成纤维细胞在皮肤创伤修复中的作用研究进展

李文殊，许宇饺，卓雅婷，刘蕴瑶，强磊

(中国药科大学，江苏 南京 211198)

伤口愈合主要是指皮肤在受到外界物理伤害的情况下，进行的创面修复过程，皮肤损伤修复对人类的健康至关重要。在公元前3200至公元前300年，古埃及就已存在治疗皮肤创伤的方法[1]。至今，研究者们对皮肤损伤愈合过程中不同细胞之间的相互作用、不同细胞分泌的生长因子以及细胞因子等进行详细研究。皮肤的构成很复杂，主要包括表皮细胞、成纤维细胞和血管内皮细胞等[2]。在过去的几十年中，成纤维细胞的调节作用在皮肤创面修复中被普遍接受。成纤维细胞是一类具有肌纤维母细胞表型的细胞，因此具有特殊的收缩特性，对于皮肤创面愈合期间结缔组织的生成和重塑至关重要[3]。其活化形式为肌成纤维细胞(myofibroblast)，同时具有成纤维细胞和平滑肌细胞的特性，有研究表明肌成纤维细胞是造成伤口收缩的原因[4]。在量化肉芽组织中成纤维细胞后，显示成纤维细胞的数量与伤口收缩率成正比。虽然目前对于其在伤口愈合中的发生、发展过程有一定的认识，但是人们对成纤维细胞在伤口损伤愈合中的具体机制仍不清晰，本文主要介绍成纤维细胞在皮肤创面愈合中的作用[5]。

1 成纤维细胞的概述

成纤维细胞主要分为3种类型，分别为原型成纤维细胞、原肌成纤维细胞、肌成纤维细胞。下文简述了这3种细胞的增殖和转化过程。

成纤维细胞存在于人体的多种器官内，通常是未活化的形式——原型成纤维细胞(fibroblast)。它来源于胚胎时期，在生长过程中，逐渐分化成真皮组织中的成纤维细胞，并且主要负责细胞外基质(extracellular matrix,ECM)分子的产生和募集[6]。成纤维细胞在受到刺激后会分化成为原型肌成纤维细胞(proto-myofibroblast)，原型肌成纤维细胞为存在于原型成纤维细胞与肌成纤维细胞转化过程中的中间形式[7]。在组织受损的初始阶段，损伤部位会分泌相关炎症因子，如TGF-β1、PDGF等，刺激成纤维细胞分化为原型肌成纤维细胞，有研究发现该阶段的成纤维细胞表达纤连蛋白(ED-A、ED-B)、黏着斑及应激纤维[8]，但是不表达α肌动蛋白(α-SMA)。此阶段的鉴定方法除光镜观察外，目前只能通过免疫组化ED-A、FSP-1检测。

在损伤的中后期，原型肌成纤维继续分化成为肌成纤维细胞(myofibroblast)，肌成纤维细胞最主要的特点为其分化后不只表达ED-A、ED-B，同时表达α-SMA[8-9]，因此免疫组化α-SMA、ED-A、ED-B及为此种细胞的鉴定方法，同时在光镜下观察具有微丝束，以及与周围细胞外基质之间的纤维连接。肌成纤维细胞通过这些纤维连接与其他种类的细胞连接在一起，形成构成ECM的特定连接复合体。同时其表面存在的成熟的黏着斑使它们能够牢固地附着、收缩和重塑ECM，此阶段特定表达的肌动蛋白也成为传递组织间机械力的主要成分[10]。进一步完成损伤后的组织修复过程。

2 皮肤损伤修复的概述

皮肤是人体最大的器官，其主要分为表皮层及真皮层两个部分，这两个部分由多种细胞构成，如表皮细胞、血管内皮细胞、成纤维细胞、免疫细胞、角质形成细胞、脂肪细胞等。这些细胞相互关联共同维持皮肤的稳态，成纤维细胞是构成皮肤真皮部分的主要细胞类型，与在其他组织中的类似，主要起到组织支撑的作用，在皮肤创面修复以及皮肤衰老过程中占主导地位[11]。

皮肤损伤修复主要分为炎症阶段、组织形成、基质重塑三个阶段。皮肤损伤后的1～5 d后即炎症阶段，此时起主要作用的细胞为中性粒细胞及巨噬细胞，他们分泌各种炎症因子及细胞因子，如TNF-α、IL-6等[12]，从而使伤口处产生先天性免疫反应。同时中性粒细胞和巨噬细胞在该阶段会分泌VEGF、TGF-β等因子[13]，来促进下一阶段所需细胞的募集及增殖。

在损伤的第3至10天，为损伤修复的组织形成阶段，损伤组织处的细胞因子将血管内皮细胞、成纤维细胞等募集到伤口处后，在细胞因子IFN-γ、TGF-β等的调节下，进行再上皮化、血管形成及临时基质(肉芽组织)的生成，该阶段各类细胞大量增殖及分化[14]。

临时基质形成后，皮肤表面创伤基本愈合，进入基质重塑阶段，该过程最长可以持续1年，此时，上一阶段大量增殖的细胞开始凋亡[15]，成纤维细胞活化后产生的细胞外基质成分发生变化、血管生成过程减慢、代谢活动逐渐停止，直至皮损伤修复过程终止。

3 成纤维细胞与皮肤损伤修复之间的关系

在皮肤受到急性损伤或烧伤后，在多种细胞的协同下，修复过程开始，此时，真皮中的成纤维细胞开始增殖、迁移到伤口处，并在伤口处激活、形成细胞外基质，重塑伤口床[16]。下面简单介绍成纤维细胞的不同行为如何影响皮肤损伤修复，及相关促进皮肤损伤修复的治疗策略。

3.1 成纤维细胞增殖在皮肤损伤修复中的作用 在正常皮肤中，成纤维细胞的数量基本维持恒定。在损伤后，其通过旁分泌及自分泌的方式，促进相邻组织中的成纤维细胞从原本的G0期进入到增殖期，以增加伤口处成纤维细胞的数量[17]。此时损伤修复处于炎症阶段，此时中性粒细胞等炎症细胞分泌成纤维细胞生长因子(fibroblast growth factor，FGF)等细胞因子来促进间充质细胞转化成为成纤维细胞[18]，并大量增殖。研究表明伤口损伤时FGF通过影响PI3K/Akt及FAK/ERK1通路来刺激成纤维细胞的增殖，进而促进再上皮化进程、加速伤口愈合[19]。目前研究显示一些非甾体类药物在伤口愈合的炎症阶段，可以调节成纤维细胞的增殖活性，从而影响损伤修复的再上皮化过程[20]。

成纤维细胞作为真皮的组成部分之一，在损伤修复过程中除了受炎症细胞的影响外，同时也受到上皮细胞、血管内皮细胞等其他类型细胞的影响[21]。上皮细胞及角质细胞在损伤初期会释放IL-1、IL-6等细胞因子[22]，一方面通过促进FGF7、KGF等生长因子的自分泌，另一方面通过调节TGF-β/MAPK信号通路促进其增殖[23]。最新研究表明，角质形成细胞在受到损伤后分泌的IL-1α增加，在促进皮肤成纤维的增殖基础上，与IL-7协同作用，通过促进毛囊干细胞的增殖及增加胶原蛋白的表达，加速伤口愈合。在使用IL-1拮抗剂处理时，创伤处免疫细胞及角质形成细胞分泌的细胞生长因子减少进而抑制成纤维细胞的增殖[24]，导致损伤修复速度减慢。

同时大量研究表明成纤维细胞增殖也会导致角质细胞分化。在给予雄激素后，成纤维细胞中的AREG(amphiregulin)、EREG(epiregulin)、FGF10、IGFBP(insulin-like growth factor binding protein)的表达量显著增加， 通过增加角质细胞上成纤维细胞的相应受体数量，导致角质细胞分化增加，加快损伤修复的进程[25]。

3.2 成纤维细胞迁移在皮肤损伤修复中的作用 在损伤修复过程中，成纤维细胞的迁移与增殖几乎在同一阶段发生，其主要发生在损伤修复的临时基质形成前期，这与炎症细胞与上皮细胞分泌的趋化因子有关，在损伤后，炎症细胞不止分泌促进增殖的FGF、EGF，同时分泌TGF-β、TNF-α、CXCL1等趋化因子，促进成纤维细胞及上皮细胞迁移至损伤处。目前研究显示降低炎症细胞CXCL1、CXCL10、TGF-β、IFN-α等趋化因子的表达[26-27]，进而影响成纤维细胞迁移至损伤处，延缓损伤修复的速度。同时最新研究显示在抑制了CXCR3的表达之后，成纤维细胞在损伤处累积增加[28]。再上皮化是该阶段的重要环节，其中上皮间质转化作为影响皮肤损伤修复的再上皮化的主要过程，当成纤维细胞迁移至伤口处时会通过Wnt/β-cadherin通路调控Twist1及Twist2的表达进而促进该过程。有研究显示，皮肤上皮间质转化相关基因ZEB1敲除小鼠，与正常小鼠相比成纤维细胞迁移的速度慢减，同时通过与E-cadherin的启动子结合，抑制成纤维细胞与上皮细胞之间的协作，进而使再上皮化减慢[29]。

3.3 成纤维细胞活化在皮肤损伤修复中的作用 成纤维细胞活化成原肌成纤维细胞及肌成纤维细胞的过程在众多的损伤修复过程中均有研究，在皮肤损伤修复过程中也具有重要作用。肉芽组织的形成以及细胞外基质的重塑，均与其活化过程有关[30]。在炎症阶段结束后，伤口床处的成纤维细胞数量达到峰值，与此同时，成纤维细胞开始进行激活。首先，在TGF-β的刺激下激活成为原肌成纤维细胞，此时细胞因为不表达α-SMA只能通过FSP-1的免疫组化染色进行检测[31]，在TGF-β刺激下，原肌成纤维细胞通过调控TGF-β/Smad通路，进行激活，表达应力纤维、整合素等。此时表达的整合素会形成细胞-细胞之间的连接，将激活后的原肌成纤维细胞互相连接，并将其与修复好的血管内皮细胞进行连接，形成一个临时的基质骨架，此阶段原肌成纤维细胞分泌Ⅰ型胶原，填充在临时基质骨架中间，形成临时基质——肉芽组织[32]。研究显示，与特异性敲除Smad3的成纤维细胞相比，野生型(wild type，WT)的细胞Smad3更容易结合在α-SMA的启动子上，表达的应力纤维及胶原更多，活化更明显[33]。同时最新研究发现自噬也可以抑制成纤维细胞的分化，Atg7敲除小鼠的成纤维细胞激活减慢，肉芽组织的形成减慢[34]，但是具体机制还有待研究。

在形成肉芽组织的过程中，原肌成纤维细胞通过自分泌或旁分泌的方式受到多种细胞因子的刺激进一步激活形成表达α-SMA的肌成纤维细胞，此时原肌成纤维分泌的Ⅰ型胶原蛋白转化为Ⅲ型胶原蛋白，同时分泌MMPs、TIMP等蛋白酶，将临时基质降解，重新形成细胞外基质[35]。这一过程与多条通路有关，目前公认的通路有Wnt/β-catenin、TGF-β/Smad、钙离子通路等[36]，最新研究显示成纤维细胞的活化可能也与TGF-β-STAT3通路有关，在提取STAT3敲除及WT小鼠原代成纤维细胞后，给予TGF-β刺激可以降低STAT3敲除后小鼠α-SMA的表达、降低成纤维细胞分化能力、减少胶原分泌、减慢形成临时基质的速度。目前有多种STAT3的抑制剂在进行临床前研究，很可能成为下一个加快修复的药物[37]。

3.4 成纤维细胞凋亡在皮肤损伤修复中的作用 成纤维细胞的凋亡通常出现在损伤修复后期21 d到1年的时间里，伤口愈合过程形成中构成细胞外基质的Ⅲ型胶原蛋白降解，肌成纤维细胞进行凋亡。若凋亡不彻底，就会形成疤痕，另外，凋亡程度过低，活化过度也会导致纤维化，产生瘢痕，使皮肤的结构和功能被破坏[38]。在凋亡相关基因载脂蛋白(Apolipoprotein，ApoE)敲除的小鼠中，ECM沉积增加，导致FAK信号通路通过激活ERK使BCL-2表达降低，造成肌成纤维细胞持续活化，凋亡减少，形成组织纤维化，导致瘢痕形成[39]。在用抑制剂抑制促凋亡相关基因BH3后，α-SMA持续表达，造成瘢痕形成。最新的临床研究表明，增加损伤修复过程中成纤维细胞凋亡，可以促进修复后期皮肤完整性的恢复[40]。

在其凋亡期间，成纤维细胞也会分泌促进胶原蛋白降解的胶原酶、基质金属蛋白酶(MMP)等，促进皮肤结构尽快复原。在MMP3敲除的小鼠中，由于MMP3表达减少导致MMP13表达同时降低，促炎因子TNF-α增加，导致胶原蛋白降解减少，因此使皮肤组织中胶原显著沉积[41]。同时少量研究表明，自噬与凋亡之间的相互作用也可能会影响瘢痕的形成，自噬相关基因Atg3、Atg8敲除的成纤维细胞的Bax/caspase依赖性的细胞凋亡受到抑制，这进而导致纤维化[42]。

A.皮肤组织发生损伤后，成纤维细胞响应炎症因子，通过PI3K/AKT及FAK/ERK通路进行增殖；B.在增殖后，在不同趋化因子的作用下，迁移至伤口处，与上皮细胞及角质细胞相互作用，通过Wnt/β-catenin通路进行上皮间质转化，完成再上皮化，同时通过TGF-β/Smad及TGF-β/STAT3等通路分化成为肌成纤维细胞，促进损伤修复进入基质重塑阶段；C.在表皮愈合后，肌成纤维细胞凋亡，胶原蛋白降解，细胞外基质重塑，形成疤痕或瘢痕图1 成纤维细胞在皮肤损伤修复中的不同阶段

4 结论与展望

皮肤损伤后的修复是一个复杂的过程，它涉及不同细胞因子、趋化因子、炎症因子的分泌，同时又依赖于不同细胞之间的协同作用，共同调节伤口的愈合。其中成纤维细胞在损伤修复过程具有重要作用，由于其具有一定的收缩能力，活化后会使收缩及支撑能力增加。在初期，这种功能有助于上皮间质的形成、再上皮化以及临时基质的形成。但是在损伤修复的后期若活化过度，凋亡减少，会导致皮肤组织纤维化，从而形成瘢痕，严重者会导致硬皮病。若正确应用成纤维细胞在损伤不同阶段的作用设计药物，也许会为促进皮肤损伤修复提供新的治疗方案。