皮肤扩张的组织形态学及相关细胞因子变化

宋晓冬综述吕长胜审校

皮肤扩张的组织形态学及相关细胞因子变化

宋晓冬综述吕长胜审校

皮肤软组织扩张术的扩张过程，主要为机械应力作用导致的皮肤软组织的一系列组织形态学，及其相关细胞因子的改变，这也为快速扩张提供了研究基础。本文对扩张皮肤的组织形态学及相关细胞因子变化进行综述。

皮肤软组织扩张术机械应力组织形态学细胞因子

皮肤软组织扩张术可获得“额外”的皮肤软组织，且颜色、质地、结构与邻近受区近似。“额外”皮肤主要来源于机械应力反复刺激下，表面皮肤不断扩展，邻近皮肤向扩张区域的蠕变，及表面皮肤细胞的分裂增殖[1]。同时，机械应力间接导致的组织细胞缺血缺氧反应，促进了毛细血管增生及多种细胞因子的释放。简言之，皮肤软组织扩张术的扩张过程主要为机械应力作用导致的皮肤软组织一系列组织形态学及其相关细胞因子等生物化学的改变，本文对此进行综述。

1 扩张皮肤组织形态学的变化

1.1 表皮层主要组织细胞形态学的变化

表皮位于皮肤最外层，具有由有丝分裂活跃的角质形成细胞构成的可快速分裂的基底层。早期研究显示，扩张后表皮的变化以基底层为主[2]，表现为表皮组织略有增厚，表面凹凸不平，皱褶明显，钉突扁平，基底层细胞有丝分裂增加[3-4]。超微结构观察可见表皮基底层呈波浪状，细胞间距缩小，基底层细胞有丝分裂活跃，内含大量粗大而散在的张力丝[5]。

基底层的角质形成细胞需不断分化，向上层移形完成角化过程。研究证明，机械应力可以启动丝裂原激活蛋白激酶（MAPK）级联反应[6]和EPK1/2通路[7]，来促进角质形成细胞增殖分化。角质形成细胞根据分化程度的不同，可形成表皮干细胞、短暂扩增细胞和终末分化细胞[8]。表皮干细胞作为皮肤组织的特异性干细胞，可通过增殖、分化来维持皮肤的内稳态。表皮干细胞不仅能够分化为角质细胞完成角质层更新，甚至可分化形成毛囊、毛发和皮脂腺。刘虎仙等[9]通过免疫组化染色标记表皮干细胞的阳性标记物角蛋白19（CK19）[10]，观察到扩张后表皮基底层CK19阳性细胞，即表皮干细胞连续性存在，同时向上形成复层结构、异位分布以及“镂空”现象。

1.2 真皮层主要组织细胞形态学的变化

真皮是一个动态的、依据体表位置及物理需求而不断变化的结构，可分为乳头层及网状层。其中，网状层含有较粗大的交错排列的胶原纤维束和弹力蛋白，也是皮肤扩张后真皮层主要变化所在。与表皮层增厚不同，真皮层在扩张早期厚度略有降低；弹力纤维拉长的同时伴有大量增生，尤以乳头层增生显著；网状层胶原纤维合成增加，在机械应力作用方向上逐渐趋于平行，且纤维间隙增大，形成抗张能力减弱的疏松网状结构；同时真皮层内有大量新生毛细血管形成[4，11]。以Ⅰ、Ⅲ型胶原纤维含量对维持皮肤张力、黏弹性及其比例的影响为依据[12]，应用苦味酸天狼星红染色观察，结果显示扩张早期以Ⅰ型胶原纤维为主，且排列紊乱，扩张后期Ⅰ型胶原纤维排列趋于规律，Ⅲ型胶原纤维逐渐增加[13]。Bosch等[14]证实，周期性的机械应力对Ⅰ、Ⅲ型胶原纤维的调节具有时间依赖性。这为不同扩张方式下皮肤质量的评定提供了依据。

真皮中胶原纤维的增加，主要是通过成纤维细胞分泌实现的。组织超微结构观察可见扩张皮肤内成纤维细胞体积增大，胞浆丰富，胞核及核仁增大，粗面内质网明显，腔内存在分泌物，即合成的胶原蛋白[15]，说明扩张可致成纤维细胞功能活跃。这种改变可能在机械应力作用于细胞3～6 h即开始出现[16]。付思祺等[17]将正常皮肤的成纤维细胞种植在弹性硅胶膜上，以模拟扩张器定期注水的渐进式应力作用于细胞，观察到细胞被拉长并沿应力方向平行排列，且30%延长度的牵拉可刺激细胞增殖。多项离体实验证实，机械应力引起真皮成纤维细胞及细胞外基质的增加，是通过调节细胞信号通路激活转录因子，进而促进基因表达及蛋白质合成实现的[18-19]。

1.3 真皮下组织及皮肤附件的变化

真皮下组织扩张后改变较表皮、真皮层明显。扩张皮肤真皮下组织显著变薄，脂肪细胞扁平、压缩，体积缩小，脂肪小叶间纤维隔增厚，存在炎症反应引起的纤维化。真皮下层的胶原纤维及成纤维细胞趋于平行排列[20]。皮下毛细血管数量增加。

扩张皮肤真皮层内毛囊等皮肤附件间距增加，密度降低，但形态正常，周围出现炎症反应及纤维化。有时可存在皮肤附件分离现象。终毛与毫毛的比例及生长初期毛与生长终期毛的比例均升高，终止周期缩短[21]。

1.4 扩张囊外纤维包膜的形成

异物反应及机械应力的作用，可于扩张囊外形成厚薄不均的纤维包膜。李江等[22]应用维多利亚蓝染色在光镜及电镜下观察，将包膜分为4层，①细胞层：主要有成纤维细胞、炎性细胞及少量的胶原纤维和网状纤维；②细胞纤维层：有大量呈平行排列的胶原纤维，并有较多的成纤维细胞、毛细血管，另有少量的网状纤维；③弹力层：弹力纤维呈同向紧密排列，并有少量胶原纤维；④纤维板层：含致密的胶原纤维，并有少量纤维细胞。胶原纤维又分为铁丝网状或螺旋状排列的浅层及平行排列的深层。组织内的成纤维细胞一旦获得表达smactin的能力，即变成肌成纤维细胞。Pasyk等[23]首先于扩张皮肤的真皮深层及包膜中发现了肌成纤维细胞，并指出扩张皮瓣真皮内存在肌成纤维细胞，表明其具有回缩的趋势。超微结构显示，肌成纤维细胞胞浆内出现大量的密斑、密体，大量的沿细胞长轴排列的微管、微丝，同时细胞间存在桥粒和缝管连接。显然，扩张囊外纤维包膜的组织学结构决定了其具有收缩功能，对皮肤扩张的进程有一定的限制性。

2 扩张皮肤主要细胞因子的变化

细胞因子是一种能作用于靶细胞，产生生物学效应并具有生物学活性的多肽类物质，可以说凡是涉及到组织修复与再生的领域均有细胞因子参与，扩张皮肤也不例外。大量研究证明，在皮肤扩张的过程中，细胞因子扮演着十分重要的角色，通过与细胞表面特异性受体结合，对细胞增殖、分化、迁移，基质合成起着调控作用[24]。细胞因子的作用较为复杂，每种细胞因子并不是完全独立地发挥作用，而是相互协调、共同发挥作用的。在机械应力作用于皮肤时，多种细胞因子会表现出时间依从性改变。

2.1 表皮生长因子

表皮生长因子（EGF）对表皮细胞、成纤维细胞等均有强烈的促分裂作用，通过与细胞表面特异性EGF受体（EGFR）结合，刺激细胞进入分裂周期，并启动细胞内的重要功能，如基因活化、表达、分泌生物活性蛋白质等。刘学军等[25]发现，EGF及b-FGF含量与皮肤扩张量之间存在正相关。Yano等[7]认为，机械应力使角质形成细胞增殖信号启动，是通过钙离子内流、EGFR磷酸化和ERK1/2通路实现的，间接说明了EGF在角质形成细胞增殖中的作用。

2.2 血管内皮生长因子

血管内皮生长因子（VEGF）是强效的血管生成促进因子，在血管发生和形成中发挥重要的调控作用，通过与细胞表面的血管内皮生长因子受体结合，影响血管内皮细胞的迁移、增殖和分化，同时能增加微血管的通透性。Zheng等[26]证实，周期性应力能促进血管内皮细胞分泌VEFG。

2.3 碱性成纤维细胞生长因子

碱性成纤维细胞生长因子（b-FGF）是一种能促进细胞增殖和血管生成的多功能细胞因子，广泛存在于细胞外基质内，对内皮细胞有促分裂和趋化作用，并能诱导内皮细胞分泌胶原酶和纤维蛋白酶，溶解基底膜并侵入周围基质，进而形成毛细管样腔状结构[27]。同时，b-EGF可诱导内皮细胞合成和分泌一种内皮来源的血管舒张因子，使微血管扩张。目前证实，扩张皮肤中b-EGF与EGF同时增加，并认为主要是皮肤扩张引起缺氧刺激了b-EGF含量的增加[25]。

2.4 基质细胞衍生因子1α

基质细胞衍生因子1α（SDF-1α）是趋化干细胞的分子。SDF-1α能刺激多种炎性细胞释放VEGF，如内皮细胞上的SDF-1α与其受体CXCR4相互作用，诱导内皮细胞的VEGF过表达以促进血管新生。SDF-1/CXCR4还能促进成纤维细胞生长增殖和胶原蛋白的合成。Zhou等[28]将BMSC移植于扩张皮肤以加速扩张，发现机械应力可上调皮肤中SDF-1α的表达，而BMSC高表达CXCR4受体，SDF-1α/CXCR4轴可调控MSCs向扩张区域即机械应力作用区域迁移。实际上机械应力对SDF-1α表达的上调，主要是因缺氧诱使低氧诱导因子（Hypoxia inducible factor-1α，HIF-1α）表达所致。机械应力下细胞膜Ca2+通道、整合素、受体酪氨酸蛋白增加或者通过PI3K/ Akt/mTOR、MAPK通路，来实现HIF-1α反应性高表达[29]，在血管平滑肌细胞[31]、骨骼肌细胞[32]、成纤维细胞[33]中均已证实。

2.5 血管紧张素Ⅱ

血管紧张素Ⅱ（AngⅡ）可影响细胞的增殖和凋亡、调节细胞因子基因的表达、提高细胞对细胞因子的敏感性，与血管再生关系密切。AngⅡ可与AT1受体结合促进血管内皮细胞增殖，而与AT2受体结合可抑制血管内皮细胞增殖。刘宏伟等[33]采用免疫组织化学和RT-PCR方法研究了ATl受体和AT2受体在扩张的皮肤中蛋白和mRNA表达的变化，结果表明，在正常皮肤中ATl和AT2受体都有表达，而在扩张皮肤中仅ATl受体表达显著增强，AT2受体表达变化不明显。提示AngⅡ可能通过AT1受体参与扩张皮肤的病理改变。

此外，硫氧还蛋白（Thioredoxin，TXN）在扩张皮肤组织中的表达较正常皮肤高，可作为细胞因子与白细胞介素协同作用促进细胞增殖生长[34]。有研究表明，机械应力作用于胎鼠的心肌成纤维细胞可使多种细胞因子分泌增加，如转化生长因子-β[35]、内皮素-1以及肿瘤坏死因子[36]等，但暂未见扩张皮肤内上述细胞因子的研究。

3 小结

扩张皮肤在整形外科中应用广泛，但因扩张周期较长，皮瓣易发生破溃、栓塞等并发症，因此有必要增加扩张的效率，缩短扩张所需的时间。近年来，快速扩张的研究较多，从改变各种机械应力作用时间、方式到罂粟碱等药物的临床应用[37]，及BMSC、ADSC[38-39]等加速扩张的实验研究，快速扩张的作用靶点及皮肤质量的评估成为关注重点。扩张皮肤组织形态学的变化，在一定程度上可代表皮肤质量的变化，同时了解扩张皮肤多种细胞因子的变化可更好把握快速扩张的研究方向。目前骨髓间充质干细胞、脂肪来源干细胞等研究均为离体实验，在临床应用方面还需要进行深入探索。

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Changes of Histomorphology and Cytokines after Tissue Expansion

SONG Xiaodong,LV Changsheng.The Seventh

Department,Plastic Surgery Hospital,Peking Union Medical College&Chinese Academy of Medical Science,Beijing 100144,China.Corresponding author:LV Changsheng(E-mail:changsheng331@yahoo.com.cn).

【Summary】Soft tissue expansion is mainly about a series changes of histomorphology and cytokines under mechanical stress,and it provides research foundation of rapid tissue expansion.In this paper,the chages of histomorphology and cytokines after tissue expansion were reviewed.

Soft tissue expansion;Mechanical stress;Histomorphology;Cytokine

R622

B

1673－0364（2014）02－0110－03

10.3969/j.issn.1673-0364.2014.02.013

100144北京市北京协和医学院中国医学科学院整形外科医院整形七科。

吕长胜（E-mail：changsheng331@yahoo.com.cn）。