生长因子等因素的影响进行综述。

1 血管的新生及其相关因子

新血管形成是一个高度保守的过程，是对组织损伤和缺氧的生理反应，是组织修复的基础。血管新生包括3个不同的进程：血管生成（Angiogenesis）是刺激成熟的内皮细胞来增殖和发芽新的血管；血管形成（Vasculogenesis）是动员骨髓来源的内皮祖细胞形成新的血管；动脉血管生成（Arteriogenesis）是通过增加血管管腔的直径来达到血管的重塑，以增加血流量。这3个进程可以同时发生在缺血和受伤的组织中，执行互补功能来增强灌注[2]。

血管生长和组织再生是复杂的、多基因的活动，在不同时间可能需要多种生长因子的参与[3]。多种生长因子／细胞因子能够直接或间接地加速血管的形成。近年来，通过采用促血管形成的生长因子进行张力与缺氧对血管生成的影响的研究，如：低氧诱导因子-1（Hypoxia inducible factor 1，HIF-1）、血管内皮细胞生长因子（Vascular endothelial growth factor，VEGF）、碱性成纤维细胞生长因子 （Basic fibroblast growth factor，bFGF）、基质细胞衍生因子（Stromal cell-derived factor-1，SDF-1）、转化生长因子（Transforming growth factor beta，TGF-β）、 血小板源性生长因子 （Platelet-derived growth factor，PDGF）等。其中HIF-1是其中的热点。

2 张力与缺氧对皮肤血管新生的影响

Leighton等[4]研究发现，在猪扩张的任意皮瓣中，毛细血管血流增加主要与扩张后的缺氧和机械张力有关。近几年的研究表明，外在的张力作用于皮肤组织，会增加皮肤组织细胞的分化和血管的增生[5]。机械力量影响生理和病理性组织的发展和新血管的形成。目前，很多研究对机械生物学过程应用于活体组织控制血管生成进行了积极的探索[6]。

2.1 张力与缺氧对皮肤血管新生相关因子的改变

HIF-1是缺氧状态下血管新生的核心调控因子，并能通过影响其他因子的表达，参与缺氧组织内的血管生成[7]。HIF-1由HIF-1α和HIF-1β两个亚基组成，其中HIF-1α是HIF-1的功能亚基，其蛋白质水平和活性决定HIF-1的活性，具有调控细胞氧平衡和诱导缺氧基因表达的功能[8]。HIF-1α可调控60多种与血管生长、血管张力、糖代谢、红细胞生成及干细胞诱导分化等相关的基因，包括血管内皮生长因子及其受体（Flt-1）、神经纤毛蛋白 1（Neuropilin-1）、血管生成素（Ang）1,2,4、血小板衍生生长因子和胎盘生长因子（PIGF）等[9]。在缺氧情况下，HIF-1α直接参与血管发生的全过程，包括：①合成NO使血管扩张，使VEGF及其受体表达增强来增加血管通透性；②通过上调基质金属蛋白酶降解细胞外基质、上调VEGF诱导血管内皮细胞增殖和迁移，并在血管生成素-2的参与下，形成血管芽。③在 VEGF、血管生成素-1和整合素的作用下，单个血管芽形成血管腔，并与附近的血管相互吻合成血管网。④通过PDGF、血管生成素等使血管平滑肌或其他细胞迁移包绕新生血管，产生外基质并完成血管壁的结构。HIF-1α作为上游调控基因，比VEGF、血管生成素-2等单纯基因效率高，作用也更为重要。有研究通过基因芯片分析和逆转录酶聚合酶链反应，发现拉伸诱导血管重建与HIF-1之间存在一定的关系。随着拉伸皮肤组织中氧浓度的改变，HIF-1和相关的血管新生因子（如VEGF）表达增加[10]。HIF-1α在缺氧状态下，通过影响其他因子的表达，保护组织细胞减少损害，其中最重要的因子是VEGF[11]。HIF-1α能活化VEGF的转录，并上调VEGF的表达，从而促进血管生成，增加组织氧供，共同参与组织对缺氧的适应[12]。HIF-1在机械拉力诱导血管重建中扮演了一个重要角色[13]。

VEGF是非常重要的信号蛋白，可以刺激血管新生，并通过与细胞表面的血管内皮生长因子受体结合，刺激细胞功能的改变。VEGF已被证实在人体扩张组织中表达，并且可以诱导扩张组织的血管新生。组织中VEGF通过刺激内皮细胞形成新生血管来促进血管新生，并且通过促进内皮祖细胞增殖和分化来促进血管的形成。CD31染色证明，稳定的VEGF二聚体与拉伸皮肤的血管新生有关，皮肤拉伸后的第三天，毛细血管开始大量增加，高度增殖的表皮细胞会使表皮组织缺氧。研究显示，组织细胞显著的缺氧是发生在血管新生之后，表达增加的稳定VEGF二聚体可能参与了机械力量转导及预缺氧诱导新生血管的过程[14]。组织扩张时，局部皮肤会有缺血、缺氧的表现，诱导VEGF合成、分泌增加。同时，血管内皮细胞在受到VEGF刺激后，除自身增殖外，还可自分泌促进血管平滑肌细胞增殖的因子，如PDGF和bFGF等。

bFGF是能促进中胚层和神经外胚层细胞分裂的多肽，具有强烈的血管生成作用。Fujihara等[15]通过实验证明，持续的bFGF输送到受体区域，能提高缺血皮瓣的生存率。bFGF在扩张的皮肤中含量增加，可能是超量扩张引起的低氧促进了生长因子 bFGF等的释放，bFGF通过诱导内皮细胞合成和释放一种内皮来源的血管舒张因子，后者刺激了血管的扩张和新生血管的生长与成熟[16]。

SDF-1是属于CXC家族的趋化因子蛋白，对于血管生成的调节主要表现为动员、募集血管前体细胞到达需要新生血管的部位，并参与血管的生成[17]。研究表明，皮肤软组织扩张中的张力可促进SDF-1的高度表达[18]。

针对缺氧而引起的这些影响因素的变化，有报道认为，血管细胞因子维持氧的内平衡并促进血管新生。HIF-1在组织出现缺氧后稳定表达；VEGF通过刺激内皮细胞形成新生血管来促进血管新生，并且通过促进血管祖细胞增殖和分化来促进血管的形成；SDF-1是趋化循环血管祖细胞去缺血区域的主要细胞因子；PDGF在刺激非成熟的血管内皮祖细胞转变为成熟的新生血管中发挥了重要作用；TGF对于新血管的增生和形态发展是一个关键的调节因子[19]。

2.2 张力与缺氧对皮肤血管的形态学改变

在张力的作用下，皮肤血管会发生一些形态上的改变。组织扩张产生的张力引起支配血管的交感神经断裂，即去交感神经支配，导致了组织中缺氧的血管重新定位和扩张，交通支开放，毛细血管交替开放数量增多，血流速度加快，类似皮瓣延迟现象。所以，可以认为组织扩张术是一种皮瓣的延迟形式，是对扩张皮瓣反复的机械性扩张过程，也是对皮瓣的一种不断的缺氧训练过程。动物实验证实，扩张皮肤微血管直径会周期性增加，微血管密度在一定的时期内呈线性增长[20]。血管密度的增加提升了组织对缺氧的耐受力，组织扩张所引起的缺血、缺氧诱导了皮瓣血管的新生。

2007年，Giorgio等[5]在研究拉力对大鼠灌注的耳部组织表皮及血管的影响时发现，机械牵拉会促使大鼠耳部组织主要血管管径增加。在6～8 h周期性的牵拉后，血管管径明显增加。他们发现，血管管径的明显改变是在持续拉力作用2 d之后，4 d后血管的管径增加了1倍。数据分析显示，在实验的第2.25天血管和组织细胞的增生达到峰值。微血管受到压力会显示出高度定向立体的方向，如果压力的方向改变，皮肤血管将会沿着主要力量的向量方向增生。持续的力量牵拉及周期性的拉伸都可以诱发血管重建及增生。众所周知，组织对张力的反应主要是通过组织细胞的分化及血管的增生来体现的。通过血管内皮细胞标记因子PECAM-1可以测定血管对牵拉的反应程度，结果表明血管的增生率会随着牵拉力的增大而显著上升。但若是张力超过了组织的物理承受能力，组织对外界张力的敏感程度下降，组织及血管将会被破坏，平衡失调。免疫组织化学研究显示，拉伸的皮肤存在缺氧；电子显微镜观察发现，皮肤拉伸后血管间的距离减小、血管密度增大[14]。研究表明，用外置的负压扩张装置作用于小鼠背部皮肤组织，能达到与常规扩张器相似的效果。研究证实，28 d后小鼠皮下血管网密度增加1.9倍，持续的负压刺激使小鼠作用部位在实验第7天出现了微血管改变，发生了重新定向，且管径增大[21]。CTA血管造影技术观察发现，扩张皮瓣中的穿支血管管径明显增粗[22]。

3 展望

总而言之，张力所引起的血管重建是一个复杂的过程，包括血管新生因子和受体的协同表达，以及组织内氧的调控和在活组织上机械拉力的直接影响。对于扩张器扩张引起的皮瓣血管改变的讨论，除了对血管管径及其分布密度进行观察以外，主要是研究机械张力引起的组织缺血、缺氧对于血管变化的影响，而观察这些变化需要通过特异性的检测方式来观察相关因子、细胞的表达及变化，以间接反映血管的改变。目前，各相关因子参与扩张皮瓣血管变化过程的调控机制，以及相互作用的结果和机制尚待深入研究。因此，我们认为，该领域的研究方向主要是在扩张皮瓣中提取、分离更具特异性的血管生成因子，为进一步研究扩张皮瓣血管生成的机制提供新的依据。

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