间充质干细胞防治病理性瘢痕机制的研究进展

余立江，王晓军，龙 笑

中国医学科学院 北京协和医学院 北京协和医院 1口腔科 2整形科，北京100730

间充质干细胞防治病理性瘢痕机制的研究进展

余立江1，王晓军2，龙 笑2

中国医学科学院 北京协和医学院 北京协和医院1口腔科2整形科，北京100730

病理性瘢痕，包括增生性瘢痕和瘢痕疙瘩，是皮肤创伤后组织异常修复的结果。炎症反应是促进病理性瘢痕形成的主要原因。病理性瘢痕常引起瘙痒、疼痛、关节活动受限和畸形，进而影响到患者的生活质量。目前常用的治疗方法效果并不理想。间充质干细胞因具有多向分化潜能、免疫调节及促血管形成作用，可影响瘢痕的形成及发展，作为一种细胞治疗方法有望用来预防及治疗病理性瘢痕，已成为近期研究热点。本文主要综述间充质干细胞预防及治疗病理性瘢痕机制方面的最新进展。

间充质干细胞；病理性瘢痕；细胞治疗；血管形成；免疫调节

病理性瘢痕首先被Smith于公元前1700年报道。其形成机制目前尚不完全清楚，一般认为瘢痕的形成是由于机体炎症反应、胶原的合成和降解不平衡、异常粘多糖的出现及肌成纤维细胞的增生所致。瘢痕的形成包括炎症、增生和重塑3个过程。间充质干细胞(mesenchymal stem cells，MSCs) 是一种来源于发育早期中胚层的成体干细胞。因其特殊的多向分化潜能及旁分泌作用能促进伤口愈合，近年来移植MSCs用于预防及治疗瘢痕的动物研究及临床研究与日增多，效果显著。

MSCs的来源及鉴定

MSCs首次由Friedenstein等在1974年从人骨髓中获得[1]。除骨髓外，还可从脑、肝、肾、肺、胸腺、胰腺、扁桃体、肌肉、皮肤、骨膜、脂肪组织、牙龈、牙周膜、牙髓组织、脐带血及胎盘中获得MSCs，甚至有研究者在乳汁中也提取到MSCs[2- 3]。来源于不同组织的MSCs，其细胞形态也不相同，如成纤维细胞样细胞、纺锤样细胞和扁平型细胞。尽管目前还没有鉴别MSCs特异的生物学标志物，但是在所有涉及MSCs的实验中，所使用的MSCs必须符合国际干细胞治疗协会发布的最低标准：(1)分离细胞体外培养时的塑料黏着性；(2)95%以上培养细胞表达CDl05、CD73和CD90，不表达(小于2%阳性率)CD45、CD23、CD14或CD11b、CD79alpha或CD19和人类白细胞抗原(human leukocyte antigen，HLA)-DR；(3)具有向成骨细胞、脂肪细胞与成软骨细胞分化的能力[4]。另外，MSCs可分泌可溶性物质、细胞外基质(extracellular matrix，ECM)及细胞表面分子等蛋白参与细胞迁移、免疫抑制、促血管形成及维持局部微环境，其中，旁分泌的可溶性蛋白因子具有重要意义。

MSCs的免疫调节作用

MSCs的被趋化性 MSCs能够通过血液循环到达并聚集在组织受伤或有炎症部位[5- 6]。MSCs迁移到病变组织参与修复的机制未完全清楚，可能与损伤组织释放的细胞因子对MSCs的趋化作用有关。MSCs能在白细胞介素6(interleukin 6，IL- 6)和肿瘤坏死因子-α作用下发生迁移。对MSCs迁移能力的研究主要见于骨折、缺血性脑病、心肌梗死和皮肤创伤的愈合。在体外实验中，MSCs能够针对不同的伤口愈合细胞因子(如血小板源性生长因子、肿瘤坏死因子-α、胰岛素样生长因子- 1和IL- 8)，分泌化学趋化因子并向目标组织产生趋化运动。不同种族的骨髓基质干细胞其迁移能力也不完全相同，还有待于进一步的研究证明。

MSCs对炎性细胞的调控 MSCs产生大量的旁分泌因子，主要参与免疫调节的旁分泌因子[7]有转化生长因子β(transforming growth factor-β，TGF-β)、前列腺素E2(prostaglandin E2，PGE2)、肝细胞生长因子、IL- 10、IL- 6、吲哚胺2，3-过氧化酶(indoleamine 2，3-dioxygenase，IDO)、一氧化氮和HLA-G。不同的因子参与调节不同的免疫靶细胞。MSCs通过分泌的IDO、PGE2和 TGF-β1因子抑制NK细胞的增殖和功能。但大量研究显示MSCs仅能部分抑制活化NK细胞的增殖。HLA-G5能抑制NK细胞介导的细胞溶解效应及减少γ-干扰素(interferon-γ，INF-γ)的分泌。

PGE2因子不但能减弱树突细胞向成熟细胞转化，而且还能刺激T细胞和巨噬细胞分泌 IL- 10，从而抑制巨噬细胞和T细胞分泌TGF发挥抗纤维作用，同时IL- 10 也可抑制IL- 6和 IL- 8分泌从而减少胶原蛋白沉积。另外，PGE2是辅助T细胞(help T cell，Th)亚群Th1 向Th2转化的协同因子，可引起T效应细胞INF-γ分泌减少和IL- 4分泌增加，而INF-γ与IL- 4比例的降低可加速伤口愈合。

MSCs分泌的IL-10可抑制中性粒细胞向伤口浸润，并阻止其产生自由基减少组织的氧化应激损伤。MSC分泌的肿瘤坏死因子刺激基因及蛋白6与其配体相互作用可抑制中性粒细胞穿透血管的能力。Dyer等[8]发现肿瘤坏死因子刺激基因及蛋白6与IL- 8相互作用能减弱中性粒细胞对血管内皮细胞(endothelial cells，ECs)的黏附力及趋化运动。

MSCs分泌的IDO与INF-γ相互作用调控B细胞的增殖，结果导致B细胞分泌免疫球蛋白量减少及趋化能力减弱[9- 10]。此外，研究还显示，MSCs可分泌抗菌肽LL- 37具有直接抗菌作用，同时分泌免疫调节因子可促进免疫细胞杀菌和吞噬能力[11]。

由此可见，MSCs通过抑制炎性细胞的活性减轻伤口的炎性反应及减少瘢痕形成。

MSCs的促血管形成作用

MSCs通过释放血管内皮生长因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)、血小板源性生长因子、碱性成纤维细胞生长因子、基质细胞衍生因子1、血管生成素、IL- 6、IL- 8、TGF-β、单核细胞趋化蛋白1、富含半胱氨酸蛋白61 和 FGF- 7促进ECs和平滑肌细胞(smooth muscle cells，SMCs)形成新血管[12]。这些血管形成因子通过刺激ECs的增殖，减少ECs凋亡及增强ECs迁移促进新血管形成。其中最重要的信号通路涉及到 VEGF蛋白及其受体[13]。组织缺血乏氧是刺激MSCs分泌VEGF主要因素。当VEGF与其受体结合后，刺激ECs增殖，增加ECM、改变ECs基因的活化形式、上调尿激酶溶酶原激活剂、组织纤溶酶原激活物和血纤溶酶原激活物抑制剂1的表达及诱导ECs表达蛋白水解酶、间质胶原酶和组织因子促进血管形成。Tang等[14]研究显示，自体移植骨髓间充质干细胞(bone mesenchymal stem cells，BMSCs)后，VEGF和碱性成纤维细胞生长因子表达量较对照组明显增多，移植2周后新生毛细血管的密度多出对照组40%。Wang等[15]和Lee等[16]的研究表明，BMSCs分泌VEGF是通过信号转导和转录激活子3和p38促细胞分裂原活化蛋白激酶信号通路。

MSCs通过分泌的基质金属蛋白酶(matrix metalloproteinases，MMP)增强ECM的降解，从而促进伤口愈合。其中MMP- 9在伤口愈合中的作用研究最多。但其在伤口愈合过程中的作用研究者们的意见并不一致。Hollbom等[17]研究显示，MMP- 9是通过刺激视网膜色素上皮细胞生产和分泌VEGF促进组织修复。Lee等[18]通过抑制MMP- 9能减弱VEGF诱导的脑出血实验，推断出BMSCs分泌的MMP- 9是通过VEGF促进伤口愈合，而非MMP- 9直接作用。

TGF-β是组织损伤修复重要的参与者，能通过激活促分裂原活化蛋白激酶和磷脂酰肌醇3-激酶信号通路增加Ⅰ型胶原蛋白及VEGF表达，促进血管形成，加速伤口愈合。

此外，MSCs能通过分化成ECs、SMCs[19]和周细胞促进血管形成。近年很多研究都显示MSCs能被诱导分化成ECs，促进血管生成进而改善皮损部位的循环血供，加快皮肤伤口愈合。Soda等[20]发现在动脉内膜的损伤修复过程中，MSCs分化为新生内膜的ECs。周细胞是微血管的贴壁细胞，在个体发育及疾病发展过程中发挥调控子的作用。Silva等[21]通过向缺血的狗心脏内注射MSCs的实验，证实MSCs能分化为SMCs和ECs，促进心脏血管密度增加和功能改善。

MSCs的多向分化能力

MSCs分化为角质形成细胞 研究已经证实，人骨髓MSCs可分化为上皮样细胞；人胚胎MSCs可分化为皮肤组织细胞；脂肪来源MSCs可分化为角质细胞，并且发现接种脂肪MSCs的胶原-壳聚糖支架植入大鼠创伤面 14 d可形成表皮和真皮[22]。方利君等[23]将用5-溴脱氧尿嘧啶标记的MSCs，回植到提供骨髓的猪的皮内及皮下，发现大部分5-溴脱氧尿嘧啶阳性细胞聚集在真皮中的小血管周围，少数5-溴脱氧尿嘧啶阳性标记细胞出现在表皮的棘层和颗粒层，并表达角蛋白，提示在皮肤微环境下MSCs具有分化为表皮细胞的潜能。Wu等[24]将同种异体MSCs注射在糖尿病小鼠伤口周围，发现MSCs表达角质细胞特异性蛋白即角质蛋白并形成疑似皮肤附属器样的腺样结构来促进伤口愈合。Francois等[25]对急性放射性皮炎的SCID小鼠尾静脉注射人骨髓干细胞(human bone mesenchymal stem cell，hBMSC)后，hBMSC实验组比对照组溃疡愈合明显加快，免疫组织化学显示hBMSC聚集到皮损部位并分化为角质形成细胞。这些说明MSCs能分化成角质形成细胞，参与皮肤损伤部位的表皮及其附属器的形成，促进皮肤伤口愈合，减少瘢痕形成[26- 27]。

MSCs分化为成纤维细胞 真皮成纤维细胞和表皮角质上皮细胞是创伤愈合过程中的主要功能细胞。很多在体外培养MSCs的研究结果显示通过加入诱导剂能成功将MSCs诱导成成纤维细胞[28]。国内研究证实，以表皮生长因子对体外培养的BMSCs进行诱导分化，培养14 d，细胞呈现均一的纤维细胞样带有长突起的纺锤形细胞，Ⅰ、Ⅲ型胶原染色均为阳性[29]。He等[29]亦证实在碱性成纤维细胞生长因子的诱导下BMSCs分化为成纤维细胞。MSCs培养上清液可促进体外成纤维细胞和角质细胞的划痕愈合、成纤维细胞Ⅰ型胶原的分泌及巨噬细胞、内皮细胞、表皮角质细胞和真皮成纤维细胞的迁移。MSCs通过与微环境的相互作用，一方面可分化为特定皮肤细胞参与组织修复；另一方面经分泌的细胞因子作用于效应细胞促进皮肤创面修复。

MSCs分化为肌成纤维细胞 MSCs在一定条件下可分化为肌成纤维细胞(myofibroblasts，MFB)，合成ECM，表达α-平滑肌肌动蛋白，进而促进组织修复[30]。周伟等[31]通过向大鼠肝硬化模型中移植BMSCs的实验，发现BMSCs在这种微环境下主要分化为MFB，并表达α平滑肌肌动蛋白。但是大部分研究显示MFB是BMSCs诱导组织内的成纤维细胞转化而成，并不是BMSCs直接转化形成。Yano等[32]研究认为BMSCs辅助梗死心肌修复过程中，成纤维细胞首先迁移至损伤部位，在局部包含炎性因子和生长因子微环境作用下发生增殖并转型成为肌成纤维细胞，参与梗死部位的损伤修复。而心肌梗死后14 d的局部微环境是BMSCs诱导心脏成纤维细胞转化为肌成纤维细胞的最佳微环境[32]。与此类似，移植到皮肤创口的MSCs可以诱导皮肤成纤维细胞转型为肌成纤维细胞，促进皮肤伤口愈合[33]。

综上，因MSCs具有促进血管形成、多向分化潜能及抑制炎性反应的特性，近年来将其作为一种细胞治疗方法来预防及治疗病理性瘢痕已成为研究热点。目前动物实验已证实将MSCs用于损伤部位，不仅能促进伤口愈合，减少伤口愈合时间；而且还能减少瘢痕的形成。这为下一步临床试验提供了理论依据。但要大量应用于预防及治疗病理性瘢痕的临床病例，还存在很多问题，比如MSCs具体的作用机制是什么、如何控制MSCs的分化潜能、如何保证MSCs应用的生物安全性，这些提示应更深入去研究MSCs能预防及治疗病理性瘢痕的现象，最终达到应用MSCs促进伤口愈合及预防或杜绝病理性瘢痕形成的目的。

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Advances in Mechanisms for Prevention and Treatment of Pathological Scars with Mesenchymal Stem Cells

YU Lijiang1，WANG Xiaojun2，LONG Xiao2

1Department of Oral and Maxillofacial Surgery，2Department of Plastic Surgery，PUMC Hospital，CAMS and PUMC，Beijing 100730，China

WANG Xiaojun Tel：010- 69152710，E-mail：pumchwxj@163.com

Pathological scars，including keloids and hypertrophic scars，result from aberrations in the process of physiologic wound healing.An exaggerated inflammatory process is one of the main pathophysiological contributors.Pathological scars may cause pain and pruritis，limit joint mobility，and cause a range of cosmetic deformities that affect the patient’s quality of life.However，the effectiveness of currently available prevention and treatment measures remains unsatisfactory.Mesenchymal stem cells，among their multifunctional roles，have the functions of immunomodulation and promotion of angiogenesis.Thus，they have been proposed to be a major candidate for cell therapy to treat or prevent pathologicalscars.This article reviews the mechanism and potentials of stem cell therapy in the prevention and treatment of pathological scars.

mesenchymal stem cells；pathological scars；cell therapy；angiogenesis；immunomodulation

573-577

王晓军 电话：010- 69152710，电子邮件：pumchwxj@163.com

R622+.9

A

1000- 503X(2017)04- 0573- 05

10.3881/j.issn.1000- 503X.2017.04.018

2016- 04- 13)