病理性瘢痕形成机制的研究进展

李冬军，李 明，赵连魁

(石家庄市人民医院，河北 石家庄 050011)

病理性瘢痕包括增生性瘢痕(hypertrophic scar，HS)和瘢痕疙瘩(keloid，K)，是创伤、烧伤、外科手术后皮肤的一种纤维过度增生性疾病。其共同的组织学特征为成纤维细胞(fibroblast，FB)过度增生和细胞外基质(extracellular matrix，ECM)过度沉积。病理性瘢痕不仅造成损伤局部形态改变，而且瘢痕过度挛缩还可致器官功能障碍甚至功能丧失，严重危害患者的身心健康。但其发病机制复杂，诸多问题尚不清楚，其预防与治疗尚无满意的方法。现将病理性瘢痕细胞及分子生物学机制的研究进展综述如下。

1 遗传因素在病理性瘢痕形成中的作用

近年研究表明，在较严重的多发病理性瘢痕病例中，遗传因素与其发生发展有相关性。Marneros等[1]调查分析了14个瘢痕疙瘩家系中341位家庭成员，其中96例有瘢痕疙瘩(男36例，女60例)，结果显示，有7个家系3代患病，5个家系4代患病，2个家系5代患病，进一步证实遗传因素与其发病相关。该病遗传的模式为伴不完全外显的常染色体显性遗传，且表现的形式不尽相同。在不同人群中发病率、表现形式和治疗反应性的不同还提示多基因可能参与该病的发生。Marneros等[2]后续研究表明：在染色体2q23、7p11上存在瘢痕疙瘩的易感基因位点。与上述不同的是中国汉族瘢痕疙瘩家系的易感基位点可能位于10q23.31、15q22.31-q23、18q21.1上[3-4]，这说明瘢痕疙瘩在不同的种族人种中存在遗传异质性。而另有研究发现，存在于1p16、1p20、1p21上可能与瘢痕疙瘩发生发展相关的抑制基因丢失，这进一步说明遗传因素参与了病理性瘢痕的形成[5]。

2 细胞外基质在病理性瘢痕形成中的作用

Robson等[6]早在1992年研究发现，严重烧伤患者愈合后出现的 HS特征表现是细胞外基质包括Ⅰ和 Ⅲ型胶原的沉积。后有研究发现病理性瘢痕组织中胶原酶活性增高，Ⅰ型胶原合成增多，从而导致伤口中大量的胶原纤维沉积。另外其中的关键酶脯氨酸羟化酶活性在病理性瘢痕中较正常皮肤明显增高，它的活性与胶原的合成率密切相关。ECM降解酶中纤溶酶原激活剂(plasminogen activator，PA)占有重要地位，它能促使血纤维蛋白溶酶原活化为血纤维蛋白溶酶。血纤维蛋白溶酶不仅对纤维蛋白溶解起首要作用，而且也参与其他 ECM蛋白的降解，并激活前胶原酶转变为胶原酶。由此可见细胞外基质代谢异常与病理性瘢痕形成密切相关。

在不同的皮肤瘢痕，特别是在病理性瘢痕组织中，ECM分子的表达各有不同[7]。ECM由多种分子组成，这些因素与生长因子和细胞因子的相互作用可以调节和恢复组织的完整性。多项研究已证明，未成熟的瘢痕组织与正常皮肤比较，其内大量的细胞外基质分子的表达发生了改变。与正常皮肤相比病理性瘢痕组织中Ⅰ和Ⅲ型胶原、纤连蛋白、层黏连蛋白、骨膜和粘蛋白的转录和翻译增加。然而，皮连蛋白和蛋白聚糖的表达减少。不成熟的瘢痕中纤维蛋白原和弹性蛋白纤维在真皮层的表达和定位与正常皮肤相比存在明显差异。而当这些瘢痕成熟时，ECM分子水平恢复到皮肤受伤前的状态[8]。

3 免疫因素在病理性瘢痕形成中的作用

炎症反应是创伤后机体的初始反应之一，它不仅启动免疫系统抗感染，也刺激纤维组织增生，进而闭合创面。参与创面愈合炎症反应的免疫细胞主要有淋巴细胞、巨噬细胞、肥大细胞等，通过释放炎症介质、细胞因子，促进纤维细胞增殖、微血管生成和胶原沉积等，这些均提示瘢痕过度增殖可能与免疫有密切关系[9]。

在这些免疫细胞中，巨噬细胞在伤口愈合过程中的各个阶段均发挥核心作用。在创伤愈合过程中，巨噬细胞的功能随伤口微环境改变而改变：在炎症早期巨噬细胞发挥抗原呈递，吞噬作用，产生炎性介质，如细胞因子和生长因子，以促进伤口愈合[10]。在增生期，巨噬细胞可以直接或间接刺激结缔组织，血管内皮和上皮组织增生。尤其可促使成纤维细胞、角质细胞和血管内皮细胞生长[10-11]。在血管生成和组织重塑过程中，巨噬细胞通过释放酶降解和合成ECM分子改变ECM组成。这些显示巨噬细胞在创伤愈合中起到重要的作用。伤口愈合的过程中具有病态功能的巨噬细胞，可能会导致伤口愈合异常，如形成溃疡，增生性瘢痕和瘢痕疙瘩等[10-11]。而最近的研究也表明，当内皮功能障碍时，也会增加血管及其周围的炎症细胞数量，从而加剧局部炎症[12]。

一些研究表明，与正常瘢痕比较，大量的肥大细胞存在于增生性瘢痕真皮胶原纤维束之间，这与其他纤维化疾病，如肺纤维化疾病、硬皮病的皮损中观察到的情况一致。这提示肥大细胞可能在增生性瘢痕的形成中发挥作用[13-14]。损伤、IgE和其他各种蛋白质可以直接刺激肥大细胞释放细胞质内颗粒如组织胺、蛋白多糖、蛋白酶和细胞因子，从而影响真皮基质的产生[14-15]。而组胺能够增加体内的成纤维细胞的胶原蛋白形成[15]。肥大细胞还通过细胞间间隙连接激活成纤维细胞[16]，通过TGF-β1、TNF-α和IL - 4的释放能够促进成纤维细胞增殖。可见，肥大细胞可能通过不同的介质在增生性瘢痕的形成中发挥作用[17]。但也有人认为，虽然免疫在瘢痕形成过程中起重要作用，但主要是朗罕细胞和IL-4与瘢痕形成密切相关，与肥大细胞、巨噬细胞和T淋巴细胞关系不大[18]。随着免疫病理学、免疫遗传学等学科的发展，免疫因素对瘢痕形成与发展的影响将会有新的发现。

4 细胞因子在病理性瘢痕形成中的作用

在病理性瘢痕形成过程中，细胞因子作为细胞与细胞外基质间一种重要的信号转导物在各阶段均发挥了重要作用。其中研究较多的是转化生长因子(TGF)、血小板衍生生长因子(PDGF)、血管表皮生长因子(VEGF)、肿瘤坏死因子(TNF)、成纤维细胞生长因子(FGF)和胰岛素样生长因子(IGF- 1)等。

目前认为，TGF-β是已知与病理性瘢痕形成关系最密切的细胞因子。TGF-β参与愈合的所有过程，其过量表达和浓度持续增高可能是瘢痕形成的重要原因[19]。在哺乳动物体内发现TGF-β1、TGF-β2、TGF-β33种亚型[20]。在创伤愈合过程中，每种亚型都具有其独特的功能。其中TGF-β1、TGF-β2由脱颗粒的血小板、巨噬细胞和单核细胞分泌，TGF-β3由角化形成细胞产生。起初研究者认为TGF-β直接参与创伤愈合主要通过刺激血管生成、成纤维细胞增殖、成肌纤维细胞分化、促进胶原合成和细胞外基质沉积[21]。然而，最近的实验研究显示TGF-β在许多不同的纤维化疾病(肺纤维化、硬皮病和病理性瘢痕)中作为一种介质发挥作用。有研究同时应用TGF-β1、TGF-β2的中和抗体于大鼠切割伤口时，可以通过减少细胞外基质的沉积减轻瘢痕，当单独应用TGF-β1或TGF-β2的中和抗体却不能起到同样减轻瘢痕的作用。这提示TGF-β1、TGF-β2联合介导了病理性瘢痕的形成[19]。但是，Shah等[22]实验提示TGF-β3可以抑制瘢痕的形成，TGF-β3可能是其他两种亚型的拮抗剂。Lu等[23]的研究进一步证实了上述结论。他们将三种亚型的抗体分别皮内注射于兔耳伤口的三个不同点，结果显示在伤口愈合的不同时期作用不同：早期治疗可以使伤口延迟愈合，而在愈合的中期、晚期应用却可明显减轻瘢痕的产生。这预示在创伤愈合早期TGF-β的亚基起到关键性作用。TGF-β有多个表面受体，其中TGF-β受体-1(TGF-β receptor Ⅰ，TGF-βRⅠ) 和TGF-β受体-2(TGF-β receptor Ⅱ，TGF-βRⅡ) 是主要形式。在病理性瘢痕中，TGF-βRⅠ含量增加，而TGF-βRⅡ却下降[20]。实验证实，使用TGF-βRⅠ的靶向抑制剂可以抑制增生性瘢痕成纤维细胞活化[24]。另一实验证实在大鼠的创伤中TGF-βRⅡ的量下降可能抑制瘢痕的形成[25]。

TGF-β在细胞内合成之初是无生物活性的前体蛋白，分泌后经过激活才能发挥效应[26]，即TGF前体分子须激活为成熟的TGF-β形式才能与受体连接，然后激活信号转导通路。TGF-β1不仅在增生性瘢痕来源的成纤维细胞中表达增多，而且TGF-β受体也被证明较正常皮肤持续表达，而在正常的伤口愈合重构阶段TGF-β受体表达却降低[27]。这个长期存在受体的表达可能会导致在反馈环路中产生纤维化表型[28]。其他研究表明，TGF-β的三种亚型对伤口愈合和瘢痕形成产生不同的时间效应，任何对这种表达模式的中断可能会导致增生性瘢痕的形成[29]。

此外PDGF、bFGF、 TNF-α、VEGF、IFN-γ等也是学者集中研究的方面。PDGF是在创伤早期，血小板脱颗粒释放出的生长因子，是单核细胞、成纤维细胞的黏附趋化剂，通过促成纤维细胞分裂增殖、趋化迁移及刺激纤维粘连合成等作用参与创伤修复[30]，对胶原合成、分解也有调节作用。研究认为，PDGF对瘢痕疙瘩成纤维细胞的化学趋化性、促有丝分裂反应皆高于正常成人皮肤的成纤维细胞，可能与细胞表面 PDGF受体水平明显增高有关[31]。近来有实验证实，应用PDGF受体的中和抗体，可降低人皮肤成纤维细胞中胶原蛋白凝胶重塑，减少皮肤成纤维细胞迁移[32]；而TGF-β可能使瘢痕疙瘩成纤维细胞表面的PDGF、IGF-1受体水平升高[33]。

bFGF存在于人的烧伤创面的边缘，在伤后4～11 d达峰值[34]。它可以刺激成纤维细胞、内皮细胞和角质形成细胞迁移、增殖和存活，从而促进一般伤口愈合。最近，发现术后局部应用FGF2可能减少急性切口瘢痕形成[35]，这可能是由于成纤维细胞凋亡增加和减少伤口收缩。然而，尽管FGF2应用烧伤创面可以改善瘢痕质量，但它并不能防止瘢痕形成[36]。

TNF-α在真皮纤维化中，通过直接抑制纤维连结蛋白的产生和促进成纤维细胞胶原蛋白酶的产生，增强蛋白多糖酶活性而起促分解作用。在增生性瘢痕TNF-α的表达明显少于正常瘢痕组织，创面异常增殖性愈合可能与TNF-α的表达水平降低有关[37]。TNF-α可以抑制由TGF-β诱导产生结缔组织生长因子，从而抑制胶原蛋白的合成[38]。

在伤口愈合过程中，VEGF由表皮细胞大量分泌产生，是血管生成的一种积极调节因子。已证实在病理性瘢痕形成的早期阶段，血管内皮生长因子的过度表达[39]。过表达VEGF与Ⅰ型胶原过度生成和瘢痕体积增加有关[40]。注射抗血管内皮生长因子抗体可抑制血管内皮生长因子的活性，从而减少毛细血管的形成、Ⅰ型胶原的生成和整个瘢痕体积[41]。

综上所述，PDGF、TGF-β1、TGF-β2及FGF、 IGF-1[42]等可通过促进成纤维细胞增殖、合成胶原或者促进胶原酶的产生，在病理性瘢痕发生中起正调节作用。TNF-α、TGF-β3、IFN-γ[43]、bFGF及角质细胞生长因子[44]等因子在瘢痕形成过程中调控着成纤维细胞的增殖与代谢，从而影响细胞基质的形成与降解的动态平衡，起负调节作用。

5 细胞凋亡在病理性瘢痕形成中的作用

1995年，Desmouliere等[45]观察到创伤愈合的肉芽组织中肌纤维细胞在第12天开始发生凋亡，20 d凋亡数量达高峰，当其增殖与凋亡达到平衡，即表现为形成成熟的瘢痕。并由此推测如果这种凋亡异常可能是病理性瘢痕发生的原因。Desmouliere等[45]发现，瘢痕中确实存在肌成纤维细胞的凋亡，而成纤维细胞是创面修复的主要细胞，在正常组织中处于静息状态。组织损伤2 d后，受激活的成纤维细胞开始在创面上出现，发生分裂、增殖、合成胶原纤维等过程。因此，国内外有学者提出成纤维细胞缺乏凋亡或凋亡机制的中断可能导致病理性瘢痕的形成。原癌基因Bcl- 2可调控肌成纤维细胞凋亡减少，延缓成纤维细胞凋亡，导致细胞外基质沉积和降解失衡，最终增生性瘢痕形成[46]。p53是细胞凋亡途径的重要成员之一，作为转录因子，参与细胞周期调控[47]。干扰p53的调控将导致细胞凋亡受损。但增生性瘢痕中p53的表达较正常瘢痕增高，推测这可能与瘢痕成熟有关[47]，但其中确切的意义仍得需探讨。此外，在增生性瘢痕组织，发现活化的caspase-3的水平明显高于正常瘢痕组织[48]。总之，增生性瘢痕成纤维细胞凋亡率可能与组织环境状况有关，最终细胞增殖和细胞凋亡之间的平衡异常可能是增生性瘢痕是增生性瘢痕形成的重要原因之一。

6 其他因素病理性瘢痕形成中的作用

另外，增生性瘢痕的形成可能还与其组织内的低氧状态、营养不足、自由基产生过多而不能及时清除等有关。有学者推测这可能由于损伤(如Ⅱ度以上的烧伤等)破坏了皮肤的血液循环结构，修复后的组织部分微循环障碍，进而创面局部组织缺氧、低营养状态。适度的缺氧低营养状态将刺激瘢痕组织中炎症细胞、成纤维细胞、血管内皮细胞等异常增殖、凋亡减少；而抑制细胞增殖和胶原分泌的细胞因子的产生减少；而且由于创面局部营养不良，使得作为酶类自由基清除者的微量元素Zn、Cu等随之减少，导致自由基不能及时清除，代谢异常，进而造成胶原沉积，成纤维细胞、内皮细胞过度增殖，局部微血管阻塞。如此恶性循环，使瘢痕组织在局部创面愈合后仍能保持增生状态，最终导致增生性瘢痕的异常增生[49]。

综上所述，近年来，随着现代细胞生物学和分子生物学的迅猛发展，从细胞和分子水平探讨愈合过程的调控机制，推动了创伤愈合研究的深入发展和对瘢痕形成机制的深入认识，这将对瘢痕的预防、治疗提供更多的理论基础，为彻底治愈瘢痕提供更加宽阔的前景。

利益冲突：所有作者均声明不存在利益冲突。