脱细胞人工真皮基质的研究进展

张轩龙，唐健，姚刚

(南京医科大学第一附属医院 江苏省人民医院整形烧伤外科，南京 210009)

皮肤是人体最大的器官，具有保护深部组织、防止病原侵入的作用。各种致伤因素均可破坏皮肤的完整性，进而形成创面。创伤不仅会损伤皮肤屏障，导致组织液丢失和酸碱平衡紊乱，严重时还可诱发感染和休克，威胁患者生命安全[1]。植皮术与皮瓣移植术是修复体表创面的常见手段，但植皮术后常出现严重的瘢痕挛缩，影响美观；而皮瓣移植术操作复杂，术后皮肤缺损处形态臃肿，关节活动受限[2-3]。脱细胞人工真皮基质(acellular dermal matrix，ADM)是一种双层生物修复材料，可简便、有效地修复各种急慢性创面，并可弥补植皮术与皮瓣移植术的缺陷；ADM表面半透硅胶膜具有表皮功能，不仅可调控创面内外水蒸气透过率，还有一定的延展性和抗张力性，可保护创面，为皮肤再生提供有利的湿性环境；ADM下层胶原基质与真皮网状结构相似，可减少胶原纤维的堆积，并诱导血管再生，重塑真皮的结构和功能[4-5]。ADM可降低手术的难度和风险，减少术后并发症，提高患者生活质量，目前已广泛用于各种复杂性烧伤、创伤等创面的治疗。此外，ADM还可用于瘢痕的治疗、手足等重要部位的修复以及乳房、眼眶的重建等。因此，对ADM的深入探究不仅能够宏观了解其诱导皮肤再生的原理，也可为ADM的优化及临床应用提供新的思路和方向。现就ADM的研究进展予以综述。

1 真皮的结构与功能

皮肤由外向内依次分为表皮、真皮和皮下组织。成纤维细胞是真皮层中主要的细胞系，可分泌细胞外基质(extracellular matrix，ECM)，促进伤口愈合[6]。真皮层中的胶原纤维有序交联，形成独特的超微多孔网状结构，赋予皮肤弹性，并具有抗机械摩擦力和传导信号等作用[7]。毛细血管及淋巴管在真皮乳头层内交织形成真皮下血管网，为皮肤的存活提供必需的营养物质[8]。由于真皮中富含大量的感受器、神经纤维以及毛囊、汗腺等，故皮肤还具有感知、分泌和调节体温等功能[9]。真皮作为皮肤重要的功能层，在维持皮肤的完整性和新陈代谢方面发挥着重要作用。然而，由各种原因所致的皮肤全层缺损均可破坏真皮层的结构，导致局部皮肤功能丧失，因此重塑真皮的结构、诱导皮肤再生是目前创面修复重建外科的主要目的。

2 ADM的组织工程学研究进展

皮肤替代品是一种人造皮肤产品，具有保护皮肤缺损创面、促进表皮再生的作用[10]。异体皮作为皮肤替代品的一种曾广泛应用于烧伤、创伤的治疗，但其具有抗原性，可引起创面炎症细胞浸润和免疫排斥反应，因此只能暂时性封闭创面。

2.1ADM的结构与功能 随着对皮肤再生的深入研究，一种新型皮肤替代品——ADM在修复重建领域起到更重要的作用。ADM由表面的硅胶层和下层的胶原基质构成，硅胶膜可封闭创面，为皮肤再生提供有利的湿性环境，还能够防止胶原基质的撕裂崩解，从而满足不同外科手术操作的要求[11]。ADM下层胶原基质可诱导毛细血管再生，增加氧浓度，为局部组织的愈合提供适宜的环境[12]；ADM的纤维条索交织成网状结构，有利于毛细血管攀附，诱导真皮血管网再生，加速上皮细胞增殖、分化[13]。此外，ADM的胶原纤维可减少ECM堆积，抑制创面挛缩和瘢痕形成[14]。根据胶原基质层中是否存在糖胺聚糖框架可将ADM分为有框架ADM和无框架ADM[15]；根据合成ADM胶原基质的细胞来源，又可将其分为浅层成纤维细胞ADM和深层成纤维细胞ADM[16]，且无框架ADM/浅层成纤维细胞ADM的抗瘢痕效果优于有框架ADM/深层成纤维细胞ADM[15-16]。虽然下层胶原基质能够改善创面基底的血运，但其血管化速率慢，可能增加患者住院时间，而ADM血管化的机制研究可能成为未来研究和优化的重点。此外，瘢痕是创面修复后的并发症，其过度增生会严重影响患者美观和生活质量。因此，缓解甚至抑制瘢痕的发生、发展是未来临床与基础研究的共同目标，而ADM纤维框架的合成与胶原基质细胞种类的筛选则会是另一个研究方向。

2.2ADM的安全性 安全性是植入性生物材料首要考虑的问题，ADM胶原纤维基质组分与人体真皮相近，主要由Ⅰ型胶原纤维和多聚糖等构成[17]。动物实验表明，ADM很少引起炎症细胞的异常浸润和自身免疫的过度激活[18-19]，而植入体内的ADM在被吸收的同时还可逐渐被新生组织取代，因此ADM具有较好的安全性与降解性。ADM不仅能够模拟表皮，起到保护创面的作用，还可诱导真皮下血管网的再生，重塑真皮结构与功能，抑制创面挛缩和瘢痕过度增生，同时ADM还具有低毒性和低致敏性[11-14]，这些特点为其在临床应用提供了有力的理论基础。

3 ADM的外科研究进展

烧伤、创伤和手术等因素均可造成大量皮肤软组织缺损及深部组织(骨、血管、神经和肌腱)外露，严重时还可破坏创面基底血供。ADM可有效修复皮损创面、保护深部组织，还能简化手术方式，缓解修复术后瘢痕增生，减少术后并发症，提高患者预后和生活质量，因此广泛应用于外科领域。

3.1ADM在烧伤、创伤外科中的应用 烧伤是由物理或化学等因素导致的皮肤急性损伤。烧伤早期可出现创面剧烈疼痛及组织液渗出过多[20]；深度烧伤则会严重损伤深部血管，影响创面血运，增加修复难度[21]。ADM表面硅胶膜能够封闭创面、缓解疼痛，同时其还具有半透性，可调控创面内外气液交换、减少渗出；此外，ADM的胶原纤维层可促进毛细血管增生，诱导深度烧伤创面大量肉芽组织生长，提高Ⅱ期植皮存活率，促进烧伤后皮损的愈合[11-13]。临床试验证明，ADM可减轻烧伤后重要关节部位增生性瘢痕，改善关节活动度及患者生活质量[22-23]。

虽然异体皮是治疗烧伤的常见皮肤替代品，但其具有强抗原性，可引起严重的免疫反应，导致皮下积脓、溶解，甚至加重感染，且无法改善术后瘢痕；而ADM的成分与结构更接近于人真皮组织，因此发生排斥反应的概率低，且可减轻炎症反应对创面的刺激，与异体皮相比，ADM更有利于烧伤的修复[24]。皮瓣移植术是修复创伤所致深部组织(骨、肌腱等)外露的主要方法，但技术要求高，且术后会出现皮瓣血运障碍和供区继发皮肤缺损[25]。ADM中的胶原纤维则可形成软组织垫，起到保护外露的骨、血管、神经等组织的作用[26]。Verbelen等[27]应用ADM联合植皮手术成功修复了因外伤导致小腿皮肤缺损患者的胫骨外露创面。因此，ADM不仅能够有效修复创伤造成的深部组织外露等，还可简化手术方式，减少手术创伤。综上，ADM的硅胶膜可封闭创面、减轻疼痛，其下层的胶原纤维基质还具有改善创面血运、促进创面愈合、保护深部组织的作用；同时，ADM能有效缓解烧伤后增生性瘢痕，改善外观，提高术后生活质量。因此，ADM有望成为修复重建外科治疗中首选的皮肤替代品，其在烧创伤外科仍有较大的发展空间。

3.2ADM在老年慢性创面中的应用 慢性创面以老化、缺血、炎症为主要病理特征[28]。老年患者毛细血管密度低，导致局部创面缺血缺氧，进而导致细胞分裂缓慢、愈合延迟[29]。此外，大量炎症细胞浸润以及活性氧类自由基的过度释放可破坏真皮组织的结构，而缺血缺氧又可进一步加重炎症反应和氧化损伤[30]。ADM可诱导创面内血管内皮生长因子的表达和血管内皮细胞的增殖、迁移，改善慢性创面缺血环境，缓解继发氧化损伤[31]。临床研究证明，ADM不仅可缩短慢性糖尿病足创面的愈合时间，还可用于慢性静脉性溃疡的治疗[32-33]。慢性创面常出现多种细菌定植，ADM直接用于这些慢性创面可能导致其胶原纤维崩解，甚至加重患者感染[34]。因此，ADM的抗感染及抗胶原崩解能力也可能成为未来研究的新方向。慢性创面迁延不愈可影响老年患者的生活质量，ADM可通过促进毛细血管增生改善局部创面内微环境，减轻缺血缺氧造成的一系列损伤，从而加速创面愈合，且ADM联合植皮的手术方式创伤小，因此可成为无法耐受较大手术创伤的老年患者的首选治疗方案。

3.3ADM在瘢痕整复中的应用 人真皮组织是由大量Ⅰ型胶原蛋白和糖胺聚糖有序排列而成[35]。成纤维细胞的过度活化及ECM的大量无序堆积是增生性瘢痕的主要病理学基础[36]。皮肤外伤后，真皮内胶原框架缺失，成纤维细胞无序分布，而成纤维细胞分泌的ECM在表皮下排列紊乱，导致损伤部位皮肤弹性降低和瘢痕组织形成[37]。由于ADM胶原纤维排列规则，诱导成纤维细胞规律分布于纤维框架内[38]，因此ADM诱导的新生组织接近于人正常真皮组织。此外，机械力在增生性瘢痕的发生、发展中也发挥重要作用[39]。ADM的胶原纤维基质可重塑真皮结构，增强皮肤的抗机械强度能力，降低伤口张力[40]。邱学文和王甲汉[41]通过动物实验证实，ADM可显著改善创面瘢痕挛缩。多项临床分析证明，ADM联合皮肤移植术不仅可治疗瘢痕疙瘩，还能改善面部严重烧伤引起的瘢痕挛缩，显著改善患者的外貌和生活质量[42-43]。

直接缝合、植皮或皮瓣转移术是修复瘢痕切除后皮肤缺损的常见方法。直接缝合切口张力较大，术后极易复发；皮瓣转移术虽可降低创面的张力，但手术操作难度大，对患者创伤较大；而植皮术则会影响患者局部形态和美观。ADM可诱导真皮再生，降低创面张力，从而缓解甚至抑制瘢痕的过度增生，降低其复发率，同时可达到较好的美学效果，因此ADM有望成为临床治疗增生性瘢痕的新方法。

3.4ADM在手外科中的应用 穿支皮瓣和游离皮瓣可用于修复手外伤创面[44-45]，但术后形态臃肿，影响手部形态和功能。Haslik等[46]在临床实践中发现，ADM在修复皮肤全层缺损创面的同时，还可保留手、腕等重要功能部位的形态与功能。手外伤后同样会引起深部组织暴露和粘连，而ADM可缓解皮损处血管、神经和肌腱等组织的纤维化[47]，ADM下层胶原基质既可抑制瘢痕组织的过度增生，又能起到分隔作用，防止深部组织之间或深部组织与皮下组织的粘连。手指脱套伤后指骨外露创面的修复难度大，对于严重的手指皮肤缺损患者需行截指术切除无法修复的指骨组织。Maruccia等[48]应用ADM成功修复了18例手指皮肤脱套伤，这种全新的手术方式避免了截指给患者造成的伤害，并可最大限度地恢复手指的屈伸功能。此外，ADM还可用于甲床缺损创面的修复重建。Fiedler等[49]应用ADM修复甲床损伤后的皮肤缺损创面，不仅改善了手指的外观，还起到了保护甲床的作用。

手外伤常给患者造成严重的心理创伤，且伤后修复重建难度较大，并发症较严重，还影响患者的生活质量。ADM的使用可恢复手各关节的形态和功能，降低手术难度，减轻肌腱粘连，改善患者预后。随着对ADM研究的不断深入，这种新兴生物材料可能成为解决各种类型手外伤问题的有效方法。

3.5ADM在其他外科中的应用 ADM还可用于修复皮肤恶性肿瘤扩大切除术导致的足底缺损创面[50]，ADM联合自体皮移植手术不仅能够简化复杂皮瓣移植术，还能减轻植皮区磨损，重塑足底负重功能。近年来，ADM在乳腺癌术后修复重建中的应用也备受关注，ADM可增加乳房皮肤的厚度，减轻手术对前锯肌的损伤，降低假体外露的风险，有效改善术后皮肤外观[51]。ADM也可用于眼外科眼球摘除术后修复重建。ADM可修复眼眶软组织缺损，改善患者外观，同时可为后期植入的义眼提供良好的支撑[52]。除皮肤软组织缺损外，ADM还可用于腔隙性脏器的修复。Bassuner等[53]应用ADM成功治愈了40例因肺叶切除术导致膈肌缺损的患者，ADM的使用不仅可减少创伤，还可作为胸腔潜在感染可能情况下的替代治疗方案。

4 问题与展望

ADM表面的硅胶膜可以起到保护创面、缓解疼痛的作用，而其下层硅胶膜可重塑人体正常真皮结构，恢复皮肤完整性和功能，并达到较好的美学效果，因此适用于烧伤创伤、慢性创面、瘢痕及手外伤等的修复重建。ADM不仅能够改善患者的生活质量，还可简化手术流程，降低传统外科手术对患者造成的额外创伤，因此ADM在外科治疗中的应用越来越广泛，而其临床转化也具有更广阔的研究空间。然而，目前关于ADM的基础性研究还存在一定的局限性：①ADM涉及多种细胞的筛选与共培养[54]，胶原基质合成周期长、成本高；②ADM对于汗腺、毛发的再生和皮肤颜色的调控仍存在一定局限；③在临床应用中，ADM的促血管化时间平均为14 d，可能增加患者的住院时间和治疗费用；④ADM不能用于感染性创面，这显著限制了其在慢性创面中的应用。因此，未来对ADM促血管化机制及抗感染的研究也具有一定的积极意义。