皮膚創傷愈合經曆炎性反應、增殖和再生或瘢痕形成3個階段,涉及到成纖維細胞(fibroblast,FB)、多種幹細胞和去分化角質形成細胞等多種細胞,以及細胞外基質(extracellular mitrix,ECM)和生長因子等調控因素間的相互作用。真皮含有神經、血管和多種幹細胞,具有營養、支持和誘導表皮更新並保護皮下組織的功能。
皮膚創傷愈合經曆炎性反應、增殖和再生或瘢痕形成3個階段,涉及到成纖維細胞(fibroblast,FB)、多種幹細胞和去分化角質形成細胞等多種細胞,以及細胞外基質(extracellular mitrix,ECM)和生長因子等調控因素間的相互作用。真皮含有神經、血管和多種幹細胞,具有營養、支持和誘導表皮更新並保護皮下組織的功能,其三維微環境及其中含有的生長因子等通過調節修複細胞的功能、刺激血管新生並克隆出真皮結構,改善傷口組織的力學狀態,促進組織重塑,提高愈合質量。因此,真皮對皮膚創傷再生或瘢痕形成起關鍵作用。近年來,學者越來越重視研究真皮組織在皮膚再生或瘢痕愈合中的作用和機製,並設法提高創麵愈合質量,實現再生修複。
一、真皮組織影響創麵愈合結果
真皮組織決定皮膚創傷後再生修複或瘢痕形成。研究發現,真皮組織缺損厚度與瘢痕增生的程度成正比,保留真皮的凍傷創麵愈合後幾乎不形成增生性瘢痕,缺乏真皮的皮片移植容易形成瘢痕,采用脫細胞真皮基質和去表皮的真皮組織等真皮替代物,單獨、聯合刃厚皮片或培養的角質形成細胞等移植可形成接近正常皮膚的組織結構。據此,陸樹良等提出了真皮“模板缺損”學說,認為較深的皮膚損傷使真皮“模板作用”缺失,影響修複細胞的功能,導致瘢痕增生,可解釋部分瘢痕形成的機製。
然而,表皮側1/3皮膚厚度的切口和皮膚磨削術等較淺的真皮損傷再生修複,沒有表皮傷口的真皮組織剝離和超過1/3皮膚厚度的切口瘢痕愈合。這些傷口隻有真皮結構損傷並無缺損。因此,真皮損傷的深度是再生或瘢痕愈合的關鍵。真皮借乳頭下血管網分為乳頭層和網狀層,2層的結構、生物學特性和修複的方式存在明顯不同。
皮膚淺表損傷創麵再生是由基底細胞和(或)毛囊隆突的表皮幹細胞,在存有較厚正常結構的真皮上分化、增殖、遷移覆蓋創麵(上皮化),並以現存的真皮組織為模板完成重塑,缺乏肉芽組織過程;而深層損傷後瘢痕愈合則是FB增殖和合成ECM並形成肉芽組織的結果。但乳頭下血管網是否是再生和瘢痕形成的創傷深度的分界線尚不清楚。
二、真皮FB在再生和瘢痕愈合中的作用
FB是真皮組織的重要成分,真皮FB被創傷激活,增殖、遷移及合成包括膠原在內的ECM是創傷再生和瘢痕愈合的基礎。Osonoi等指出人類FB能分化成3個胚層衍生物並表達多能性相關基因,移植FB可促進深Ⅱ度燒傷創麵愈合,同時降低轉化生長因子p,的表達,減輕瘢痕。皮膚淺層損傷修複過程中,FB增殖和合成ECM相互協調,而真皮深層損傷愈合過程中,FB大量增殖並合成較多的ECM導致瘢痕形成。這可能與不同深度的真皮創傷激活位於深、淺層的不同FB亞型有關。
研究證實,真皮FB有位於真皮乳頭層、真皮網狀層以及真皮毛乳頭和毛根鞘周圍的3種亞型,乳頭層FB和網狀層FB形態相似,但各有獨特的生物學行為。來自相同部位的乳頭層FB較網狀層FB分裂速度更快,決定表皮的類型和皮膚附件如毛囊、汗腺等的產生,並促進表皮和毛囊的形成及成熟。支持血管內皮細胞形成良好的管腔,但較少產生ECM;網狀層FB對於創傷的反應存在異常,導致其參與修複時更易於形成瘢痕。因此,真皮損傷再生或瘢痕愈合與乳頭層FB和網狀層FB的不同生物學行為有關,但2層FB表達不同生物學行為的調控機製尚不清楚。
FB生物學作用的發揮需要膠原等ECM及細胞因子等構成的微環境的調節。創傷產生的機械應力和炎性反應促使FB、角質形成細胞和炎性細胞等產生轉化生長因子,進而促使FB轉化成肌FB,而創傷愈合的結果可能依賴於FB和肌FB功能的平衡:方形全層皮膚缺損創麵四個角處的肌FB消失較早,導致角處創麵不能被拉向創麵中央,而非角處創麵卻因為肌FB的收縮而被拉向創麵中央,從而形成星形瘢痕。然而,口腔黏膜的創傷愈合中,雖然肌FB的數量顯著升高,但是傷口收縮顯著小於皮膚傷口,且愈合後瘢痕很小。
改變FB的培養環境,可顯著刺激真皮FB的組織重構能力:注射已耐受無關抗原抑製炎性反應後在口腔形成傷口,顯示較少的肌FB形成且ECM沉積與正常皮膚極其相似,呈現再生特征。因此,真皮淺層損傷再生而真皮深層損傷瘢痕愈合可能不僅取決於肌FB的數量,而且還取決於FB的來源和調控它們發揮功能的細胞外環境。
三、真皮中的多種幹細胞參與創傷愈合
研究證實,真皮組織中存有間充質幹細胞、位於毛囊隆突的表皮千細胞、FB和毛囊真皮鞘細胞以及來自皮脂腺的雙能幹細胞等多種幹細胞,它們增殖、分化成各種修複細胞參與創傷愈合過程。
間充質幹細胞還影響FB和角質形成細胞的遷移和ECM形成”。,並為真皮FB對皮膚損傷作出反應提供重要的早期信號,顯著提高傷後早期(3d內)愈合過程。表皮幹細胞、毛囊真皮鞘細胞和來自皮脂腺的雙能幹細胞也參與皮膚創傷愈合。盡管齒齦的間充質幹細胞比皮膚的間充質幹細胞有更高的增殖能力和更低的ECM收縮能力,提示不同部位真皮的幹細胞差異可能與該部位傷El愈合的結果相關。然而,由於幹細胞表麵標誌及其本身在創傷再生和瘢痕愈合過程中的變化過程和作用尚不完全清楚,它們對愈合結果(再生或瘢痕形成)的影響也需深入研究。皮膚創麵愈合涉及多種幹細胞,采用各種幹細胞聯合真皮類似物移植於皮膚創麵,以期望顯著加速愈合並提高愈合質量已經成為研究的熱點。
脂肪組織來源幹細胞複合膠原構建的組織工程活性皮膚替代物,移植後可加速新生血管形成、促進創麵修複,已用於l臨床皮膚缺損的修複治療,而且來源於成人脂肪細胞的間充質幹細胞相對於來源於真皮的幹細胞有更高的分化潛能,移植後通過基質存活,自發地沿著血管內皮細胞、FB和表皮細胞係分化,顯著提高傷口愈合。另外,人真皮多能幹細胞複合血漿移植還可以促進神經修複。
四、真皮膠原纖維的變化反映創傷愈合的過程
膠原是正常真皮組織和各種瘢痕組織的主要結構蛋白。膠原纖維的構成、機械特性及其自身和(或)與蛋白聚糖、彈力纖維的編織模式,不僅決定皮膚的順應性和彈性,而且儲存、釋放和活化生長因子等調控細胞的生物學行為。正常真皮主要由I型和Ⅲ型膠原蛋白構成,分別約占80%和20%。III型膠原蛋白決定膠原纖維的直徑,而且通過改變膠原纖維間的交聯影響其排列,並對I型膠原纖維的排列具有模板作用,調整或誘導I型膠原纖維完成正常的網狀排列。乳頭層Ⅲ型膠原蛋白含量較高,纖維細且排列疏鬆,而網狀層I型膠原蛋白含量較高,纖維粗大且排列致密。與正常真皮相比,肉芽組織和增生性瘢痕組織中Ⅲ型/I型膠原蛋白的比例較高,成熟瘢痕組織恢複到正常水平,但膠原沉積總量仍然過多、排列無序,且這種膠原蛋白的過量表達通過增加其mRNA水平實現。但胎兒皮膚傷口無瘢痕愈合過程中,膠原蛋白表達主要通過增加FB數量來完成,且Ⅲ和I型膠原蛋白比例更高,膠原快速沉積,膠原纖維始終呈正常的網狀排列,提示I、Ⅲ型膠原蛋白的產生方式及其比例與瘢痕愈合有關。盡管在傷口內加入Ⅲ型膠原蛋白並不影響皮膚傷口愈合,但調控I型和Ⅲ型膠原纖維裝配可能成為減輕瘢痕和改善皮膚愈合質量的治療靶。
目前研究調控方式的熱點包括:I型膠原α2,C端肽的單克隆抗體抑製其自身裝配,核心蛋白聚糖及其核心蛋白或核心蛋白樣膠原連接肽抑製膠原聚集、阻止纖維微絲聚合成纖維和減小或調節I型膠原纖維的直徑等。
五、真皮-表皮連接影響創傷愈合
真皮一表皮連接是由膠原蛋白和非膠原蛋白形成的基膜帶結構,主要成分是Ⅳ型膠原和層黏連蛋白等,能夠促進表皮與真皮的黏附和愈著,調節真皮FB的行為、ECM的沉積和裝配,在創傷瘢痕愈合和再生修複中起重要作用口。盡管位於表皮和真皮乳頭層之間,但是,創傷後基底膜結構並未與乳頭層一起開始生長,而是在表皮層和乳頭層都形成後才開始生長,基底膜的出現可能是真皮乳頭層與表皮相互作用的結果。羊膜複合膜移植後,新生真皮與表皮細胞相連接部位平坦且可見真皮和表皮脫離現象,提示真皮影響表皮再生和重建的最佳時期可能是真皮修複的增生晚期和組織重建初期,但其機製還不清楚。
六、結語
皮膚創麵愈合一直麵臨再生修複的問題。真皮組織是一個複雜功能群體,由包括FB等在內的多種幹細胞和膠原等ECM形成有機的結構。創麵瘢痕愈合和再生修複是真皮中各類幹細胞和創傷誘導的去分化細胞與膠原等ECM間相互作用的結果,此過程模仿胚胎發育期皮膚及其附屬器發生、發育的過程,其核心機製是自我誘導,即不同真皮誘導產生不同類型的真皮和表皮。使用各種真皮替代物和組織工程皮膚取得了加速傷口愈合和減輕瘢痕的良好效果,但是,愈合後的皮膚組織缺乏附屬器,還不是再生修複。因此,了解並利用胚胎皮膚及其附屬器發生、發育的過程和自我誘導機製,在體外構建具有完全正常結構和功能的組織工程皮膚或在皮膚缺損原位采取誘導方法,有望實現皮膚損傷的再生修複。
真皮成分在創傷愈合不同時間的變化和調控機製尚不完全清楚。皮膚淺層損傷再生是模擬皮膚胚胎發育的結果,可能存在誘導幹細胞產生正常皮膚及其附屬器的因素,盡管這種因素還不清楚,但很可能為僅有部分乳頭層缺失的真皮組織本身。皮膚深層損傷的瘢痕愈合可能是某些因素幹擾了這種模擬過程,這些因素可能是不同類型膠原的比例、ECM與細胞成分的比例失調等。
推測瘢痕愈合可能的機製包括:①缺乏合適的真皮模板(缺乏接近網狀層的部分乳頭層或全部乳頭層)。②因皮膚主要的幹細胞龕(毛囊隆突)已被破壞,殘存於真皮網狀層的幹細胞數量少且散在分布,需依賴創麵殘存或傷口周邊的成熟細胞去分化成幹細胞,再分化增殖、合成ECM。然而,此過程中還存在網狀層FB增殖並合成ECM.其結果是細胞成分、附屬器和ECM成分不能協調產生並裝配,最終導致瘢痕形成。③部分或全部網狀層缺失後,還缺乏存在於真皮各層中的生長因子等誘導或調控因子。這就可以解釋切開傷口、切除傷口、皮下剝離、萎縮紋(生長紋、妊娠紋和Cooshing綜合征的皮膚表現)以及傷口大小(很小的深於網狀層的傷VI無瘢痕愈合)與不同愈合結果間的關係。因此,詳細了解皮膚創傷再生和瘢痕愈合期真皮成分及其調控因子的變化,比較二者之間的差異,有助於找出影響誘導真皮組織再生的因素,理解皮膚創傷再生修複和瘢痕愈合的機製,進而實現皮膚創傷的再生修複。
來源:中華整形外科雜誌2016年7月第32卷第4期
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