小肠黏膜下层在组织修复重建中的应用*

王付燕 陈红梅

（山东大学，1 齐鲁医院眼科，2 齐鲁医学院，济南 250000）

小肠黏膜下层（small intestinal submucosa，SIS）是通过机械方法去除猪小肠的黏膜层和肌层而获得的一层厚约100 μm的胶原基质，由高度保守的胶原、糖蛋白、蛋白多糖以及糖氨聚糖组成[1]。SIS有利于细胞粘附生长、增殖并诱导组织再生，再生的组织结构是重塑而不是瘢痕形成[2]，因而广泛应用于皮肤、腹壁、膀胱、尿道、眶壁、阴道、骨膜等多种组织的修复重建[3-5]以及神经、血管、心瓣膜、骨、肌腱、韧带、食管、皮肤、半月板、硬脑膜、脂肪等组织工程支架材料[6-8]。美国食品和药物管理局已批准其用于临床组织器官的修复重建，包括心脏室间隔缺损、颈动脉、疝、肛瘘以及肌腱修补、硬脑膜移植和泌尿道重建等[9-10]。

1 SIS的生物学特性

SIS含有成纤维细胞生长因子（fibroblast growth factor-2，FGF-2）、转化生长因子（transforming growth factor-beta，TGF-β） 和血管内皮生长因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）等[11]多种生长因子，对上皮细胞、血管内皮细胞等多种细胞具有刺激生长、促进分化作用，经消毒冻干处理后仍可保留生长因子的生物活性[11-12]。SIS不含细胞成分，为宿主细胞提供附着和迁移的自然环境，促进组织生成及功能恢复且不引起免疫排斥反应。Badylak等[13]将NIH 3T3成纤维细胞、原代人成纤维细胞、角化细胞、人微血管内皮细胞及胰岛细胞等分别在SIS上单独或与其它细胞共培养，所有细胞均能在SIS上生长增殖。SIS具有良好的生物安全性，经适当的机械和化学方法处理，能安全地应用于体内[14]。还具有一定的抗微生物特性并能在体内缓慢降解，降解产物无毒性。研究还发现SIS具有内在的抗凝血活性[15]，使部分凝血活酶时间延长（14.30±1.54）s，抑制内在凝血途径。肝素/硫酸乙酰肝素的存在赋予SIS良好的血液相容性，SIS是一种具有抗血栓特性的生物材料，在心血管疾病的治疗中具有很好的应用价值。Sun等[16]将脱细胞SIS 经冷冻保存、碳二胺盐酸盐交联等方法重塑为海绵状，支架呈蜂窝状、具有大量均匀一致的孔隙，立体环境能为种子细胞提供足够的生长空间和机械支撑。Huang等[17]研究表明SIS与碳二胺盐酸盐交联后具有更强的机械强度以及更优越的细胞相容性。通过人为加工处理增强SIS的生物学特性，拓展了SIS的应用空间。

2 SIS在组织修复重建中的应用

2.1 SIS用于泌尿生殖系统的重建

SIS作为天然的细胞外基质材料在膀胱成形术、输尿管重建、压力性尿失禁和子宫颈阴道的修复方面已广泛应用。动物实验表明SIS与泌尿道上皮细胞、膀胱平滑肌细胞、内皮细胞以及周围神经细胞具有良好的组织相容性，SIS复合尿道上皮细胞能够促进尿道上皮及新生血管形成，、平滑肌增生[18-19]。Wang和Liao[20]将SIS用于兔膀胱壁的重建，术后24周组织学检查发现，诱导再生的膀胱组织含有具有与正常膀胱相似的黏膜下层、平滑肌、浆膜3层结构，再生膀胱组织的自动节律性和收缩性与正常膀胱相比差异无统计学意义。已有实验证明人膀胱上皮细胞和平滑肌细胞能粘附于SIS并呈多层生长[21]。Ding等[22]采用腹腔镜联合SIS移植治疗子宫颈和阴道发育不全或功能障碍病人，结果发现子宫颈、阴道重建，术后几乎没有宫颈粘连或者阴道狭窄等并发症发生。Li等[23]报道间充质干细胞（mesenchymal stem cells，MSCs）与SIS联合能够获得上皮细胞表型并促进阴道组织重建。

2.2 SIS用于消化道的修复

随着SIS在组织工程领域的逐步应用，它也逐步被用于食管、胃、肠等消化道组织的损伤修复。Tan等[24]将SISCu复合材料用于修复缺损食管，促进了食管上皮、血管和肌肉的再生。SIS虽然具有一定的机械强度，但其用于全层食管全层损伤的修复仍具有一定的局限性，Syed 等[25]报道经SDS/Triton X-100处理的管状SIS可以降低移植排斥反应的发生，增强SIS的机械特性，促进食管的修复重建。Fan等[26]提出合成聚酯类生物材料（3-羟基丁酸与3-羟基己酸共聚酯，丙交酯与乙交酯共聚合物）能增加SIS的机械强度，为全层食管损伤的修复提供了新的方案。Nakatsu等[27]将MSCs与SIS联合培养用于动物胃缺损的重建，发现SISMSCs复合物能够强促进大鼠胃药理和电生理学功能的恢复，并诱导成纤维样细胞生长，从而促进了胃的修复再生。

2.3 SIS用于腱膜组织的重建

早期血管化不足是移植后腹壁缺损治疗失败的主要原因，SIS所含VEGF能够促进新生血管生成、细胞浸润和宿主组织长入支架材料。有学者[28]利用多壁碳纳米管作为VEGF的载体与SIS 结合以维持VEGF在腹壁缺损重建过程中的持续释放，从而促进早期血管化的形成，提高腹壁缺损治疗成功率。增强再生腹壁的机械强度以防止疝气发生是利用组织工程重建腹壁的重点。Song等[29]将腱细胞种植在SIS上重建大鼠模型的腹壁缺损，5～9周时发现复合材料逐渐被宿主新生组织替代，再生腹壁结构完整、无疝气、粘连和感染等并发症发生。韩超前等[30]再次强调SIS修复的缺损腱鞘能有效防止肌腱粘连，提示SIS修复腱膜组织损伤取得较好的效果，为SIS临床治疗腱膜组织损伤奠定了理论基础。

2.4 SIS用于心血管系统的修复

SIS富含大量的胶原蛋白和生长因子，能促进收缩蛋白的表达从而提高心脏生理收缩速度，有研究者提出SISMSCs复合支架能够降低心血管系统的免疫反应，为心血管系统疾病的治疗提供新的思路[31]。Zafar等[32]将SIS制成管式三尖瓣用于修复绵羊心脏瓣膜缺损，植入绵羊体内8个月后发现SIS生物瓣膜具有与正常生物瓣相似的结构和机械性能，并且没有炎症反应和钙化的发生。在SIS修复羔羊肺动脉缺损的实验中，重建的肺动脉腔内皮细胞化并有平滑肌细胞形成[33]。Rong等[34]将内皮祖细胞（endothelial progenitor cells，EPCs）与SIS体外混合培养，SIS能显著的促进EPCs体外增殖并形成腔状结构，此实验表明SIS负载EPCs用于人工血管的再建具有一定的可行性。

2.5 SIS用于皮肤再生

组织工程皮肤是当前研究的热点之一，寻找具有更高生物活性和安全性的皮肤覆盖物是研究的重点关键。黄伟锋等[35]报道机械-化学法以及机械-酶消化法制备的SIS具有良好的生物相容性以及免疫原性，通过复合成纤维细胞可构建真皮替代物，提出SIS因而可作为构建组织工程化皮肤细胞载体的选择。Sun等[16]报道脱细胞SIS经碳二胺盐酸盐交联后结构合理、柔韧适度，可作为组织工程皮肤支架材料。研究表明SIS 覆盖皮肤缺损创面可以减少创面出血和渗出，促进血管内皮细胞增殖和新生血管生成，从而加快创面愈合、提高伤口愈合率[36]。Huang等[37]提出SIS支架复合脂肪干细胞有望为全层皮肤的构建提供新的方向。

2.6 SIS用于板层角膜重建

组织工程人工角膜是当前眼科界研究的热点，理想的支架材料是关键要素。Ana等[38]报道Triton X-100处理的SIS在有效脱除细胞成分的同时能完整的保留胶原等细胞外基质，为SIS安全有效的用于组织工程板层角膜的重建奠定了理论基础。贾晓静[39]将兔角膜内皮细胞与SIS联合培养构建角膜后板层，兔角膜内皮细胞可在SIS上粘附生长，表现出良好的生物相容性，提示SIS可作为角膜内皮细胞的载体材料。Goulle[40]将猪SIS用于106例狗和猫的角膜修复，术后观察3个月发现实验动物的视力均得以保留，仅5例狗的角膜因明显色素沉着导致视觉障碍。SIS具有良好的生物相容性、机械性能以及低免疫原性等特点是作为组织工程板层角膜良好的支架材料的理论和实践基础，有望为角膜疾病患者提供复明的机会[41-42]。

2.7 其他

随着SIS研究的逐步深入，其用于组织修复重建的领域得到也不断的扩展。Choi等[43]将SIS用于瘢痕性声带的再生、获得满意的效果。有学者进一步研究发现SIS负载肝细胞生长因子（hepatocyte growth factor，HGF）、促进损伤声带的功能性重塑[44]。D’Eredità[45]报道SIS用于儿童鼓膜成形术即安全又有效而且能缩短手术治疗时间。Shim等[46]提出SIS能够诱导周围神经的再生，这一发现对临床神经损伤患者的治疗具有重要的意义。Zhang等[47]报道SIS与牙髓干细胞（dental pulp stem cells，DPSCs）体外共培养条件下有良好的生物相容性，作为支架材料对于 DPSCs 有较好的牙向诱导作用。

SIS作为一种天然细胞外基质类材料，具有良好的生物相容性、机械性能以及低免疫原性等特点。采用不同的方法将SIS加工成海绵状、管状、复层，或与碳二胺盐酸盐交联，借助多壁碳纳米管负载VEGF等可显著提高SIS的生物学特性，使SIS的应用领域和范围得到不断地拓展。SIS用于组织器官修复重建的前景较为广阔光明，但仍存在一些不足：如何筛选合适的制备方法，以最大程度保留SIS的生物学功能仍需进行深入的研究和探讨；异种SIS本身为不含细胞的细胞外基质，但是其移植后的生物安全性问题也需进一步研究；移植成功的关键取决于材料降解速度与组织重建速度的平衡，如何控制SIS的降解速度使其释放的细胞因子更好促进细胞的粘附与增殖仍需要深入探讨；SIS对组织修复和重建的长期效果还有待进一步观察。