陳 莉,朱雨昕,李霄鶴,肖 婷,谷小婷,周紅剛

(南開大學(xué)藥學(xué)院,天津市分子藥物研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,天津 300350)

瘢痕疙瘩(keloid)是一種皮膚纖維增生性疾病,由皮膚受傷或刺激后創(chuàng)面的異常愈合引起[1],好發(fā)于胸部、肩部和其他容易暴露的皮膚區(qū)域[2],在男女中發(fā)病率基本持平,在生命的第二個(gè)十年發(fā)病率最高[3]。瘢痕疙瘩主要表現(xiàn)為成纖維細(xì)胞異常增殖,細(xì)胞外基質(zhì)過度沉積[2],且在原創(chuàng)面的邊界外廣泛生長,產(chǎn)生過多的瘢痕組織[3],瘢痕疙瘩不會(huì)自行消退,常伴隨癢痛不適,常規(guī)治療選擇包括硅膠片、加壓療法、病灶內(nèi)類固醇、局部絲裂霉素 C、病灶內(nèi)或局部 5-氟尿嘧啶 (5-FU)、手術(shù)切除、冷凍療法、放射療法、激光療法和光動(dòng)力療法等[3],但都不能完全治愈,且治療后復(fù)發(fā)概率極大,給患者的生活和心理均造成了極大影響。

瘢痕疙瘩的發(fā)病原因和具體病理機(jī)制目前尚不明確,已有研究表明瘢痕疙瘩的發(fā)生和發(fā)展與多種遺傳和表觀遺傳因素有關(guān),如可能通過不完全外顯的常染色體顯性遺傳方式遺傳,以及在深色皮膚個(gè)體和亞洲人中更常見[1],非洲人的瘢痕疙瘩患病率最高,其次是亞洲人和西班牙裔,白人的患病率最低[2]。

另外,已有研究表明,瘢痕疙瘩病理機(jī)制主要涉及細(xì)胞機(jī)制和分子機(jī)制兩個(gè)層面。在細(xì)胞機(jī)制層面上,炎癥細(xì)胞、成纖維細(xì)胞、肌成纖維細(xì)胞、角化細(xì)胞和黑素細(xì)胞等細(xì)胞,及其相關(guān)生長因子、白細(xì)胞介素(interleukin,IL)、腫瘤壞死因子(tumor necrosis factor,TNF)和基質(zhì)金屬蛋白酶(matrix metalloproteinases,MMPs)等細(xì)胞因子與瘢痕疙瘩的發(fā)生密切相關(guān),在分子機(jī)制層面上,瘢痕疙瘩的發(fā)病主要與轉(zhuǎn)化生長因子-β(transforming growth factor-β,TGF-β)/Smad信號通路、核因子-Kappa B (nuclear factor-kappa B,NF-κB)、血小板衍生生長因子(platelet derived growth factor,PDGF)/血管內(nèi)皮生長因子(vascular endothelial growth factor , VEGF)、信號傳感器和轉(zhuǎn)錄激活因子3 (signal sensor and activator of transcription 3,STAT3)信號通路、絲裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase,MAPK)、黏著斑激酶(focal adhesion kinase,FAK)等密不可分。本文就瘢痕疙瘩的細(xì)胞機(jī)制和分子機(jī)制進(jìn)行綜述,可為瘢痕疙瘩病理機(jī)制的深入研究以及瘢痕疙瘩臨床治療方法的開發(fā)提供更多的理論基礎(chǔ)。

1 瘢痕疙瘩發(fā)病相關(guān)的細(xì)胞機(jī)制

傷口愈合包括急性炎癥期、細(xì)胞增生期、瘢痕形成期以及表皮等組織再生等復(fù)雜過程[4]。在傷口愈合的急性炎癥期,受損組織產(chǎn)生中性粒細(xì)胞和巨噬細(xì)胞等免疫細(xì)胞,從而引起炎癥反應(yīng),產(chǎn)生持續(xù)的局部炎癥;除了免疫細(xì)胞,瘢痕疙瘩組織中的炎癥細(xì)胞和成纖維細(xì)胞數(shù)量也會(huì)增加。免疫細(xì)胞、炎癥細(xì)胞和成纖維細(xì)胞可產(chǎn)生多種相關(guān)細(xì)胞因子,通過在細(xì)胞外基質(zhì)沉積、促炎、蛋白降解等發(fā)揮作用,影響瘢痕疙瘩的形成[5]。以下分別介紹了在瘢痕疙瘩發(fā)病機(jī)制中發(fā)揮重要作用的相關(guān)細(xì)胞。

1.1 與瘢痕疙瘩發(fā)病相關(guān)的細(xì)胞

1.1.1炎癥細(xì)胞

1.1.1.1 巨噬細(xì)胞 在炎癥階段,巨噬細(xì)胞負(fù)責(zé)吞噬異物和微生物,并作為抗原呈遞細(xì)胞刺激 T 細(xì)胞。巨噬細(xì)胞從傷口中浸潤的單核細(xì)胞分化而來,參與傷口愈合,在瘢痕疙瘩的發(fā)病機(jī)制中發(fā)揮著重要作用。巨噬細(xì)胞可以釋放各種對組織修復(fù)至關(guān)重要的細(xì)胞因子,巨噬細(xì)胞分為 M1 和 M2 兩種類型,其中,M1 可以分泌炎癥因子,如 IL-12 和 TNF-α,起到促進(jìn)炎癥的作用,而 M2 可以分泌抗炎細(xì)胞因子如 IL-2 和 TGF-β,起到減少炎癥并促進(jìn)組織修復(fù)的作用。

Jin等[6]研究表明,瘢痕疙瘩組織中巨噬細(xì)胞呈現(xiàn)高激活狀態(tài),并向M2亞型極化,這些巨噬細(xì)胞可促進(jìn)調(diào)節(jié)性T細(xì)胞分化,與正常皮膚相比,瘢痕疙瘩組織中 CD14+巨噬細(xì)胞的浸潤明顯升高。

1.1.1.2 T細(xì)胞 T細(xì)胞在瘢痕疙瘩的形成中發(fā)揮了重要作用。除了 CD8+細(xì)胞毒性 T 細(xì)胞和 CD4+輔助 T 細(xì)胞(helper T cell, Th)外,CD4+T 細(xì)胞還可以進(jìn)一步分為Th1、Th2、Th17、Tfh 和調(diào)節(jié)性 T 細(xì)胞(regulatory T cells,Treg)亞群。有研究表明,瘢痕疙瘩組織中大部分為記憶性 T 細(xì)胞,記憶 T 細(xì)胞是 T 淋巴細(xì)胞的一個(gè)高效的亞群,可參與多種炎癥性皮膚疾病。

Treg 可以抑制炎癥。有研究表明,瘢痕疙瘩中Treg 相關(guān)基因的表達(dá)明顯高于正常皮膚,并且 Treg 能有效地增加纖維細(xì)胞中Ⅰ型膠原蛋白(collagen type 1 alpha 1,COL1A1)和Ⅲ型膠原蛋白(collagen type 3 alpha 1,COL3A1)的表達(dá),Treg 細(xì)胞表達(dá)的 TGF-β 使膠原蛋白上調(diào)。這說明Treg 與瘢痕疙瘩中的膠原沉積具有密切關(guān)系。

1.1.1.3 肥大細(xì)胞 肥大細(xì)胞是驅(qū)動(dòng)成纖維細(xì)胞活化和過度膠原沉積的一種炎性細(xì)胞,在皮膚中大量存在。肥大細(xì)胞在傷口修復(fù)的炎癥階段、增殖階段和瘢痕形成階段都發(fā)揮了重要作用,肥大細(xì)胞通過釋放組胺和腫瘤壞死因子合成 IL-1β、IL-6、角質(zhì)形成細(xì)胞生長因子和 VEGF,促進(jìn)炎癥、上皮再形成和血管生成。已有研究表明,與正常組織相比,瘢痕疙瘩組織中組胺水平升高以及含有組胺的肥大細(xì)胞數(shù)量增加[7]。與正常人群相比,瘢痕疙瘩患者更容易過敏,這是由于肥大細(xì)胞參與了過敏反應(yīng),而瘢痕疙瘩中的肥大細(xì)胞和活化的肥大細(xì)胞數(shù)量更高[8]。

1.1.2纖維化相關(guān)細(xì)胞

1.1.2.1 成纖維細(xì)胞 成纖維細(xì)胞作為瘢痕疙瘩皮膚組織的主要細(xì)胞成分,在調(diào)節(jié)細(xì)胞外基質(zhì)的合成和重塑以及燒傷、外傷和手術(shù)后的傷口瘢痕愈合中起著舉足輕重的作用。成纖維細(xì)胞是 IL-6 的主要來源,許多細(xì)胞因子和炎癥介質(zhì)已被發(fā)現(xiàn)可明顯誘導(dǎo)成纖維細(xì)胞中 IL-6 的表達(dá),在傷口愈合的過程中,成纖維細(xì)胞可產(chǎn)生大量膠原蛋白,導(dǎo)致膠原基質(zhì)沉積。瘢痕疙瘩中的成纖維細(xì)胞密度更高,增殖率也增加,但凋亡率降低,這會(huì)進(jìn)一步導(dǎo)致膠原基質(zhì)的沉積和細(xì)胞因子的過度產(chǎn)生。Ashcroft等[9]通過提取瘢痕疙瘩的成纖維細(xì)胞和正常成纖維細(xì)胞、瘢痕成纖維細(xì)胞、病灶周圍成纖維細(xì)胞和病灶內(nèi)成纖維細(xì)胞,結(jié)果表明瘢痕疙瘩成纖維細(xì)胞可以釋放細(xì)胞因子,使其他成纖維細(xì)胞增殖并增加膠原蛋白的合成。

1.1.2.2 肌成纖維細(xì)胞 肌成纖維細(xì)胞最初在愈合的皮膚傷口的組織中被發(fā)現(xiàn),它具有成纖維細(xì)胞的分泌特征和類似于平滑肌的收縮特征,肌成纖維細(xì)胞活化是正常傷口愈合的一部分,通常在組織愈合后停止,但肌成纖維細(xì)胞持續(xù)活動(dòng),會(huì)導(dǎo)致膠原的沉積進(jìn)而導(dǎo)致纖維化[10]。瘢痕疙瘩組織中,細(xì)胞外基質(zhì)在肌成纖維細(xì)胞中過度沉積并取代臨時(shí)基質(zhì),其組織病理結(jié)構(gòu)和生物力學(xué)特性發(fā)生改變,最終導(dǎo)致皮膚硬化。因此,肌成纖維細(xì)胞是皮膚纖維化的關(guān)鍵效應(yīng)細(xì)胞。

1.1.2.3 角化細(xì)胞 瘢痕疙瘩的主要特征是漸進(jìn)侵入附近的正常皮膚,超出原傷口的邊界[11],這依靠的是角質(zhì)細(xì)胞的遷移能力。在正常組織發(fā)育、傷口愈合和瘢痕形成過程中,皮膚的角質(zhì)細(xì)胞和成纖維細(xì)胞之間的相互作用也至關(guān)重要。有研究表明,瘢痕疙瘩中角質(zhì)細(xì)胞分泌的因子對正常和纖維化組織中成纖維細(xì)胞的膠原沉積有調(diào)節(jié)作用,瘢痕疙瘩角質(zhì)細(xì)胞也可使正常皮膚成纖維細(xì)胞膠原蛋白的生成明顯增加,表明角質(zhì)細(xì)胞與成纖維細(xì)胞存在密切聯(lián)系。

1.1.2.4 黑素細(xì)胞 遺傳因素(包括種族和膚色)和個(gè)體或環(huán)境因素是瘢痕疙瘩形成的重要原因[12]。有研究表明,病理性瘢痕的形成與膚色之間存在一定的關(guān)系,膚色較深的人比膚色較淺的人更容易產(chǎn)生瘢痕疙瘩[3]。黑人瘢痕疙瘩的發(fā)生率遠(yuǎn)高于其他種族,很少有白化病患者出現(xiàn)瘢痕疙瘩。瘢痕疙瘩的發(fā)生率在身體不同部位也不同,并且激素分泌增多和皮膚色素沉著的青少年和孕婦更容易發(fā)生瘢痕疙瘩[13]。這些現(xiàn)象提示著瘢痕疙瘩的形成與黑色素沉著密切相關(guān)。成纖維細(xì)胞可以通過分泌可溶性因子對黑素細(xì)胞的增殖和黑素體的合成和降解發(fā)揮作用,而黑素細(xì)胞可能分泌活性物質(zhì)來促進(jìn)成纖維細(xì)胞 DNA 的合成和增殖,這可能與瘢痕形成及色素形成有關(guān)。

1.1.3與瘢痕疙瘩發(fā)病相關(guān)的細(xì)胞因子 細(xì)胞可通過產(chǎn)生多種細(xì)胞因子在瘢痕疙瘩的形成過程中發(fā)揮作用,這些細(xì)胞因子包括生長因子如 TGF-β、PDGF、VEGF;促炎因子如白細(xì)胞介素 IL-1α、IL-1β、IL-6 和腫瘤壞死因子-α(TNF-α)以及蛋白水解酶如基質(zhì)金屬蛋白酶等。這些細(xì)胞因子通過在細(xì)胞外基質(zhì)沉積、促炎、蛋白降解等發(fā)揮作用,影響瘢痕疙瘩的形成。

1.1.3.1 生長因子(TGF-β、VEGF、PDGF) 中性粒細(xì)胞和巨噬細(xì)胞除在瘢痕疙瘩早期炎癥中發(fā)揮作用外,這些細(xì)胞還可通過分泌 TGF-β 和 PDGF 等多種生長因子,促進(jìn)瘢痕疙瘩發(fā)生。

促血管生成介質(zhì) VEGF 在調(diào)節(jié)瘢痕組織生成方面發(fā)揮著重要作用。多項(xiàng)研究表明瘢痕疙瘩中VEGF 高表達(dá)。來自瘢痕疙瘩患者的 CD34 細(xì)胞表現(xiàn)出比正常個(gè)體高 7 倍以上的 IL-8 基因表達(dá)和 5 倍以上的 VEGF 基因表達(dá)。此外,有實(shí)驗(yàn)證據(jù)表明抑制 VEGF 可以減少瘢痕組織沉積[14],如病灶內(nèi)注射維拉帕米治療瘢痕疙瘩,治療后 VEGF 表達(dá)會(huì)有所降低。

1.1.3.2 白細(xì)胞介素類(IL-4、IL-13) 研究表明,瘢痕疙瘩組織中的促炎因子,如 IL-1α、IL-1β、IL-6 明顯上調(diào)。另外,IL-4 和 IL-13 是皮膚纖維化的重要介質(zhì),IL-4/IL-13 通路的激活有助于纖維化皮膚病的產(chǎn)生和發(fā)展[15]。

1.1.3.3 腫瘤壞死因子-α(TNF-α) TNF-α 在各種纖維性疾病的發(fā)病機(jī)制中均發(fā)揮著作用,在瘢痕疙瘩的形成中也可能起重要作用[16]。有研究觀察到 TNF-α 促進(jìn)瘢痕疙瘩成纖維細(xì)胞增殖,并且 TNF-α 刺激導(dǎo)致 KFs 中 NF-κB、c-Jun N-末端激酶(c-Jun N-terminal kinase,JNK)和 p38 MAPK通路的激活,從而導(dǎo)致瘢痕疙瘩的發(fā)生。

1.1.3.4 MMPs 細(xì)胞外基質(zhì)的蛋白降解是皮膚創(chuàng)面修復(fù)和重塑過程中的主要因素之一。MMPs 是在包括組織修復(fù)在內(nèi)的許多生理和病理重構(gòu)過程中蛋白水解活性的重要介質(zhì)[17]。其中,MMP-9 在正常的組織中不表達(dá), MMP-2 在各種非炎癥細(xì)胞中均有表達(dá),而 MMP-1 可改善上皮增生程度較高的皮膚傷口愈合過程,并減少瘢痕形成。

1.1.3.5 其他 除上述提到的細(xì)胞因子外,還有一些研究較少的細(xì)胞因子,如趨化因子樣因子-1 (chemokine-like factor-1,CKLF-1)在瘢痕疙瘩的免疫和炎癥反應(yīng)中可能也起關(guān)鍵作用。

2 瘢痕疙瘩發(fā)病相關(guān)的分子機(jī)制

瘢痕疙瘩發(fā)病的分子機(jī)制涉及多條通路,如TGF-β/Smad 信號通路、NF-κB 通路、STAT3 信號通路、黏著斑激酶等。這些通路通過不同的細(xì)胞因子及通路間的相互作用導(dǎo)致瘢痕疙瘩的發(fā)生。

2.1 TGF-β/Smad信號通路TGF-β1 是已知的最重要的纖維化促進(jìn)因子[18],而TGF-β/Smad 信號通路是調(diào)節(jié)成纖維細(xì)胞和肌成纖維細(xì)胞中膠原形成的最典型的通路,它會(huì)導(dǎo)致這兩種細(xì)胞的過度激活,造成膠原的過多形成,進(jìn)而引起瘢痕疙瘩的發(fā)生[19]。TGF-β/Smad 信號通路介導(dǎo)靶基因表達(dá)上調(diào)導(dǎo)致的成纖維細(xì)胞增殖和膠原生成是瘢痕疙瘩形成的主要機(jī)制[20]。Shi等[21]和 Li等[22]研究表明,抑制 TGF-β/Smad 信號通路,能夠顯著抑制瘢痕疙瘩成纖維細(xì)胞的增殖和分化。這些研究表明,TGF-β/Smad 信號通路是在瘢痕疙瘩發(fā)病機(jī)制中的一個(gè)典型分子機(jī)制。

2.2 NF-κBNF-κB 家族成員本身是調(diào)節(jié)許多關(guān)鍵炎癥基因的轉(zhuǎn)錄因子,NF-κB 通路的激活與瘢痕疙瘩成纖維細(xì)胞的異常細(xì)胞增殖以及細(xì)胞外基質(zhì)過度產(chǎn)生密切相關(guān)[23]。Makino等[23]研究比較了瘢痕疙瘩成纖維細(xì)胞和正常成纖維細(xì)胞中 NF-κB 的活性水平,結(jié)果表明瘢痕疙瘩成纖維細(xì)胞中 NF-κB 平均基礎(chǔ)活性約為正常成纖維細(xì)胞的 1.7 倍,證實(shí)了瘢痕疙瘩與 NF-κB 通路的激活有關(guān)。Lei等[24]研究也發(fā)現(xiàn),抑制 NF-κB 通路可減緩瘢痕疙瘩組織的生長。

2.3 STAT3信號通路STAT3 是一種癌基因,是一種可被多種細(xì)胞因子和生長因子激活的潛在轉(zhuǎn)錄因子。STAT3 參與了多種生物學(xué)過程,包括細(xì)胞增殖和遷移、炎癥及免疫反應(yīng)[25]。Lim等[26]比較了體外培養(yǎng)的正常組織、瘢痕疙瘩組織以及正常成纖維細(xì)胞、瘢痕疙瘩成纖維細(xì)胞中 STAT3 的表達(dá)和磷酸化水平,發(fā)現(xiàn)瘢痕疙瘩組織及成纖維細(xì)胞中 STAT3 的表達(dá)和磷酸化均有所增強(qiáng),通過降低 STAT3 的表達(dá)或抑制其磷酸化可顯著減少膠原的合成,抑制瘢痕疙瘩成纖維細(xì)胞的增殖和遷移。

2.4 MAPK通路MAPK 是一組能被細(xì)胞因子、神經(jīng)遞質(zhì)、激素、細(xì)胞應(yīng)激及細(xì)胞黏附等激活的絲氨酸-蘇氨酸蛋白激酶。MAPK 通路下游包括細(xì)胞外調(diào)節(jié)蛋白激酶(extracellular regulated protein kinases,ERK)、JNK 和 p38 激酶。其中,JNK 和 p38 功能相似,與炎癥、凋亡、生長均有關(guān);ERK 主要與細(xì)胞生長、分化相關(guān),其上游信號是著名的 Ras/Raf 蛋白。Li等[27]研究結(jié)果表明,TNF-α 的活性增強(qiáng)可進(jìn)一步激活 NF-κB、JNK 和 p38 MAPK 通路,促進(jìn)瘢痕疙瘩成纖維細(xì)胞過度增殖,說明 MAPK 通路在瘢痕疙瘩的發(fā)病過程中發(fā)揮重要作用。

2.5 FAK肌成纖維細(xì)胞是介導(dǎo)組織修復(fù)和纖維化的必需細(xì)胞類型,而 TGF-β 是肌成纖維細(xì)胞分化和活性的重要貢獻(xiàn)者。TGF-β 可通過非經(jīng)典 FAK 途徑選擇性促進(jìn)組織修復(fù)和纖維化。成纖維細(xì)胞在遷移到原始傷口邊界之外的過程中,細(xì)胞不僅會(huì)發(fā)生分子變化,還會(huì)發(fā)生機(jī)械調(diào)節(jié),該過程由作為細(xì)胞內(nèi)主干的肌動(dòng)蛋白絲引導(dǎo),并通過黏著斑復(fù)合物將外部機(jī)械信號轉(zhuǎn)導(dǎo)到細(xì)胞中[28]。FAK 介導(dǎo)了肌成纖維細(xì)胞分化,有可能成為治療藥物的新靶點(diǎn),這一通路也為瘢痕疙瘩臨床藥物的開發(fā)提供了新的方向和思路。

2.6 其他分子機(jī)制除了上述研究機(jī)制,還有一些研究較少,但可為治療瘢痕疙瘩提供新思路的分子機(jī)制,如Chen等[29]研究表明,Akt/PI3K/mTOR 通路在瘢痕疙瘩的發(fā)生發(fā)展中起作用,另有Feng等[30]研究表明,IL-6/JAK2/STAT3通路的活躍會(huì)促進(jìn)成纖維細(xì)胞增殖和細(xì)胞外基質(zhì)沉積,進(jìn)而導(dǎo)致瘢痕疙瘩。

3 展望

瘢痕疙瘩是皮膚傷口愈合或不明原因所致皮膚損傷愈合后所形成的過度生長的異常瘢痕組織,手術(shù)治療后容易復(fù)發(fā),且目前仍無有效治療藥物。瘢痕疙瘩發(fā)病機(jī)制尚不完全明確,其形成過程涉及多種細(xì)胞、細(xì)胞因子以及多種分子機(jī)制。目前已有針對炎癥細(xì)胞、成纖維細(xì)胞及 TGF-β 這些機(jī)制的治療方法,均無顯著治療效果。因此,有必要對瘢痕疙瘩發(fā)病機(jī)制中涉及的角化細(xì)胞、黑素細(xì)胞以及 STAT3、TNF-α、CKLF-1 及 COX-2/PGE2 等信號通路進(jìn)行深入研究,對瘢痕疙瘩進(jìn)行的深入的藥理機(jī)制研究,尋找治療瘢痕疙瘩的更有效的治療靶點(diǎn),為瘢痕疙瘩臨床藥物治療方法的開發(fā)提供一些新思路。