成纖維細胞在皮膚創傷修復中的作用研究進展

李文殊，許宇餃，卓雅婷，劉蘊瑤，強磊

(中國藥科大學，江蘇 南京 211198)

傷口愈合主要是指皮膚在受到外界物理傷害的情況下，進行的創面修復過程，皮膚損傷修復對人類的健康至關重要。在公元前3200至公元前300年，古埃及就已存在治療皮膚創傷的方法[1]。至今，研究者們對皮膚損傷愈合過程中不同細胞之間的相互作用、不同細胞分泌的生長因子以及細胞因子等進行詳細研究。皮膚的構成很復雜，主要包括表皮細胞、成纖維細胞和血管內皮細胞等[2]。在過去的幾十年中，成纖維細胞的調節作用在皮膚創面修復中被普遍接受。成纖維細胞是一類具有肌纖維母細胞表型的細胞，因此具有特殊的收縮特性，對于皮膚創面愈合期間結締組織的生成和重塑至關重要[3]。其活化形式為肌成纖維細胞(myofibroblast)，同時具有成纖維細胞和平滑肌細胞的特性，有研究表明肌成纖維細胞是造成傷口收縮的原因[4]。在量化肉芽組織中成纖維細胞后，顯示成纖維細胞的數量與傷口收縮率成正比。雖然目前對于其在傷口愈合中的發生、發展過程有一定的認識，但是人們對成纖維細胞在傷口損傷愈合中的具體機制仍不清晰，本文主要介紹成纖維細胞在皮膚創面愈合中的作用[5]。

1 成纖維細胞的概述

成纖維細胞主要分為3種類型，分別為原型成纖維細胞、原肌成纖維細胞、肌成纖維細胞。下文簡述了這3種細胞的增殖和轉化過程。

成纖維細胞存在于人體的多種器官內，通常是未活化的形式——原型成纖維細胞(fibroblast)。它來源于胚胎時期，在生長過程中，逐漸分化成真皮組織中的成纖維細胞，并且主要負責細胞外基質(extracellular matrix,ECM)分子的產生和募集[6]。成纖維細胞在受到刺激后會分化成為原型肌成纖維細胞(proto-myofibroblast)，原型肌成纖維細胞為存在于原型成纖維細胞與肌成纖維細胞轉化過程中的中間形式[7]。在組織受損的初始階段，損傷部位會分泌相關炎癥因子，如TGF-β1、PDGF等，刺激成纖維細胞分化為原型肌成纖維細胞，有研究發現該階段的成纖維細胞表達纖連蛋白(ED-A、ED-B)、黏著斑及應激纖維[8]，但是不表達α肌動蛋白(α-SMA)。此階段的鑒定方法除光鏡觀察外，目前只能通過免疫組化ED-A、FSP-1檢測。

在損傷的中后期，原型肌成纖維繼續分化成為肌成纖維細胞(myofibroblast)，肌成纖維細胞最主要的特點為其分化后不只表達ED-A、ED-B，同時表達α-SMA[8-9]，因此免疫組化α-SMA、ED-A、ED-B及為此種細胞的鑒定方法，同時在光鏡下觀察具有微絲束，以及與周圍細胞外基質之間的纖維連接。肌成纖維細胞通過這些纖維連接與其他種類的細胞連接在一起，形成構成ECM的特定連接復合體。同時其表面存在的成熟的黏著斑使它們能夠牢固地附著、收縮和重塑ECM，此階段特定表達的肌動蛋白也成為傳遞組織間機械力的主要成分[10]。進一步完成損傷后的組織修復過程。

2 皮膚損傷修復的概述

皮膚是人體最大的器官，其主要分為表皮層及真皮層兩個部分，這兩個部分由多種細胞構成，如表皮細胞、血管內皮細胞、成纖維細胞、免疫細胞、角質形成細胞、脂肪細胞等。這些細胞相互關聯共同維持皮膚的穩態，成纖維細胞是構成皮膚真皮部分的主要細胞類型，與在其他組織中的類似，主要起到組織支撐的作用，在皮膚創面修復以及皮膚衰老過程中占主導地位[11]。

皮膚損傷修復主要分為炎癥階段、組織形成、基質重塑三個階段。皮膚損傷后的1～5 d后即炎癥階段，此時起主要作用的細胞為中性粒細胞及巨噬細胞，他們分泌各種炎癥因子及細胞因子，如TNF-α、IL-6等[12]，從而使傷口處產生先天性免疫反應。同時中性粒細胞和巨噬細胞在該階段會分泌VEGF、TGF-β等因子[13]，來促進下一階段所需細胞的募集及增殖。

在損傷的第3至10天，為損傷修復的組織形成階段，損傷組織處的細胞因子將血管內皮細胞、成纖維細胞等募集到傷口處后，在細胞因子IFN-γ、TGF-β等的調節下，進行再上皮化、血管形成及臨時基質(肉芽組織)的生成，該階段各類細胞大量增殖及分化[14]。

臨時基質形成后，皮膚表面創傷基本愈合，進入基質重塑階段，該過程最長可以持續1年，此時，上一階段大量增殖的細胞開始凋亡[15]，成纖維細胞活化后產生的細胞外基質成分發生變化、血管生成過程減慢、代謝活動逐漸停止，直至皮損傷修復過程終止。

3 成纖維細胞與皮膚損傷修復之間的關系

在皮膚受到急性損傷或燒傷后，在多種細胞的協同下，修復過程開始，此時，真皮中的成纖維細胞開始增殖、遷移到傷口處，并在傷口處激活、形成細胞外基質，重塑傷口床[16]。下面簡單介紹成纖維細胞的不同行為如何影響皮膚損傷修復，及相關促進皮膚損傷修復的治療策略。

3.1 成纖維細胞增殖在皮膚損傷修復中的作用 在正常皮膚中，成纖維細胞的數量基本維持恒定。在損傷后，其通過旁分泌及自分泌的方式，促進相鄰組織中的成纖維細胞從原本的G0期進入到增殖期，以增加傷口處成纖維細胞的數量[17]。此時損傷修復處于炎癥階段，此時中性粒細胞等炎癥細胞分泌成纖維細胞生長因子(fibroblast growth factor，FGF)等細胞因子來促進間充質細胞轉化成為成纖維細胞[18]，并大量增殖。研究表明傷口損傷時FGF通過影響PI3K/Akt及FAK/ERK1通路來刺激成纖維細胞的增殖，進而促進再上皮化進程、加速傷口愈合[19]。目前研究顯示一些非甾體類藥物在傷口愈合的炎癥階段，可以調節成纖維細胞的增殖活性，從而影響損傷修復的再上皮化過程[20]。

成纖維細胞作為真皮的組成部分之一，在損傷修復過程中除了受炎癥細胞的影響外，同時也受到上皮細胞、血管內皮細胞等其他類型細胞的影響[21]。上皮細胞及角質細胞在損傷初期會釋放IL-1、IL-6等細胞因子[22]，一方面通過促進FGF7、KGF等生長因子的自分泌，另一方面通過調節TGF-β/MAPK信號通路促進其增殖[23]。最新研究表明，角質形成細胞在受到損傷后分泌的IL-1α增加，在促進皮膚成纖維的增殖基礎上，與IL-7協同作用，通過促進毛囊干細胞的增殖及增加膠原蛋白的表達，加速傷口愈合。在使用IL-1拮抗劑處理時，創傷處免疫細胞及角質形成細胞分泌的細胞生長因子減少進而抑制成纖維細胞的增殖[24]，導致損傷修復速度減慢。

同時大量研究表明成纖維細胞增殖也會導致角質細胞分化。在給予雄激素后，成纖維細胞中的AREG(amphiregulin)、EREG(epiregulin)、FGF10、IGFBP(insulin-like growth factor binding protein)的表達量顯著增加， 通過增加角質細胞上成纖維細胞的相應受體數量，導致角質細胞分化增加，加快損傷修復的進程[25]。

3.2 成纖維細胞遷移在皮膚損傷修復中的作用 在損傷修復過程中，成纖維細胞的遷移與增殖幾乎在同一階段發生，其主要發生在損傷修復的臨時基質形成前期，這與炎癥細胞與上皮細胞分泌的趨化因子有關，在損傷后，炎癥細胞不止分泌促進增殖的FGF、EGF，同時分泌TGF-β、TNF-α、CXCL1等趨化因子，促進成纖維細胞及上皮細胞遷移至損傷處。目前研究顯示降低炎癥細胞CXCL1、CXCL10、TGF-β、IFN-α等趨化因子的表達[26-27]，進而影響成纖維細胞遷移至損傷處，延緩損傷修復的速度。同時最新研究顯示在抑制了CXCR3的表達之后，成纖維細胞在損傷處累積增加[28]。再上皮化是該階段的重要環節，其中上皮間質轉化作為影響皮膚損傷修復的再上皮化的主要過程，當成纖維細胞遷移至傷口處時會通過Wnt/β-cadherin通路調控Twist1及Twist2的表達進而促進該過程。有研究顯示，皮膚上皮間質轉化相關基因ZEB1敲除小鼠，與正常小鼠相比成纖維細胞遷移的速度慢減，同時通過與E-cadherin的啟動子結合，抑制成纖維細胞與上皮細胞之間的協作，進而使再上皮化減慢[29]。

3.3 成纖維細胞活化在皮膚損傷修復中的作用 成纖維細胞活化成原肌成纖維細胞及肌成纖維細胞的過程在眾多的損傷修復過程中均有研究，在皮膚損傷修復過程中也具有重要作用。肉芽組織的形成以及細胞外基質的重塑，均與其活化過程有關[30]。在炎癥階段結束后，傷口床處的成纖維細胞數量達到峰值，與此同時，成纖維細胞開始進行激活。首先，在TGF-β的刺激下激活成為原肌成纖維細胞，此時細胞因為不表達α-SMA只能通過FSP-1的免疫組化染色進行檢測[31]，在TGF-β刺激下，原肌成纖維細胞通過調控TGF-β/Smad通路，進行激活，表達應力纖維、整合素等。此時表達的整合素會形成細胞-細胞之間的連接，將激活后的原肌成纖維細胞互相連接，并將其與修復好的血管內皮細胞進行連接，形成一個臨時的基質骨架，此階段原肌成纖維細胞分泌Ⅰ型膠原，填充在臨時基質骨架中間，形成臨時基質——肉芽組織[32]。研究顯示，與特異性敲除Smad3的成纖維細胞相比，野生型(wild type，WT)的細胞Smad3更容易結合在α-SMA的啟動子上，表達的應力纖維及膠原更多，活化更明顯[33]。同時最新研究發現自噬也可以抑制成纖維細胞的分化，Atg7敲除小鼠的成纖維細胞激活減慢，肉芽組織的形成減慢[34]，但是具體機制還有待研究。

在形成肉芽組織的過程中，原肌成纖維細胞通過自分泌或旁分泌的方式受到多種細胞因子的刺激進一步激活形成表達α-SMA的肌成纖維細胞，此時原肌成纖維分泌的Ⅰ型膠原蛋白轉化為Ⅲ型膠原蛋白，同時分泌MMPs、TIMP等蛋白酶，將臨時基質降解，重新形成細胞外基質[35]。這一過程與多條通路有關，目前公認的通路有Wnt/β-catenin、TGF-β/Smad、鈣離子通路等[36]，最新研究顯示成纖維細胞的活化可能也與TGF-β-STAT3通路有關，在提取STAT3敲除及WT小鼠原代成纖維細胞后，給予TGF-β刺激可以降低STAT3敲除后小鼠α-SMA的表達、降低成纖維細胞分化能力、減少膠原分泌、減慢形成臨時基質的速度。目前有多種STAT3的抑制劑在進行臨床前研究，很可能成為下一個加快修復的藥物[37]。

3.4 成纖維細胞凋亡在皮膚損傷修復中的作用 成纖維細胞的凋亡通常出現在損傷修復后期21 d到1年的時間里，傷口愈合過程形成中構成細胞外基質的Ⅲ型膠原蛋白降解，肌成纖維細胞進行凋亡。若凋亡不徹底，就會形成疤痕，另外，凋亡程度過低，活化過度也會導致纖維化，產生瘢痕，使皮膚的結構和功能被破壞[38]。在凋亡相關基因載脂蛋白(Apolipoprotein，ApoE)敲除的小鼠中，ECM沉積增加，導致FAK信號通路通過激活ERK使BCL-2表達降低，造成肌成纖維細胞持續活化，凋亡減少，形成組織纖維化，導致瘢痕形成[39]。在用抑制劑抑制促凋亡相關基因BH3后，α-SMA持續表達，造成瘢痕形成。最新的臨床研究表明，增加損傷修復過程中成纖維細胞凋亡，可以促進修復后期皮膚完整性的恢復[40]。

在其凋亡期間，成纖維細胞也會分泌促進膠原蛋白降解的膠原酶、基質金屬蛋白酶(MMP)等，促進皮膚結構盡快復原。在MMP3敲除的小鼠中，由于MMP3表達減少導致MMP13表達同時降低，促炎因子TNF-α增加，導致膠原蛋白降解減少，因此使皮膚組織中膠原顯著沉積[41]。同時少量研究表明，自噬與凋亡之間的相互作用也可能會影響瘢痕的形成，自噬相關基因Atg3、Atg8敲除的成纖維細胞的Bax/caspase依賴性的細胞凋亡受到抑制，這進而導致纖維化[42]。

A.皮膚組織發生損傷后，成纖維細胞響應炎癥因子，通過PI3K/AKT及FAK/ERK通路進行增殖；B.在增殖后，在不同趨化因子的作用下，遷移至傷口處，與上皮細胞及角質細胞相互作用，通過Wnt/β-catenin通路進行上皮間質轉化，完成再上皮化，同時通過TGF-β/Smad及TGF-β/STAT3等通路分化成為肌成纖維細胞，促進損傷修復進入基質重塑階段；C.在表皮愈合后，肌成纖維細胞凋亡，膠原蛋白降解，細胞外基質重塑，形成疤痕或瘢痕圖1 成纖維細胞在皮膚損傷修復中的不同階段

4 結論與展望

皮膚損傷后的修復是一個復雜的過程，它涉及不同細胞因子、趨化因子、炎癥因子的分泌，同時又依賴于不同細胞之間的協同作用，共同調節傷口的愈合。其中成纖維細胞在損傷修復過程具有重要作用，由于其具有一定的收縮能力，活化后會使收縮及支撐能力增加。在初期，這種功能有助于上皮間質的形成、再上皮化以及臨時基質的形成。但是在損傷修復的后期若活化過度，凋亡減少，會導致皮膚組織纖維化，從而形成瘢痕，嚴重者會導致硬皮病。若正確應用成纖維細胞在損傷不同階段的作用設計藥物，也許會為促進皮膚損傷修復提供新的治療方案。