动物瘢痕模型及其在激光治疗实验中的应用

王竞颜 综述 章一新 审校

【提要】 瘢痕是临床的一大难题，近年来激光治疗瘢痕逐渐成为临床的热点。动物模型能够帮助阐明瘢痕的潜在机制，探究激光治疗瘢痕的更多可能方法。本文就常用的动物瘢痕模型及其在激光治疗实验中的应用进行综述。

瘢痕是皮肤创伤修复的必然产物，但是瘢痕的病理性愈合难以避免[1-2]。目前，瘢痕依旧缺乏有效的、统一的治疗措施。传统的手术治疗、药物治疗、压力治疗、放射治疗、微创治疗等应用广泛。激光就是微创治疗的代表方式之一，是一种新型的治疗手段，已被广泛应用于治疗和预防瘢痕的产生。

1963 年，皮肤病学专家、激光医学奠基人Goldman 首次将激光应用于皮肤科领域。1983 年，Anderson 在《科学》杂志发表文章并提出了选择性光热作用（Selective photothermolysis，SPTL）理论[3]。选择性光热效应是选择性应用不同波长的光或非选择性的强脉冲光作用于皮肤组织中的水，血管中的血红蛋白、黑色素等，使之受到破坏，并且通过热作用促进胶原质及弹力纤维的形成。迄今为止，激光对瘢痕的疗效已经过了广泛的临床验证[4-7]，但其作用原理还未被完全阐明。要对此进行进一步研究，合适的动物模型是不可或缺的。

1 增生性瘢痕动物模型

增生性瘢痕是病理性瘢痕的一种，在组织学上有两项主要的特征：血管过度增殖和胶原沉积[8]。在激光治疗增生性瘢痕的过程中，以靶基为血红蛋白（破坏血管）与水（破坏含水的胶原）的激光为主。所以，其动物模型必须满足这两个条件，以下是目前常用的几种增生性瘢痕动物模型。

1.1 鼠类瘢痕模型

最常见的被应用于建立瘢痕模型的是无胸腺小鼠，先天性胸腺缺陷使其在一定情况下不排斥来自异种动物的组织移植，被广泛用于人类组织的移植与培养。多个研究证明，将瘢痕组织移植到裸鼠皮下能够保持一定的组织学特性和细胞学特性，并且其留存时间能够满足大多数治疗性实验的要求[9-11]。但这种建模方法无法模拟瘢痕的发生发展过程。杨东运等[12]用全厚人体正常皮肤覆盖裸鼠背部缺损，烫伤后同样能够产生与人体增生性瘢痕相似的瘢痕。此外，还有研究尝试在小鼠身上直接制造创面，添加外部张力或药物，同样可成功建立增生性瘢痕模型[13-14]。

1.2 兔耳瘢痕模型

兔耳瘢痕模型是目前最常用的增生性瘢痕模型，形成过程与人类增生性瘢痕相似，持续时间与兔平均寿命的比例也与人类相同，目前兔耳瘢痕模型因其易操作性与接近人类瘢痕形成过程的生长特性而被广泛应用。1997 年，Morris 等[15]发现在兔耳部位建立创伤模型后，兔耳真皮会过度增生。对此模型进行的系统研究确认，兔耳腹侧全层皮肤缺损后其瘢痕发生率约为70%，以兔耳腹侧面中部为著，增生组织最长持续时间超过伤口愈合后150 d。在机械创伤建模过程中，保留软骨，切除皮肤和软骨膜能得到较厚的、持续时间较长的瘢痕模型[16-18]。2017 年，Kloeters 等[19]证明兔耳上的烧伤后瘢痕比机械创伤瘢痕的瘢痕面积更大，增生指数更高。

作为增生性瘢痕模型，兔耳瘢痕模型在激光治疗实验中也有应用。2012 年，谭军等观察了点阵CO2激光治疗兔耳增生性瘢痕后治疗组与对照组成纤维细胞凋亡及VEGF 表达情况的变化。结果显示，点阵CO2激光治疗可促进兔耳增生性瘢痕软化、变平，瘢痕组织中成纤维细胞凋亡增加、VEGF的表达降低[20]。2017 年，Zhang 等[21]应用兔耳瘢痕模型探究了剥脱性点阵激光联合5-氟尿嘧啶对兔耳增生型瘢痕的治疗和持续效果，发现CO2激光与5-氟尿嘧啶的联合使用能够显著降低增生性瘢痕的厚度。

1.3 猪瘢痕模型

猪瘢痕模型是近年来得到普遍认可和研究的一种模型。猪的皮肤结构与人体皮肤十分相似[22-23]。2003 年，Zhu 等[24]证明了猪在深部皮肤创伤后出现皮肤内的椎体结构受损，并产生增生性瘢痕，且其病变组织与人类增生性瘢痕结构相似；其深层伤口愈合后瘢痕处收缩隆起、质硬且伴有色素沉着，类似于人类增生性瘢痕。其他很多实验都证明了猪机械创伤后瘢痕，在分子生物学与组织学层面，与人体瘢痕类似[25-28]。但相比于人类增生性瘢痕，杜洛克猪瘢痕模型的瘢痕不像人增生性瘢痕有明显的充血变红以及显著突出于皮肤表面的特点，其机械创伤浅层伤口基本能够正常愈合，深层伤口又会导致强烈的挛缩和伤口面积缩小，这或许和猪的自身修复能力较强及炎症反应较弱有关[25]。2006 年，Cuttle 等[29]建立了猪烫伤后增生性瘢痕模型，观察了组织中多种细胞因子的产生情况后，认为猪增生性瘢痕与人体相似。

利用这个模型，Rodriguez-Menocal 等研究了CO2点阵激光和铒激光在猪增生性瘢痕模型上的作用。他们使用烙铁建模，在建模后第70 天分别使用CO2点阵激光和铒点阵激光进行治疗。结果显示，CO2点阵激光治疗的瘢痕有深而广的皮肤重塑区域，而铒激光治疗过的瘢痕皮肤重塑更加彻底。认为可能是因为CO2激光比铒激光有更强的热弥散作用[30]。

2 挛缩性瘢痕动物模型

挛缩性瘢痕是以其引起的功能障碍特征命名的瘢痕。多见于深度烧伤愈合后，由于瘢痕收缩导致外形改变和功能障碍。长期的瘢痕挛缩可影响骨骼、肌肉、血管、神经等组织的发育[31-32]。挛缩性瘢痕往往伴随着大量的无序胶原沉积与瘢痕的形状变化，目前只有猪模型能产生类似的瘢痕。

杜洛克猪模型与人体病理性瘢痕具有同样的病理特点：过度色素沉着，伤口边缘伴有明显的病理性收缩和紊乱的胶原沉积。杜洛克猪创伤后瘢痕模型的皮肤同样表现为强烈的瘢痕挛缩和面积减小，即使大面积的创面，也能够收缩至近似线性，这能够部分模拟人体瘢痕挛缩的情况[24，26－27]。此外，在临床上面积较大的烧伤创面常需采用植皮治疗以减少暴露面积，植皮后的皮片往往伴随着面积的挛缩，猪身上也能够建立相应的模型。Branski 等[33]在大白猪身上建立了相应的模型，并观察到与人体相似的植皮后常见的瘢痕挛缩，证明了这个模型的可行性。

2017 年，Bailey 等[34]在杜洛克猪背上用烙铁建模后，进行网状植皮，发现CO2点阵激光治疗能够明显抑制瘢痕挛缩，而PDL 有轻度的抑制瘢痕挛缩的作用。DeBruler 等[35]在雌性杜洛克猪身上制造了全层皮肤的热损伤，并在清创后植皮，验证了脉冲叠加不能明显增加点阵激光的作用深度；此外，激光会上调部分炎性因子的基因表达，并在1 周后恢复正常。

3 其他类型瘢痕动物瘢痕

临床上常见的瘢痕种类还有早期瘢痕与线性瘢痕。线性瘢痕常见于外伤与外科手术缝合后，探究激光干预是否会影响早期线性瘢痕的预后也是目前研究的热点。Baca 等[36]在尤卡坦小型猪身上建立了早期线性瘢痕模型，并在早期进行CO2点阵激光治疗。结果显示，CO2激光治疗早期手术切口并不能显著减少瘢痕形成。此外，目前尚有一些其他动物模型被应用于激光治疗的研究，这类模型不能称为瘢痕模型，但通常具有比较明显的某一类特征性结构，比如活体鸡绒毛尿囊膜（CAM）模型、小鼠颊囊模型等。这两个模型均不属于瘢痕，但具有部分瘢痕的特征结构，都有明显的血管结构和相对透明的视野，可以较好地观察血管的收缩情况，能够应用于以血管特征为主的早期瘢痕的研究[37-38]。

4 小结

经过广泛的文献对比能够得出以下结论：如果所设计的激光实验需要验证激光对增生性瘢痕的治疗效果，兔耳模型是一个较好的选择。因为实验兔价格低廉，繁殖和生长快速，兔耳瘢痕模型制备难度较小，材料易得，并且外观、生理特征都与人体增生性瘢痕类似；如果实验需要验证激光治疗挛缩性瘢痕、线性瘢痕等的治疗效果，猪瘢痕模型实用性较高，因为猪模型最接近人体，有构建多种瘢痕模型的潜力，并且最为稳定。动物模型有助于进一步研究激光对瘢痕的治疗原理，为激光在瘢痕治疗上的进一步应用奠定基础。实际应用中，需要根据研究的项目和现有条件综合对比，以选择最为合适的动物模型。