瘢痕疙瘩的细胞信号转导通路的研究进展

徐静静 综 述 李 毅 宗宪磊 蔡景龙 审 校

瘢痕疙瘩的细胞信号转导通路的研究进展

徐静静 综 述 李 毅 宗宪磊 蔡景龙 审 校

瘢痕疙瘩（K eloids，KD）是一种继发于创伤的结缔组织过度增生性皮肤病，易感人群好发，通常不会自发消退，手术切除后极易复发，是目前整形外科亟待解决的临床难题。KD的发病机制十分复杂，是多种因素共同作用的结果，如细胞因子、细胞信号传导通路、胶原代谢、基因表达和细胞的增殖与凋亡等。本文对近几年有关KD细胞信号传导通路和特异性蛋白的研究进展进行综述。

瘢痕疙瘩细胞信号传导通路特异性蛋白

瘢痕疙瘩（K eloids，KD）是一种继发于创伤的结缔组织过度增生性皮肤病，易感人群好发，通常不会自发地消退，手术切除后极易复发。发病的影响因素有很多，如皮肤张力、伤口感染、种族差异、免疫作用和遗传易感性等，异常的创伤或感染愈合过程常导致KD的发生，患者数量庞大，是整形外科亟待解决的临床难题[1]。KD的发病机制十分复杂，是多种因素共同作用的结果，如细胞因子、细胞信号传导通路、胶原代谢、基因表达和细胞的增殖与凋亡等。本文对有关KD细胞信号传导通路和特异性蛋白的研究进展进行综述，以了解KD的发病机制，促进KD的研究。

1 TGF-β/Smads信号传导通路

TGF-β属于一组调节细胞生长和分化的TGF-β超家族分泌型多肽细胞因子。哺乳动物中，该家族包括TGF-β、抑制素、活化素、骨形态发生蛋白（BMP）、生长分化因子（GDF）等近30种蛋白。这些生长因子在调节细胞增殖、分化、细胞外基质形成、细胞迁移、黏附、胚胎发育、创伤修复和骨重建等方面发挥着重要作用，同时还抑制胶原酶和基质金属蛋白酶的活性，其突出表现为促进胶原等细胞外基质的形成。

目前的研究证实，TGF-β/Smads信号通路与KD的发生发展具有密切关系。TGF-β能够刺激瘢痕疙瘩成纤维细胞（KF）中多数胶原基因mRNA及其蛋白产物的增加，是目前已知的与胶原代谢、创面愈合和瘢痕形成关系最为密切的细胞因子[2-3]，可以诱导多种组织纤维化，参与丝裂原活化蛋白激酶（MAPK）和Smad蛋白信号传导途径。

Smad蛋白家族作为TGF-β受体下游信号蛋白，将TGF-β受体激活后的信号从胞浆传递到细胞核内，作用于相应的靶基因，调节成纤维细胞增殖、分化及细胞外基质的合成。在TGF-β/Smads通路中，Smad2、Smad3和Smad4将TGF-β受体激活后的信号从胞质传递到胞核中，调节胶原等靶基因的转录；Smad6、Smad7通过与Smad2、Smad3竞争性结合转化生长因子β1的受体Ⅰ（TβRⅠ）以及干扰Smad2、Smad3和Smad4的结合来抑制TGF-β信号的传导。

研究表明，TGF-β/Smad信号转导通路是TGF-β发挥生物学作用的主要通路，分子组成与分子调节复杂，与其他信号通路相互影响，对瘢痕形成的不同阶段均有明显的作用；抑制TGF-β/Smad信号转导通路能够抑制瘢痕疙瘩成纤维细胞（KF）的胶原合成，达到防治KD的作用。研究表明，沙利度胺抑制TGF-β1诱导的p38MAPK和Smad3蛋白信号途径，对KF功能具有抑制作用[4]；他克莫司（FK506）可以有效地阻止TGF-β/Smad信号通路，下调TGF-β受体，抑制KF增殖、迁移和I型胶原蛋白的合成，从而防止KD的发展[5]。

2 p38 MAPK信号转导通路

TGF-β是一种强效的促纤维化因子，TGF-β2的转录增加依赖于p38 MAPK信号通路。p38 MAPK级联正调节TGF-β2基因的表达，抑制了p38 MAPK的信号转导通路，可导致Ⅰ型胶原表达减少；而KF可通过其功能活动增加，导致活化的p38 MAPK信号转导通路上调TGF-β2的表达[6]。

3 核转录因子-κB信号传导通路

核转录因子-κB（Nuclear factor-κB，NF-κB），是一种具有多向调节作用的转录因子，对细胞内许多基因的表达起着关键性的调控作用，包括免疫和炎症应答、细胞增殖和凋亡。NF-κB及其信号传导通路贯穿于创伤修复与愈合的整个生物学过程，是信号从细胞表面转导到细胞内部的重要传递者，参与细胞的生长、发育、凋亡等多种生理功能，并在细胞纤维化过程中起重要作用。

锌指蛋白A20（Zinc finger protein A20）是一种能负性调控NF-κB表达的基因调控蛋白，其在抑制NF-κB信号传导途径介导的细胞凋亡中具有重要的作用。NF-κB在KD组织中显著高表达，说明其信号通路异常可能参与KD的形成；锌指蛋白A20在KD中低表达，说明KD的形成机制可能与锌指蛋白A20对NF-κB的抑制减弱有关。

4 结缔组织生长因子信号传导通路

结缔组织生长因子（CTGF）是一种富含半胱氨酸的肽，可触发许多细胞的纤维化。CTGF通过促进胶原蛋白的合成和沉积，在KD发病中起关键作用。CTGF在KD组织中常过度表达，且涉及炎症和结缔组织形成，将哺乳动物雷帕霉素靶蛋白（mTOR）、Sp1转录因子、Smad3蛋白和磷脂酰肌醇-3激酶（PI3K）的抑制剂作用于成纤维细胞，显示CTGF表达降低，表明这些信号传导途径中CTGF的表达作用是重要的。

CTGF表达的调节是通过上皮-间充质相互作用介导的，特别是角质形成细胞分泌的蛋白质在这方面发挥着重要作用。Sp1转录因子的活性、mTOR、Smad蛋白和PI3K信号传导途径似乎都涉及CTGF的表达，且调节CTGF的表达是KD治疗的潜在抑制点[7]。

5 Wnt信号传导通路

Wnt信号传导通路在细胞增殖、分化、存活、凋亡和迁移中发挥着关键作用，经典Wnt/β-catenin信号传导通路参与KD的生成[8]。TGF-β诱导的Wnt/β-catenin信号通路在增生性瘢痕和KF中表达上调，Wnt家族成员Wnt5a的mRNA和β-连环蛋白水平在KF中较在正常成纤维细胞中表达增加[9]。

研究表明，用重组Wnt5a肽作用于KF，可导致总β-连环蛋白、磷酸化β-连环蛋白在Ser33/37/Thr 41上表达增加，总GSK3-β蛋白的表达没有受到影响，这些变化可能会导致β-连环蛋白磷酸化的堵塞和防止其降解，从而导致Wnt5a/ β-catenin信号的激活。该研究强调了Wnt/β-catenin经典信号通路中Wnt5a的作用，为KD的防治提供了新的分子靶标[10]。

6 IL-6信号转导通路

白介素-6（IL-6）信号转导通路对KF具有重要作用[11]。许多研究表明，IL-6在产生胶原的纤维增生性病变的发病机制中发挥重要作用，IL-6可能是通过调节白细胞浸润和胶原沉积在伤口愈合中起关键作用。如KD患者的IL-6基因和蛋白表达均增加，KF中IL-6的分泌量显著高于正常皮肤成纤维细胞，均说明IL-6在KD病变的发病机制中发挥作用。

胎儿伤口愈合的特征是最小的炎症和瘢痕修复，因为胎儿皮肤成纤维细胞比成人皮肤成纤维细胞产生更少的IL-6蛋白和mRNA，若胎儿的伤口给予IL-6亦会导致瘢痕的形成。

7 Notch信号传导通路

Notch信号传导通路的异常可能与KD的发病有关，与正常皮肤相比，KD中Notch受体和配体铁血-1（JAG-1）的表达显著上调，细胞扩散、附着及增殖显著[12]。基因芯片研究结果表明，JAG-1在KD中过度表达[13]，Notch信号通路在成纤维细胞的增殖、迁移和侵袭中具有一定的作用[14-15]。抑制JAG-1和/或Notch信号转导通路可作为KD的治疗方法之一。

8 mTOR信号转导通路

mTOR是一种调节细胞迁移、存活、增殖、转录和蛋白质合成的丝氨酸-苏氨酸激酶，并且是自噬的负调节因子。

mTOR途径经PI3K独立调节I型胶原的表达，并在PI3K/Akt/mTOR信号途径中负责胶原蛋白的生产和KD细胞外基质中胶原的过剩沉积[16]。PI3K/Akt/mTOR信号途径抑制剂能显著抑制KF蔓延、黏附、增殖、迁移和侵入，并引起组织收缩、生长停滞和血管生成受抑，说明mTOR抑制剂在KD治疗中可能具有一定作用。

9 KD细胞外信号调节激酶（ERK）和c-Jun氨基末端激酶（JNK）信号传导通路

在细胞内存在非磷酸化和磷酸化两种形式的信号通路蛋白，信号通路蛋白主要通过磷酸化的活化方式来实现对细胞生理功能的调节。在正常皮肤的成纤维细胞中磷酸化JNK和ERK蛋白几乎呈阴性表达，少许阳性表达主要分布在血管内皮细胞及表皮基底层细胞，非磷酸化JNK和ERK蛋白在正常皮肤血管内皮细胞及表皮基底层细胞均可见阳性表达，组织细胞的功能处在动态平衡中。但在KD中，磷酸化及非磷酸化的JNK和ERK阳性蛋白表达均较多，阳性信号主要分布于成纤维细胞中，蛋白颗粒主要存在于细胞质和细胞核内，提示ERK和JNK信号通路可能通过磷酸化活化，参与KD的病理过程[17]。

10 Toll样受体4/7

Toll样受体（TLRs）是一组驻留在细胞表面或细胞内膜的跨膜蛋白，是必不可少的先天性免疫系统[18]。先天免疫系统的严重损伤表现为TLRs的增加，如TLR4可以诱导产生促炎性细胞因子IL-1β、肿瘤坏死因子（TNF）-α、IL-6等。对TLR内源性配体的研究表明，它们不仅能诱导抗微生物的免疫防御反应，也可启动组织损伤的修复[19]。

虽然KD的发病机制目前尚不明确，但长期的炎症反应损伤组织，会导致KD的形成。TLR的激活可导致细胞因子、炎性趋化因子和抗微生物肽的生产，使参与先天性和适应性免疫反应的共刺激分子和黏附分子上调[19]；下游发生的TLR信号主要通过髓样细胞分化因子88（MyD88）依赖途径和toll/IL-1受体域包含适配器蛋白诱导干扰素（IFN-β）两条途径，最终激活促炎介质的产生。

最近的研究表明，TLR4可以介导肝脏和肾脏纤维化，激活的TLR7有抗瘢痕增生效果。高表达的TLR4在KD中可通过Smad4的信号转导通路使TGF-β、CTGF和胶原蛋白表达增加，而TLR7激动剂咪喹莫特能有效抑制术后KD的复发[20]，激活TLR7可以抑制瘢痕的形成。这表明TLR7和Smad4蛋白对影响KD的TGF-β/Smads信号传导通路可以发挥关键作用。TLR4/7通过TGF-β诱导的Smad信号转导通路，增加Smad7蛋白水平、降低Smad4基因表达，抑制KD的发生，为KD的研究提供更多的信息和治疗途径[21]。

11 Stat3蛋白

近年的研究发现，在KD组织和体外培养的KF中，磷酸化的信号转导和转录因子3（Stat3）表达增强，用Stat3蛋白的小干扰RNA（siRNA）或用葫芦素I抑制Stat3的激活，能降低KD胶原蛋白的生成及KF的增殖和迁移，这说明Stat3在KD的发病机制中起重要作用，Stat3的抑制剂可抑制KF活性，可作为KD治疗的靶点[22]。

12 热休克蛋白47

热休克蛋白47（HSP47）是已知的胶原特异性的分子伴侣，在胶原的生物合成中起着关键的作用，其在肝硬化、肺纤维化和肾小球硬化等各种纤维化疾病组织中表达上调。HSP47的负性调节，在动物的KD模型中表现为胶原表达量相应减少，HSP47的过度表达可以诱导KF中胶原蛋白的合成和过度积累，这不仅提出了一种可能的KD形成机制，而且还提供了KD和其他纤维增生性疾病潜在的基因治疗可能[23]。

[1]Kim HD,Hwang SM,Lim KR,et al.Recurrent auricular keloids during pregnancy[J].Arch Plast Surg,2013,40(1):70-72.

[2]Lee WJ,Choi IK,Lee JH,et al.A novel three-dimensional model system for keloid study:Organotypic multicellular scar model[J]. Wound Repair Regen,2013,21(1):155-165.

[3]Zong XL,Jiang DY,Wang JC,etal.TGF-β1 phage model peptides isolated from a phage display 7-mer peptide library can inhibit the activity ofkeloid fibroblasts[J].Chin Med J,2011,124(3):429-435.

[4]Liang CJ,Yen YH,Hung LY,et al.Thalidomide inhibits fibronectin production in TGF-β1-treated normal and keloid fibroblasts via inhibition o f the p38/Smad3 pathway[J].Biochem Pharmacol, 2013,85(11):1594-1602.

[5]Wu CS,Wu PH,Fang AH,et al.FK506 inhibits the enhancing effects of transforming growth factor(TGF)-β1 on collagen expression and TGF-β/Smad signalling in keloid fibroblasts:implication for new therapeutic approach[J].Br JDermatol,2012,167(3):532-541.

[6]Song J,Xu H,Lu Q,et al.Madecassoside suppresses migration of fibroblasts from keloids:involvement of p38 kinase and PI3K signaling pathways[J].Burns,2012,38(5):677-684.

[7]Khoo YT,Ong CT,Mukhopadhyay A.Upregulation of secretory connective tissue growth factor(CTGF)in keratinocyte-fibroblast coculture contributes to keloid pathogenesis[J].J Cell Physiol, 2006,208(2):336-343.

[8]Chua AW,Ma D,Gan SU,et al.The role of R-Spondin2 in keratinocyte proliferation and epidermal thickening in keloid scarring[J].J Invest Dermatol,2011,131(3):644-654.

[9]Sato M.Upregulation of the Wnt/beta-catenin pathway induced by transforming growth factor-beta in hypertrophic scars and keloids[J].Acta Derm Venereol,2006,86(4):300-307.

[10]Igota S,Tosa M,Murakami M,et al.Identification and characterization of Wnt signaling pathway in keloid pathogenesis[J].Int J Med Sci,2013,10(4):344-354.

[11]Ghazizadeh M,Tosa M,Shimizu H,et al.Functional implications of the IL-6 signaling pathway in keloid pathogenesis[J].J Invest Dermatol,2007,127(1):98-105.

[12]Syed F,Bayat A.Notch signaling pathway in keloid disease: enhanced fibroblast activity in a Jagged-1 peptide-dependent manner in lesional vs.extralesional fibroblasts[J].Wound Repair Regen,2012,20(5):688-706.

[13]Liu W,Wu X,Gao Z,et al.Remodelling of keloid tissue into normal-looking skin[J].J Plast Reconstr Aesthet Surg,2008,61 (12):1553-1554.

[14]Zhang Q,Yamaza T,Kelly AP,et al.Tumor-like stem cells derived from human keloid are governed by the inflammatory niche driven by IL-17/IL-6 axis[J].PLoS One,2009,4(11):e7798.

[15]Gao Z,Wu X,Song N,et al.Differential expression of growth differentiation factor-9 in keloids[J].Burns,2010,36(8):1289-1295.

[16]Syed F,Sherris D,Paus R,et al.Keloid disease can be inhibited by antagonizing excessive mTOR signaling with a novel dual TORC1/2 inhibitor[J].Am J Pathol,2012,181(5):1642-1658.

[17]Yong L,Cen Y,Chen J,et al.Experimental study on protein expression of extracellular signal-regulated kinase and c-Jun amino-terminal kinase signaling pathways in keloid fibroblasts [J].Zhongguo Xiu Fu Chong Jian Wai Ke Za Zhi,2011,25(11): 1367-1370.

[18]Mollen KP,Anand RJ,Tsung A,et al.Emerging paradigm:tolllike receptor 4-sentinel for the detection of tissue damage[J]. Shock,2006,26(5):430-437.

[19]Mempel M,Kalali BN,Ollert M,et al.Toll-like receptors in dermatology[J].Dermatol Clin,2007,25(4):531-540.

[20]Berman B,Harrison-Balestra C,Perez OA,et al.Treatment of keloid scars post-shave excision with imiquimod 5%cream:a prospective,double-blind,placebo-controlled pilot study[J].J Drugs Dermatol,2009,8(5):455-458.

[21]Chen J,Zeng B,Yao H,et al.The effect of TLR4/7 on the TGF-β-induced Smad signal transduction pathway in human keloid [J].Burns,2013,39(3):465-472.

[22]Lim CP,Phan TT,Lim IJ,et al.Stat3 contributes to keloid pathogenesis via promoting collagen production,cell proliferation and migration[J].Oncogene,2006,25(39):5416-5425.

[23]Inui S,Shono F,Nakajima T,et al.Identification and characterization of cartilage oligomeric matrix protein as a novel pathogenic factor in keloids[J].Am J Pathol,2011,179(4):1951-1960.

Research Progress of Cell Signal Transduction Pathway in Keloids

XU Jingjing1,LI Yi1,ZONG Xianlei2,CAI

Jinglong2.1 Affiliated Hospital of Qinghai University,Xining 810001,China;2 Plastic Surgery Hospital,Peking Union Medical College&Chinese Academy of Medical Science,Beijing 100144,China.Corresponding author:CAI Jinglong(E-mail:caijinglong@126.com）.

【Summary】Keloids,secondary to trauma,is a kind of skin disease with excessive connective tissue hyperplasia.It often happens in susceptible population.Spontaneous regression is considered to be extremely unlikely and it is easy to relapse after surgical resection.It is currently a challenging clinical problem of plastic surgery.The pathogenesis of KD is complex.It is the result of joint action of many factors,such as cytokine,cell signal transduction pathway,collagen metabolism,gene expression,cell proliferation and apoptosis,etc.In this paper,the cell signal transduction pathways and specific proteins related to KD were reviewed.

Keloids;Cell signal transduction pathway;Specific protein

R619+.6

B

1673－0364（2014）05－0282－03

2014年3月9日；修复日期：2014年4月15日）

10.3969/j.issn.1673-0364.2014.05.014

国家自然科学基金资助项目（81372063）；北京市自然科学基金项目（7122138）。

810001青海省西宁市青海大学附属医院（徐静静，李毅）；100144北京市北京协和医学院中国医学科学院整形外科医院（宗宪磊，蔡景龙）。

蔡景龙（E-mail：caijinglong@126.com）。