TGF—β与增生性瘢痕相关性的研究进展

张幸存 孙娜娜 唐正喜

瘢痕（scar）从病理学上可分为正常瘢痕（normal scar）和病理性瘢痕（abnormal scar）。以病理性瘢痕最多见[1]，主要包括增生性瘢痕（hypertrophic scar，HS）和瘢痕疙瘩（keloid，K）。HS是由创伤、炎性反应等引起，以成纤维细胞（Fibroblast，Fb）增殖失控和胶原等大量细胞外基质（Extra cellular matrix， ECM）过度产生和沉积为特征的人类真皮区特有的纤维代谢性疾病[2-4]，是创伤过度愈合反应的产物[5]。目前研究证实发生机制可能是由微循环、免疫、基因表达、细胞增殖和凋亡、胶原代谢和排列、细胞因子等[6]多种因素共同作用的结果[7]。近年来，TGF-β（transforming growth factor β，TGF-β） 被认为与创伤愈合、瘢痕形成及多种纤维化性疾病关系最具代表性的细胞因子之一[8-9]。本文就TGF-β与HS相关性研究进展综述如下。

1 TGF-β的特点

1.1 概况：TGF-β是分泌型多肽，正常状态时主要储存于血小板和Fb中，创伤早期由血小板脱颗粒释放。TGF-β在细胞内合成之初由非活性前体蛋白分泌，该前体主要成分为较短的N端信号序列， 较长的隐性相关肽和C端活性二聚体[10]。其C末端与TGF-β结合蛋白组成二聚体多肽复合物，保持TGF-β的非活性状态；当暴露于酸性或血浆酶环境时，活性TGF-β即被释放，经TGF-β激酶激活与相应的丝氨酸/苏氨酸激酶受体形成异二聚体，以自分泌、旁分泌和内分泌机制发挥生物学作用。

1.2 TGF-β蛋白家族：迄今为止发现至少有6种亚型，即TGF-β1-6，各亚型之间有64%～82%的同源性。哺乳动物体内发现的TGF-β1，2，3，空间结构高度保守且对受体的亲和力各不相同，因此在体内具有不同的调节机制和生物学功能保持平衡，当打破此平衡则导致组织器官纤维化疾病[11]。TGF-β1是经双硫键联结的多功能多肽[12]，在体细胞系中比例最高（>90%），活性最强[13]。

2 TGF-β膜受体及信号转导通路

2.1 TGF-β膜受体：研究发现TGF-β受体（TGF-β receptor，TβR）有8种，分别为TβR-I、TβR-Ⅱ、TβR-Ⅲ、Ⅳ型受体（GH3）、Endoglin、PLBPs（phospholipid-binding proteins，含有可结合TGF-β1，2的两种受体）、GI-210。其中功能性受体是TβR-I、Ⅱ，属于单跨膜丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶家族，两者互为信号。TGF-β通过TβR-I介导ECM合成和沉积，通过TβR-Ⅱ介导细胞生长和增殖。TβR-Ⅲ也称β聚糖， 为辅助性受体，介导TGF-β与TβR-I、Ⅱ的结合，加速信号转导。

2.2 TGF-β/Smads信号转导通路：正常皮肤组织TGF-β1基因表达的启动子处于沉默状态，受到创伤并出现纤维性修复时，TGF-β1与TβR-I结合激活TβR-II，通过Smad信号通路以时间依赖方式诱导Smad2/3蛋白磷酸化，活化的Smad3与Smad4形成活性的转录复合物进入核内[14]，从而激活I型前胶原基因5'端特异性启动子的表达，调节相应靶基因转录，大量加速I型前胶原的合成而减少降解，最终导致创面瘢痕增生。

3 TGF-β在HS中的生物学效应

3.1 趋化作用：创伤修复过程中，TGF-β是巨噬细胞、中性粒细胞的强效趋化因子，高浓度TGF-β趋使炎性细胞及修复细胞聚集，诱导伤口处的单核细胞转化为巨噬细胞引起炎症反应。体外实验证明，TGF-β对上皮细胞有趋化作用，促进上皮细胞增殖分化[15]，刺激角质形成细胞表达特异性角蛋白，诱导纤维连接蛋白（fibronectin， FN）的产生[16]。

3.2 TGF-β对Fb、胶原与ECM的作用

3.2.1 Fb的增殖、凋亡：创面基质中丰富的TGF-β是一种强效促细胞分裂剂，参与细胞周期的调控，对Fb表达、增殖凋亡水平的影响已被大量实验所证实[17]。国内学者观察不同浓度和作用时间的TGF-β1对HS中Fb的数量、细胞周期、增殖指数（PI）和细胞核内抗原（ proliferating cell nuclear antigen， PCNA）的影响，结果显示TGF-β1对成纤维细胞DNA的合成具有促增殖效应。肖刚等[10]发现HS组织中Fb增殖水平与TGF-β1表达水平呈正相关关系， 而凋亡水平则与TGF-β1呈负相关关系，提示TGF-β1在创伤修复中可能产生调节Fb增殖-凋亡的动态平衡；而TGF-β1在HS表达增高破坏上属稳态，造成瘢痕增生。

3.2.2 胶原与ECM合成：在HS中，TGF-β1，2可直接刺激产生胶原组织以及基质黏多糖蛋白，从而促使合成分泌大量的I、Ⅲ型胶原蛋白、FN、弹性蛋白、整合素、蛋白多糖等多种ECM成分，引起胶原纤维增生过度、排列紊乱[18]，逐渐发生纤维化[19]。TGF-β1，2是促进ECM过度沉积最密切的正性调控因子之一。同时TGF-β1，2抑制胶原酶产生和胶原蛋白降解[20]。通过ECM受体一整合素合成，使细胞黏附于ECM，从而促进创面收缩和瘢痕形成。继而发现TGF-β3表现拮抗TGF-β1，2，对TGF-β/Smads信号传导产生负反馈调节作用，具有抑制瘢痕形成的作用。应用体外培养腺病毒转染Fb，检测到TGF-β1可激活Ⅰ型胶原启动子转录，当抑制TGF-β1则Ⅰ型胶原的表达也随之减少[21]。在加入外源性TGF-β1后也可增加胶原纤维、蛋白和炎性细胞的含量[22]。TGF-β还可通过促癌基因c-myc、c-fos的表达而促进胶原蛋白合成。

3.3 促纤维化与免疫调节： TGF-β是TGF家族中最具特征的促纤维化细胞因子，对组织修复纤维化进程的多个方面进行调节[13]。李卫华等[23]认为TGF-β阻断纤维蛋白溶酶原抑制物，刺激Fb纤维化，增殖的Fb又会产生更多TGF-β。反复循环，最终形成大量纤维化组织。TGF-β在损伤、炎症以及纤维化之间保持连接作用，是多种组织纤维化共同通路的主要介导因素，还可介导其他细胞因子的致纤维化作用[24]。TGF-β还是有效的免疫调节剂，具有抗炎和促炎双重生物学活性[25]。研究表明，敲除新生小鼠TGF-β1基因，出生后由于全身炎症不能存活。

3.4 与肌成纤维细胞：TGF-β是促进Fb表型转换的重要因子， 可以诱导α-平滑肌肌动蛋白（α-SMA）在Fb中的表达，促使Fb向肌成纤维细胞（myofibroblast，MFB）转化及聚集，导致MFB数量明显增加，促进后期瘢痕挛缩[26-27]。创伤修复后期伤口开始收缩，伤口中富含肌动蛋白的MFB沿收缩方向排列，TGF-β1诱导的胶原合成和α-SMA表达之间的关系提示细胞胶原合成活性和MFB数量存在必然联系。

3.5 与新生血管形成：瘢痕增生的程度与新生血管的生长密切相关[28]。多普勒激光血流探测仪检测发现HS的血管数量及血流速度都明显高于正常皮肤组织，组织微血管大量扩张[29]。TGF-β是有效的血管诱导剂，调控创伤愈合和瘢痕形成中血管形成。组织损伤早期内皮细胞肥大，TGF-β刺激巨噬细胞分泌血管生长因子，这种因子使内皮细胞分裂增生、趋化、向无血管或血管较少的区域迁移，逐渐形成毛细血管芽，延伸并融合成网并逐渐管道化。瘢痕组织CD34微血管染色发现管腔部分或完全阻塞，随着时间推移血管通畅度增大，血管由新生态变为成熟态。此外，TGF-β还通过增加细胞表面整合素表达， 促进损伤局部的微血管交通支形成。

4 TGF-β表达与HS的关系

许多实验显示[30]，瘢痕愈合早期，TGF-β1可以提供正常愈合的信号物质，对创面肉芽组织生长修复具有促进作用，当这些信号受到抑制或过度表达时可引起愈合不良或瘢痕形成。有研究证实胎儿期无瘢痕愈合与其缺乏TGF-β1表达有密切关系。而儿童青少年阶段HS发生率较高可能与创面愈合过程中局部的TGF-β1增高有关。上皮愈合后TGF-β1表达程度与瘢痕增生程度呈正比[31]。吕大伦等[32]发现TGF-β1，2、TβR-I，Ⅱ在HS真皮层中Fb的表达显著增强，而在正常对照皮肤中不表达或仅在表皮呈弱阳性表达。相应的TGF-β3及其mRNA表达显著降低，TβR-I/ TβR-II的比值与纤维化程度成正比。庞久玲等[33]通过流式细胞术半定量检测发现Smad3和TGF-β1在HS中的表达高于正常皮肤，且Smad3和TGF-β1的表达成正相关。

5 TGF-β在HS治疗进展

近年研究表明，采用多途径拮抗或降低TGF-β1，2表达，阻断TGF-β的信号转导抑制生物学效应，外源性可溶性TGF-β受体或受体拮抗剂阻止TGF-β发挥作用，有助于减轻瘢痕增生[34-35]。创伤早期应用TGF-β中和抗体和使用降低活性TGF-β水平的药物，能够减少瘢痕形成。运用红花抑制TGF-β1的表达进而抑制兔耳HS。A型肉毒毒素可以影响瘢痕组织中TGF-β的生成[36]。黄芪可以抑制TGF-β1及其下游信号Smad3的表达，减少由于损伤导致胶原产生和沉积，从而减轻瘢痕增生[17]。反义寡核苷酸抑制TGF-β基因表达、结合TGF-β的小分子蛋白水解酶decorin等应用能消除TGF-β作用，抑制ECM的合成和沉积，预防瘢痕形成。聂树涛[37]通过使用PPARγ影响TGF-β1/ Smad信号通路，拮抗TGF-β1致瘢痕发生。HS经过放射线或激光治疗后， 血管数量较对照组明显减少[38]，TGF-β的含量均明显降低，HS体积明显缩小。此外，干预Smads与其他细胞因子的结合，有可能成为防治纤维化病变及缓减瘢痕形成的治疗新靶点。

6 小结

HS是创伤过度反应的结果，形成机制是一个复杂的病理生理过程，与人种、肤色、部位、遗传、生化、年龄、激素、内分泌、免疫、个体素质、感染、异物等各种体内外因素有关。多年来，TGF-β是公认的与促进纤维化发展最重要的细胞因子，是检测瘢痕形成或预后的较好指标之一。阐明TGF-β的生物学活性及作用机制将有助于靶向TGF-β系统抗纤维化治疗的研究。

[参考文献]

[1]张鹏，纪亮，李静平，等.MMP-1和TIMP-1在人增生性瘢痕中的动态变化[J].中国现代医学杂志，2010，20 （11）：1665-1668.

[2]Kelly BC，Markle LS，Vickers JL，et al.The imbalanced expression of matrix metalloproteinases in nephrogenic systemic fibrosis[J].J Am Acad Dermatol，2010，63（3）：483- 489.

[3]Wolfram D，Tzankov A，Pulzl P，et a1.Hypertrophic scars and keloids-a review of their pathophysiology，risk factors，and therapeutic management[J].Dermatol Surg，2009，35（2）：171-181.

[4]何传果，李栋梁，李大铁.不同治疗周期染料激光对兔耳增生性瘢痕硬度的影响[J].中国美容整形外科杂志，201l，22（11）：697-699.

[5]Stahl S，Barnea Y，Weiss J，et al.Treatment of earlobe keloids by extralesional excision combined with preoperative and postoperative "sandwich" radiotherapy[J].Plast Reconstr Surg，2010，125 （1）：135-141.

[6]谢有富，陈辉，黎庆梅，等.增生性瘢痕水泡液β转化生长因子的变化及意义[J].中华医学美学美容杂志，2010，16（3）：195-197.

[7]曾维惠，王倩倩，覃静净，等.ALA-PDT对兔耳增生性瘢痕抑制效应及作用机制的初步研究[J].中国美容医学，2011，20（1）：83-86.

[8]徐少骏，滕建英，谢菁，等.曲安奈德、干扰素α-2b和维拉帕米治疗增殖瘢痕的作用机制比较[J].中华整形外科杂志，2009，25（1）：37-40.

[9]Rhett JM，Ghatnekar GS，Palatinus JA，et al.Novel therapies for scar reduction and regenerative healing of skin wounds[J].Trends Biotechnol，2008，26（4）：173-180.

[10]肖刚，王智园，谭敏，等.转化生长因子β1对病理性瘢痕中成纤维细胞增殖及凋亡水平的影响[J].实用医学杂志，2008，24（13）：2242-2245.

[11]农晓琳，邓凌，李佳荃，等.bFGF、TGF-β1在人皮肤病理性瘢痕不同时期的表达及意义[J].广西医科大学学报，2010，27（2）：180-183.

[12]刘爱东，王玥，庞久玲，等.基质金属蛋白酶7和转化生长因子β1在病理性瘢痕中的表达：与正常瘢痕及正常皮肤组织比较[J].中国组织工程研究，2012，16（7）：1165-1168.

[13]Kelly GJ，Gerard BC.Role of transforming growth factor-beta superfamily signaling pathways in human disease[J].Biochim Biophys Acta，2008，1782（4）：197-228.

[14]Wang Z，Gao Z，Shi Y，et al.Inhibition of Smad3 expression decreases collagen synthesis in keloid disease fibroblasts[J].J Plast Reconstr Aesthet Surg，2007，60（11）：1193-1199.

[15]Kuo YR，Wu WS，Wang FS.Flashlamp pulsed-dye laser suppressed TGF-beta1 expression and proliferation in cultured keloid fibroblasts in mediated by MAPK pathway[J].Lasers Surg Med，2007，39（4）：358-364.

[16]Zhang GY，Yi CG，Li X，et al.Troglitazone suppresses transforming growth factor-β1- induced collagen type Ⅰexpression in keloid fibroblasts[J].Br J Dermatol，2009，160（4）：762-770.

[17]张艳，邱林，李明勇.黄芪对家兔增生性瘢痕转化生长因子β1表达及其Smad3信号途径的影响[J].中华烧伤杂志，2010，26（5）：366-370.

[18]Imaizumi R，Akasaka Y，Inomata N，et al.Promoted activation of matrix metalloproteinase （MMP）-2 in keloid fibroblasts and increased expression of MMP-2 in collagen bundle regions： implications for mechanisms of keloid progression[J].Histopathology，2009，54（6）：722-730.

[19]Vanderveer WM，Bloemen MC，Ulrich MM，et al.Potential cellular and molecular causes of hypertrophic scar formation[J].Burns，2009，35（1）：15-29.

[20]Kose O，Waseem A.Keloids and hypertrophic scars：are they two different sides of the same coin[J]？ Dermatol Surg，2008，34（3）：336-346.

[21]Ghosh AK，Mori Y，Dowling E，et al.Trichostatin-A blocks TGF-β-induced collagen gene expression in skin fibroblasts：Involvement of Sp1[J].Biochem Biophys Res Comm，2007，354（2）：420-426.

[22]刘燕，傅跃先，邱林，等.红花注射治疗对兔耳增生性瘢痕中TGF-β1的表达变化[J].重庆医学， 2011，40（13）：21294-21296.

[23]李卫华，李德水，高玉伟，等.A型肉毒毒素可抑制人增生性瘢痕成纤维细胞增殖和胶原蛋白的合成[J].中国组织工程研究，2012，16（20）：3667-3670.

[24]KIyger ZB，Sisco M，Roy NK，et al.Temporal Expression of the Transforming Growth Factor-Beta Pathway in the Rabbit Ear Model of Wound Healing and Scarring[J].J Am Coll Surg，2007，205（1）：78-88.

[25]任丽虹，郝立君，肖志波，等.反义核昔酸对TGF-β1诱导的人增生性瘢痕成纤维细胞的影响[J].中国美容整形外科杂志，2009，20（2）：91-94.

[26]Iekushi K，Taniyama Y，Azuma J，et al.Hepatocyte growth factor attenuates renal fibrosis through TGF-beta1 suppression by apoptosis of myofibroblasts[J].J Hypertens，2010，28（12）：2454-2461.

[27]Fujii S，Maeda H，Tomokiyo A，et al.Effects of TGF-beta1 on the proliferation and differentiation of human periodontal ligament cells and a human periodontal ligament stem /progenitor cell line[J].Cell Tissue Res，2010，342 （2）：233.

[28]Kilarski WW，Samolov B，Petersson L，et al.Biomechanical regulation of blood vessel growth during tissue vascularization[J].Nat Med，2009，15（6）：657-664.

[29]Van Meurs M，Kumpers P，Ligtenberg JJ，et a1.Bench-to-bedside review：Angiopoietin signalling in critical illness-a future target[J]？Crit Care，2009，13（2）：207.

[30]Abdou AG，Maraee AH，Al-Bara AM，et al.Immunohistochemical Expression of TGF-β1 in keloids and Hypertrophic Scars[J].Am J Dermatopathol，2011，33（1）：84-91.

[31]吴丹，匡瑞霞，王志国，等.6-O-羧甲基壳聚糖对人增生性瘢痕成纤维细胞TGF-β1表达的影响[J].中国美容医学，2011，20（2）：240-243.

[32]吕大伦，端龙胜，陈礼新，等.转化生长因子-β及其受体在不同时期增生性瘢痕组织中的表达[J].皖南医学院学报，2010，29（3）：173-175.

[33]庞久玲，马征，刘军，等.Smad3和转化生长因子β1在瘢痕疙瘩、增生性瘢痕及正常皮肤中的表达：48：40：40例标本病理检测[J].中国组织工程研究与临床康复，2010，14（11）：1927-1930.

[34]Meran S，Thomas DW，Stephens P，et a1.Hyaluronan facilitates transforming growth factor-beta1- mediated fibroblast proliferation[J].Journal of Biologieal Chemistry，2008，283（10）： 6530-6545.

[35]肖虎，冉丽，禚莹莹，等.腺苷A2A受体基因敲除小鼠瘢痕增生中TGF-β的表达及意义[J].中华整形外科杂志，2010，26（2）：136-138.

[36]Xiao Z，Zhang M，Liu Y.Botulinum Toxin Type A Inhibits Connective Tissue Growth Factor Expression in Fibroblasts Derived From Hypertrophic scar[J].Aesthetic Plast Surg，2011，35（5）：802-807.

[37]聂树涛.PPARγ激动剂对增生性瘢痕成纤维细胞TGF-β1和Smad信号途径的作用研究[J].中国美容医学，2011，20（7）：1098-1099.

[38]Wilgus TA，Ferreira AM，Oberyszyn TM，et al.Regulation of scar formation by vascular endothelial growth factor[J].Lab Invest，2008，88（6）：579-590.

[收稿日期]2013-01-06 [修回日期]2013-03-18

编辑/李阳利