间充质干细胞在创伤愈合过程中抑制瘢痕形成的作用机制

武艳 张哲 杨岚 罗海龙 李鲁新 袁晓环

[摘要] 瘢痕是皮肤受到严重损伤后组织修复的一个必然结果，既影响美观又损害了皮肤组织的正常功能，其特点是过多的细胞外基质沉积。近年来，研究发现间充质干细胞可以通过免疫调节、中和活性氧、分泌抗纤维化的细胞因子和生长因子、调节成纤维细胞、促进血管再生以及分化为各种皮肤细胞等参与正常的皮肤创伤修复，已达到对皮肤瘢痕抑制和修复的作用。因此，干细胞有可能成为促进皮肤无瘢痕创伤修复的一种新的细胞疗法。

[关键词] 间充质干细胞；瘢痕；细胞疗法；创伤修复

[中图分类号] R619.6 [文献标识码] A [文章编号] 1673-7210（2016）03（c）-0047-04

[Abstract] Scars are a consequence of cutaneous wound healing that can be both unsightly and detrimental to the function of the tissue. Scar tissue is generated by excessive deposition of extracellular matrix. With the fast development of stem cell technology， the cell therapy for the wound repair is of increasing interest to experts and scholars. These cells participate in attenuating inflammation in the wound and reprogramming the resident immune and wound healing cells to favor tissue regeneration and inhibit fibrotic tissue formation. This review identifies specific mechanisms by which mesenchymal stem cells can limit tissue fibrosis and summarizes recent studies where these cells have been used successfully to limit scar formation.

[Key words] Mesenchymal stem cells； Scar； Cell therapy； Wound repair

瘢痕是機体在各种创伤后愈合修复过程的一种必然产物，是各种组织器官修复后均可发生的一种常见并发症，因此适度的瘢痕形成是机体修复创面正常的表现，但如果过度增生则属于病理性改变的范畴。在身体的任何部位都可以看到瘢痕的产生，而在临床最为常见的瘢痕即为皮肤瘢痕，当皮肤组织在受到较重的创伤后，其本身无法达到完全自我修复，导致了瘢痕的形成，使大量的细胞外基质（excess extracellular matrix，ECM）积聚在真皮组织内。皮肤瘢痕形成除妨碍外观外，还会影响皮肤的正常生理功能，因为在瘢痕组织不具有正常组织内的一些结构包括皮脂腺、毛囊以及神经感觉受体等[1]。另外瘢痕组织本身缺乏弹性，抗拉强度仅为正常组织的80%左右，极易受到二次伤害。在现代社会中，随着经济的快速发展和生活水平的持续提高，人们对于自身外貌的要求也更加关心，对治好病理性瘢痕的欲望也更强烈。为此，研究病理性瘢痕课题并进一步促进瘢痕问题的解决也是医学领域的重要工作以及医学工作者关注的焦点之一。

随着干细胞领域相关技术的发展以及对干细胞认识的逐渐深入为解决这一临床难题带来了希望，是当今医学研究最前沿也是最热门的方向之一，发展迅猛。尽管干细胞技术目前大多还处于基础研究阶段，在转化医学的进展中也尚不完善，最重要的影响因素是干细胞研究及其相关技术所涉及的伦理、社会、法律、医学、神学和道德问题，但因为其自身的许多特性，对于人们认识其自身生长、发育、分化、遗传等基本生命规律、了解生理病理过程及其基本规律有重大意义，还能为各种难治性人类疾病的治疗提供新的策略与新的视角，因此近年来对于干细胞研究几乎涉及了所有的生命科学和生物医学领域。目前，在人体内已经发现有多种成体干细胞，如胚胎干细胞、骨髓间充质干细胞（mesenchymal stem cells，MSCs）、脂肪干细胞等等，这些干细胞在细胞治疗、基因治疗、组织器官移植、药学研究等许多领域的应用产生了重要的影响，并将再生医学的全新治疗模式引进现代医学。研究发现，MSCs具有通过促进创伤愈合、抑制瘢痕形成等治疗创伤性疾病奠定了基础[2]。本文将对MSCs促进创伤修复、调节组织功能性再生，以达到抑制瘢痕形成的机制作一综述。

MSCs是一种起源于中胚层的成体干细胞，存在于骨髓、胚胎、滑膜、脂肪、羊水等多种组织和脏器中，而在骨髓组织中含量最高。由于MSCs的来源广泛，体外的分离、扩增、培养及鉴定等方法也存在一定的差异，因此，国际细胞治疗学会（International Society for Cellular Therapy，ISCT）对于MSCs的界定制订了3条基本标准[2]：①在MSCs呈贴壁式生长；②表面标志物特征：CD105、CD73和CD90等为阳性，而绝大多数CD45、CD34、CD79a、CD19及人类白细胞DR抗原等阴性；③多向分化潜能：具有成骨、成脂、成软骨的分化能力。最近的研究发现，MSCs可发挥营养性的功能促进组织再生，如促进血管再生、调节炎性反应等等。在创伤发生时，MSCs能够及时作出反应，并调节创伤处的细胞及生化分子。MSCs能够感知来自创伤处的信号，并在迁移到炎症区域后表达各种各样的趋化因子受体；其次，MSCs本身对于创伤处各种细胞因子也具有一定的趋化性，包括血小板来源的生长因子（platelet derived growth factor，PDGF）、肿瘤坏死因子-α（tumor necrosis factor α，TNF-α）、胰岛素样生长因子-1（insulin-like growth factor 1，IGF-1）以及白介素-8（IL-8）等，这都说明MSCs或者是类似MSCs的细胞如周细胞等会迁移并参与组织损伤修复过程[3]。在动物实验中也发现，通过尾静脉移植同种MSCs后，MSCs有能力归巢至组织损伤部位。在创伤修复过程中，MSCs还能够调节侵入到损伤部位的白细胞。当MSCs进入炎症环境后，炎症因子γ干扰素（interferon γ，IFN-γ）、TNF-α以及转化生长因子β1（transforming growth factor β1，TGF-β1）等会激活MSCs的免疫调节表型[4]。MSCs调节T细胞的募集、增殖和活性的作用已经被证实，也有证据表明MSCs也能够抑制B细胞和自然杀伤细胞的增殖，以达到减轻炎症的作用[3]。通过减轻这些细胞的作用功能来缩短炎症期，MSCs就可能能够减轻促纤维化反应。对于MSCs抑制纤维化和瘢痕组织的形成的具体作用机制，在以下部分进行进一步的讨论。

1 免疫调节作用

在组织损伤发生后，伤口处炎症环境直接刺激MSCs发挥其特有的免疫调节作用，包括增强环氧合酶2的活性，上调前列腺素E2（prostaglandin E2，PGE2）等[5]。尤其应注意PGE2的重要作用，在创伤处，MSCs通过抑制IL-2表达[6]以及抑制T细胞有丝分裂和增殖等发挥免疫调节作用，而PGE2则可调节这一过程[7]。同时PGE2也是促进了Th1向Th2的转化的一个主要因素，并且在效用T细胞的的作用下，可抑制INF-γ表达以及上调了IL-4的表达[8]。而INF-γ与IL-4表达比值的降低与巨噬细胞的激活存在相关性，也促进了创伤愈合过程增殖阶段间充质细胞的活性[9]。PGE2与其他免疫细胞相互作用也引起了其他的纤维化效用。在PGE2的影响作用下，T细胞和巨噬细胞开始重新编程并开始表达高浓度的IL-10。在对皮肤无瘢痕修复的研究中发现IL-10参与了此过程，并且发现如果将IL-10敲除后，就无法达到无瘢痕修复的目的[13]，但其过量表达则会明显抑制瘢痕的形成[14]。那么，IL-10促进无瘢痕愈合的机制是怎样的呢？IL-10是重要的抗炎因子，可以通过抑制免疫细胞达到抗炎的作用[12]。MSCs抑制中性粒细胞侵入到伤口处，以防止嗜中性粒细胞释放的活性氧（reactive oxygen species，ROS），进一步引起机体组织氧化损伤；IL-10也可通过直接下调巨噬细胞和T细胞中TGF-β1的表达、重新编码成纤维细胞、上调基质金属蛋白酶（matrix metalloproteinases，MMPs）的表达、下调胶原的表达促进细胞外基质的重塑以达到纤维化的目的[13]。除此之外，IL-10发挥作用的一个可能因素是通过减少促炎因子IL-6及IL-8的表达来达到抑制胶原过度沉积的目的[10]。由上可见，IL-10在创伤修复的过程中促进伤口从炎症期向增殖期转变（因为炎症是纤维化发生发展过程中起重要因素），从而减少瘢痕的产生。

2 MSCs分泌的一氧化氮中和活性氧

在创伤开始的炎症期，中性粒细胞分泌胶原过度沉积的增强剂如超氧化物、过氧化氢以及烷基过氧化物等大量的ROS。ROS的主要作用是对膜磷脂产生氧化作用以及通过对TGF-β1的诱导从而促进纤维化的发生。另外，MSCs促使ROS转变为活性氮分子（reactive nitrogen species，RNS），如过氧硝酸盐等。RNS也是氧化物和细胞毒素的混合物，但ROS相比较而言其反应缓慢得多，也尽量避免了对DNA和膜磷脂的损伤，从而抑制纤维化的发生[15]。MSCs也可以促进氧化氮合酶的产生，通过改变ROS/RNS的平衡来有效地抑制纤维化组织的形成[16]。

3 MSCs分泌具有抗纤维化生长因子

研究表明，MSCs可分泌各种细胞因子和生长因子，一些因子具有抗纤维化的作用，如肝细胞生长因子（hepatocyte growth factor，HGF）、IL-10以及肾上腺髓质素等[17]。IL-10抗纤维化的作用在上述已有叙述，在此不再赘述。HGF在减轻纤维化以及抑制皮肤瘢痕形成的机制主要包括以下几个方面：①对成纤维细胞功能的调节：在HGF的存在的情况下，HGF受体通过绑定中和了TGF-β/Smad信号通路的下游的信号级联反应，抑制了SMAD3蛋白的促炎基因的转录因子作用，成纤维细胞下调TGF-β1、Ⅰ型和Ⅲ型胶原的表达；HGF还可以刺激成纤维细胞MMP家族MMP-1、MMP-3及MMP-13表达的上调，促使ECM发生逆转[18]。②HGF通过促进角化细胞的迁移增殖[19]，并上调血管内皮生长因子A（vascular endothelial growth factor-A，VEGF-A）的表达[20]，促使创伤处生成高质量的并且血运丰富的肉芽组织，促进伤口的上皮化的形成[19]。③HGF抑制各种来源的肌成纤维细胞的分化：HGF可以抑制创伤处的成纤维细胞向肌成纤维细胞分化[21]。肌成纤维细胞可以加速创伤愈合，使伤口面积缩小，有利于损伤皮肤的重新上皮化[1]，但这对于创伤修复来说是非必要的，因为已经有研究表明胎儿的创伤修复并没有肌成纤维细胞的参与[22]，也不会形成皮肤瘢痕。

4 调节皮肤成纤维细胞的数量及功能

在创伤修复的增殖阶段，成纤维细胞的从伤口边缘迁移到创伤处发挥作用，首先形成肉芽组织，并重塑基质产生新的真皮组织。其他来源的成纤维细胞也发挥同样的作用。创伤修复中，刺激大量的TGF-β1产生，促使血管内皮细胞向间质细胞转化即上皮间质转化（epithelial-to- mesenchymal transition，EMT），而产生新的肌成纤维细胞[23]。当在外界因素的作用下，使炎症期延长基质无法快速地转变为肉芽组织，附近的纤维细胞也会迁移到伤口处，当周围环境TGF-β1和T细胞浓度升高，纤维细胞会迅速的分化为肌成纤维细胞[24]。在创伤修复过程中，皮肤恢复其完整性必须要有成纤维细胞的参与，但是这些成纤维细胞会产生过多的ECM，从而导致瘢痕的产生。在创伤处的MSCs通过分泌的生物活性分子包括HGF、PGE2等可以抑制血管内皮细胞EMT，也可以抑制肌成纤维细胞的分化。另外，在修复过程中，MSCs还可通过旁分泌分泌生物活性因子促进成纤维细胞的功能[25]。以上研究表明，MSCs作用于损伤处的成纤维细胞来调控细胞外基质的产生，使损伤皮肤的修复更接近于正常皮肤。

5 MSCs促进组织的血管再生及血管稳定

任何创伤修复过程包括炎症阶段、上皮形成期、成熟期等都必须依靠新生的毛细血管和结缔组织即肉芽组织的增殖和修补来完成，在增殖阶段，血管再生可为肉芽组织形成提供营养。在血管系统重塑的过程中，除巨噬细胞及成纤维细胞外，MSCs也会分泌促進血管化的细胞因子包括成纤维细胞生长因子、VEGF-A等，促进微血管内皮细胞的增殖、迁移以及分化[26-27]。另外，MSCs还可通过旁分泌（如分泌肾上腺髓质素等）来促进血管的稳定保护脉管系统[17]。

6 MSCs可分化為各种皮肤细胞

MSCs都具有典型的成骨、成脂及成软骨的分化能力，这也类似于在创伤部位各种来源的成纤维细胞向肌成纤维细胞转化一样[28]，是一个表型的转化。最近在组织损伤修复领域中一些相关的研究文献表明，MSCs可分化为各种皮肤细胞，包括表皮细胞、角化细胞、小血管内皮细胞等[29]，直接参与到表皮和真皮结构再生过程，达到促进皮肤创伤愈合的目的。

尽管MSCs的应用无法复制胚胎式的创伤修复，而使成人的创伤修复达到无瘢痕的完美修复，但它仍然可存在巨大的治疗潜能。而在皮肤创面修复愈合过程中，通过抑制皮肤瘢痕的形成达到提高创面愈合质量已成为当前皮肤再生修复研究的新目标，此时，MSCs巨大的治疗潜能则成为抑制皮肤瘢痕形成的新策略，为创面修复提供一种新的视角和治疗手段。

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（收稿日期：2015-12-15 本文編辑：任 念）