增生性瘢痕中成纤维细胞向肌成纤维细胞转化的影响因素研究

来源:用户上传      作者:

　　[摘要]肌成纤维细胞 （myofibroblast，MFB）是增生性瘢痕（hypertrophic scar，HS）形成过程中重要的效应细胞，因此TGF-β1（ transforming growth factor-β1）介导的成纤维细胞（fibroblast，FB）向MFB的转化可成为预防HS的一个重要靶点。近年来，有很多关于人瘢痕组织内FB向MFB转化的影响因素的研究，旨在通过调控这些影响因素抑制该环节的发生，从而更有针对性地预防HS形成。本文就人瘢痕组织内FB向MFB转化的影响因素研究进展综述如下。
　　[关键词]增生性瘢痕;成纤维细胞;肌成纤维细胞;TGF-β1
　　[中图分类号]R619+.6    [文献标志码]A    [文章编号]1008-6455（2019）06-0164-04
　　Abstract： Myofibroblast （ MFB ） is an important effector cell in the formation of hypertrophic scar （HS） . Therefore， the transformation of fibroblast （ FB ） to MFB mediated by TGF-β1 （ transforming growth factor-β1 ） can be an important target for the prevention of HS. In recent years， there have been many studies on the influencing factors of transformation of FB to MFB in HS， aiming at preventing the formation of HS more precisely by regulating these factors. This article intends to analyze the factors that affect the conversion of FB to MFB in human HS.
　　Key words： hypertrophic scar; fibroblasts; myofibroblasts; TGF-β1
　　FB由胚胎时期的间充质细胞（mesenchymal cell）分化或静止的纤维细胞转化而来，体积较大，多为突起的纺锤形或星形的扁平状结构，具有旺盛的蛋白质合成和分泌功能，是疏松结缔组织的主要细胞成分。创伤发生后，伤口底部及边缘未分化的间充质细胞或静止的纤维细胞转化为FB，参与创伤修复。研究表明[1]创伤修复第2天FB就在以血小板衍化生长因子（PDGF）为代表的多种细胞因子的调节下开始增殖，并合成、分泌细胞外基质，创伤第3天即有肉芽组织形成，伤后第5～7天肉芽组织达到高峰，FB增殖是创伤修复的主要过程之一。
　　MFB是一群独特的具有平滑肌特征的细胞，它的功能是产生力量和改变组织张力。在创伤修复过程中MFB由FB在TGF-β1的诱导作用下转化而成，有人发现创伤后第4天FB不含有微丝，约第6天开始出现微丝束，说明创伤发生后6d左右FB开始向MFB转化。MFB高表达α-平滑肌肌动蛋白（α-smooth muscle actin α-SMA），且合成和分泌大量胶原蛋白、纤维连接蛋白、生长因子和各种酶类。α-SMA使得MFB具有局部收缩性，能缩小裸露创面，有助于创口愈合。MFB的这些功能特性使其在瘢痕修复中起中心作用，是瘢痕修复过程中纤维化形成和结缔组织重塑的关键细胞。当瘢痕修复过程发生异常，FB持续增殖并大量转化为MFB，MFB分泌大量的胶原蛋白而致细胞外基质过度沉积，促进HS的发生发展，MFB是HS发生的最重要的效应细胞[2]。
　　HS是创面修复的延续，其发生机制至今尚未彻底明确，但研究已证实从创面修复到HS，主要事件是TGF-β1诱导的FB向MFB的转化[3-4]。Wang等[5]的研究显示，创面内FB对TGF-β1的自分泌现象是致HS发生的关键环节，TGF-β1能诱导FB向MFB转化，而转化后的MFB高表达α-SMA，Ⅰ型胶原和Ⅲ型胶原等ECM成分[6]，从而造成皮肤的过度纤维化及细胞外基质中胶原的过度沉积。总而言之，转化后的MFB获得了以下几种重要功能：①高表达α-SMA，而α-SMA具有强烈的收缩性，是肉芽收缩和组织张力改变的主要原因;②一定的侵袭能力（由基质金属蛋白酶MMPS变化产生）;③分泌大量胶原蛋白与纤维连接蛋白。这些能力可以解释瘢痕组织为什么不断增生，因此，MFB是HS形成的关键细胞[2]。试想若能清楚地了解FB向MFB转化的影响因素，并能通过调控这些影响因素抑制FB向MFB的转化，如通过干扰TGF-β1等的表达来控制纤维化重塑，则能更有针对性地降低细胞质基质中胶原的过度沉积，避免皮肤伤口愈合过程中的过度纤维化及HS的发生。
　　1  HS中FB向MFB转化的影响因素
　　1.1 缺氧：已有研究证实，瘢痕组织内氧分压明显低于正常皮肤组织[7]，且只为正常组织的27%[8]，说明瘢痕组织确实处于相对缺氧状态。但缺氧状态是否参与调控皮肤增生性瘢痕的形成，如何调控？赵彬等[9]通过对比常氧环境和缺氧环境下细胞中MFB标志物α-SMA、I型胶原和Ⅲ型胶原mRNA的表达，以及NF-KB蛋白的表达，结果显示上述表达量皆显著上调。Xu等[7]也发现缺氧微环境通过低氧诱导因子（HIF）促进TGF-β1/Smad信号的作用，诱导FB向肌FB表型转化，促进胶原沉积。由此证实瘢痕组织内的缺氧环境促进了FB向MFB表型的转化。
　　1.2 高糖（high glucose HG）：糖尿病等引起的HG环境是发生器官纤维化的重要风险，会促进胶原纤维异常沉积。YAN等[10]通过对比观察培养于不同浓度HG和正常浓度葡萄糖中的源于HS的FB，发现HG促进FB向MFB转化，促进胶原的沉积。且发现利拉利汀（linagliptin）可通过IGF/Akt/mTOR信号通路抑制HG诱导的FB向肌FB的转化。也有文献报道[11]HG在短时间内对FB的增殖能力有增强作用，而长时间HG对FB增殖则起抑制作用，这似乎更容易理解为什么糖尿病合并创面愈合困难，且愈合后瘢痕增生較重。 　　1.3 皮肤张力：病理性瘢痕常发生于胸骨及肩胛区等皮肤张力较大的区域，因此，早有学者提出皮肤机械张力是HS形成的重要诱因。Gurtue等[12]在动物实验和二期临床研究中发现，在腹部切口周围区域应用硅胶减弱腹壁成形术后局部皮肤张力，可明显抑制局部瘢痕形成。傅士博等[3]通过机械张力刺激诱导基于三维培养皮肤FB向MFB转化，发现在机械张力的刺激下，所培养的FB的细胞外基质中α-SMA、Ⅰ、Ⅲ型胶原和纤链蛋白mRNA的表达明显高于空白对照组，说明机械张力确实可以促进皮肤FB向MFB转化，并抑制MFB凋亡，从而使MFB持续存在于创伤愈合过程中，促进瘢痕形成。
　　1.4 压力：压力疗法已广泛应用于防治HS。然而，这一过程的精确分子机制只被部分理解。Liu等[13]通过建立巴玛尼猪模型，观察压力干预对创面愈合和瘢痕形成的影响，发现压力干预可以通过抑制IGF-1/IGF-1R（胰岛素样生长因子1insulin-like growth factor）信号通路和胶原蛋白的表达来抑制瘢痕形成。IGF-1/IGF-1R通路已被证实参与许多纤维化疾病，包括瘢痕和瘢痕疙瘩[14]。Liu等进一步研究IGF-1/IGF-1R通路在压力影响中的作用，发现IGF-1/IGF-1R的分泌减少可能会减缓瘢痕FB的增殖和分化，从而抑制胶原纤维的生成，这就解释了为什么压力可以减轻瘢痕的形成。不过也有人[15]认为压力疗法能减轻瘢痕增生是因为压力引起局部血运障碍，造成组织缺氧，并稳定肥大细胞，局部血浆中抑制胶原酶活力的巨球蛋白相应减少，从而改变了胶原代谢率，胶原合成减少，伤口抵抗收缩力的程度降低，局部皮肤张力降低。
　　1.5 成纤维细胞生长因子2 （FGF2）：FGF2是哺乳动物FGF家族的成员之一，是一种在动物、人类和体外模型中具有抗纤维化活性的细胞因子[16]。最近的研究[17]表明，FGF2抗纤维化的作用主要来自于FGF2对HS中FB的增殖、FB向MFB转化的抑制作用。在人真皮FB中，FGF2的信号转导部分通过FGFR/MAPK进行，FGF2通过拮抗TGF-β1的信号转导，及MAPK对TGF-β1介导的FB的基因表达而逆转FB向MFB的转变[18]。说明FGF2可以通过抑制TGF-β1介导的FB激活，从而降低瘢痕组织中α-SMA、钙调蛋白、结缔组织生长因子，EDA纤链蛋白、I型胶原蛋的增高，最终达到抗纤维化的作用。
　　1.6 血小板反应蛋白-4（TSP-4）：Qian等[19]通过建立大鼠模型，对比TGF-β1对HS和正常皮肤中FB的mRNA和蛋白表达的影响，发现HS形成过程中TSP-4是调节TGF-β1诱导FB增殖、分化的关键介质。TGF-β1通过SMAD3和p38信号通路上调FB，FB中的TSP-4进一步正反馈促进SMAD3和p38的激活。因此，TSP-4通过抑制TGF-β1的作用成为抑制HS的一个重要靶点。
　　1.7 MicroRNA （miRNA）：miRNA是一类内生的、长度约为20～24个核苷酸的小RNA，广泛参与真核细胞的调控。MiRNAs通过降低或抑制靶信使RNA （mRNAs）翻译作用，调控细胞增殖、分化和凋亡，从而参与机体代谢[20-21]。成熟的miRNAs可通过碱基配对与互补的mRNA位点结合，抑制或降解靶基因，从而发挥调控作用。研究发现HS中miRNA明显上调或下调。其靶基因与FB生长、分化、增殖、表皮的生长、胶原纤维的形成等密切相关。
　　1.7.1 microRNA?663：CHE等[22]研究确定了microRNA （miR）-663在增生性瘢痕（HS）组织中的表达，并探讨了miR-663在HS中的调控机制，发现MicroRNA 663具有负调控HS中TGF-β1表达的作用，从而抑制HS中FB的增殖分化，这可能会提供一个防治HS的方法。然而，miR-663的实际效果和作用机理还需要通過一系列动物和临床实验进一步研究。
　　1.7.2 microRNA-137：Zhang等[23]通过基因芯片筛选、采用Western blot和real-time PCR检测多碘营养素（pleiotrophin， PTN）在HS中的表达等实验发现，miR-137通过靶向多碘营养因子抑制HS中FB的增殖和分化。调节FB中miR-137的表达可能会为HS的治疗提供重要的策略。
　　1.7.3 microRNA-6836-3p：Liu F等[24]通过RT-PCR对比检测HS和正常皮肤中miR-6836-3p的表达水平，发现与正常皮肤相比，HS中miR-6836-3p的表达显著增加，说明miR-6836-3p参与瘢痕形成过程。进一步检测miR-6836-3p对HS的影响，发现miR-6836-3p显著抑制HS中FB的凋亡，打破了FB增殖与凋亡的平衡，间接促进了FB向MFB的分化，促进了HS的形成。
　　1.8 吡非尼酮（Pirfenidone PFD）：PFD是一种合成的口服新型吡啶酮类小分子化合物，化学名称是5-甲基-1-苯基-2-（1氢）-吡啶酮，1974年由SolomonBMargolin发现，2008年PFD在日本获准用于特发性肺纤维化（IPF）的治疗，现已成为FDA批准的用于治疗IPF和其他纤维化疾病的全身使用的抗纤维化药物。PFD可抑制包括TGF-β1在内的促纤维化因子，减少FB的增殖分化和胶原蛋白的沉积。Haruka Kodama等[25]研究了PFD对从雪貂瘢痕声带中分离出来Fb的作用，结果显示PFD能显著降低I型胶原蛋白RNA的表达，明显抑制胶原纤维的收缩。Media等[26]评估了PFD在C57BL小鼠深Ⅱ度烧伤创面瘢痕的预防疗效，发现烧伤后第12天PFD显著降低α-SMA的表达。SUN[27]等通过观察人类肠道成纤维细胞的活动，探索PFD对于TGF-β1的影响，显示PFD通过Smad和PI3K/AKT信号通路而调节FB的增殖分化、凋亡，从而抑制TGF-β1诱导的人类肠道FB的活动，表明PFD是一个潜在的人类肠道纤维化疾病的治疗方式。但是PFD是否可以用于治疗创面修复后的HS及其疗效，还需要进一步验证。 　　1.9 柚皮苷：柚皮苷是一种双氢黄酮类化合物，主要存在于柚子、葡萄柚、酸橙及其变种的其他果皮中，可以通过热水浸提法、有机溶剂提取法等方法提取，具有抗炎、抗病毒、抗癌、抗突变镇痛、防治心脑血管疾病等作用。研究表明柚皮苷还可以防止瘢痕组织的形成，Song等[28]通过实验证明柚皮苷可以阻断细胞周期，促进细胞凋亡，从而抑制FB的增殖及活性，即能特异性抑制HS中FB的增殖、分化，在一定程度上抑制瘢痕增生。
　　1.10 三氧化二砷（ATO）：分子式As2O3，无臭无味，外观为白色霜状粉末，故俗称砒霜，为剧毒物。Zhong等[29]研究发现在细胞水平上，ATO可抑制成FB向MFB的分化。在兔耳模型中，ATO阻止了HS的形成，从而为ATO在体内外抑制MFB提供了第一证据，为HS的治疗提供了可能。但因ATO具有剧毒性，因此其真正应用于临床成为挑战。
　　2  总结与展望
　　本文综述了近年来FB向MFB转化的影响因素的研究，从宏观的物理及生物化学因素到微观的基因等小分子因素，都影响着FB向MFB的转化，但若要试图通过调控这些影响因素抑制FB向MFB的分化，从而精准预防HS的发生发展，还需要进一步探索。如何避免皮肤张力、组织局部缺氧、高糖等不利因素造成的对HS发生的促进作用？如何充分利用压力等外界因素有效预防HS发生？如何更好地利用microRNA等的调控作用？如何将这些影响因素更全面综合地应用于HS的预防和治疗中，将有待进一步探索，而从多个方面进行协同治疗无疑是增强疗效的最佳策略。
　　[参考文献]
　　[1]李盛.不同浓度葡萄糖对体外培养小鼠成纤维细胞功能的影响[D].广州：中山大学，2009.
　　[2]傅士博，温从吉，王琛，等.张力刺激皮肤成纤维细胞向肌成纤维细胞分化的实验研究[J]. 组织工程与重建外科杂志，2014，10（3）：127-130.
　　[3]Wong VW，Rustad KC，Akaishi S，et al.Focal adhesion kinase links mechanical force to skin fibrosis via inflammatory signaling[J].Nature Med，2012，18（1）：148-152.
　　[4]章伏生，陆树良.肌成纤维细胞在皮肤瘢痕形成过程中的作用[J].中华创伤杂志，2009， 25（12）：1106-1109.
　　[5]胥广，黄东.增生性瘢痕形成机制及治疗的现况与展望[J].现代医院，2015， 15（2）：10-14.
　　[6]Wang R，Ghahary A，Shen Q，et a1.Hypertrophic scar tissues and fibmblasts produce mole transforming growth factor—betal mBNA and protein than normal skin and ceils[J].Wound Repair Regen，2000，8（2）：128-137.
　　[7]Mingyuan X，Qianqian P，Shengquan X，et al. Hypoxia-inducible factor-1α activates transforming growth factor-β1/Smad signaling and increases collagen deposition in dermal fibroblasts[J].Oncotarget，2018，9（3）：3188-3197.
　　[8]Kischer CW，Shetlar MR.Microvasculature in hypertrophic scars and the effects of pressure[J].Trauma，1979，19（10）：757-764.
　　[9]Zhao B，Guan H，Liu JQ，et al.Hypoxia drives the transition of human dermal fibroblasts to a myofibroblast-like phenotype via the TGF-β1/Smad3 pathway[J]. Int J Molecular Med，2017，39（1）：153-159.
　　[10]YAN Li，Julei Zhang， Qin Zhou，et al.Linagliptin inhibits high glucose-induced trans-differentiation of hypertrophic scar derived fibroblasts to myofibroblasts via IGF/AKT/mTOR signaling pathway[J].PLoS One，2018，13（7）：e0200249.
　　[11]牟姍，张庆怡，赵涵芳.高浓度葡萄糖对人肾间质成纤维细胞增殖及PAI-1基因表达的影响[J].上海第二医科大学学报，2002，22（2）：118-120.
　　[12]Gurtner GC，Dauskardt RH，Wong VW，et al.Improving cutaneous scar formation by controlling the mechanical environment： large animal and phase I studies[J].Ann Surg，2011，254（2）：217-225.
　　[13]Liu B，Liu Y，Wang L，et al.The effects of pressure intervention on wound healing and scar formation in a Bama minipig model[J].Burns，2018，18：30541-30542. 　　[14]Lesaint M，Balaji S，Bhattacharya SS，et al.Adenoviral-mediated gene transfer of insulin-like growth factor 1 enhances wound healing andinduces angiogenesis[J].Surg Res，2014，190（1）：367-377.
　　[15]Rolin G，Binda D，Tissot M，et al.In vitro，study of the impact of mechanical tension on the dermal fibroblast phenotype in the context of skin wound healing[J]. J Biome，2014，47（14）：3555-3561.
　　[16]Dolivo DM，Larson SA，Dominko T.Fibroblast growth factor 2 as an antifibrotic： antagonism of myofibroblast differentiation and suppression of pro-fibrotic gene expression[J].Cytokine Growth Factor Rev，2017，38：49-58.
　　[17]Dolivo DM，Larson SA，Dominko T.FGF2-mediated attenuation of myofibroblast activation is modulated by distinct MAPK signaling pathways in human dermal fibroblasts[J].J Dermatol Sci，2017，88（3）：339-348.
　　[18]Koo HY，Elbaz L，House SL，et al.Fibroblast growth factor 2 decreases bleomycin-induced pulmonary fibrosis and inhibits fibroblast collagen production and myofibroblast differentiation[J].J Pathology，2018，246（1）：54-66.
　　[19]Wei Q，Ning L，Qian C，et al.Thrombospondin-4 critically controls transforming growth factor β1 induced hypertrophic scar formation[J].J Cellular Physiology，2018，234（1）：731-739.
　　[20]Bi S，Chai L，Yuan X，et al. MicroRNA-98 in hibits the cell proliferation of human hypertrophic scar fibroblasts via targeting Col1A1[J].Biol Res，2017， 50（1）：22-30.
　　[21]Zhu HY，Li C，Bai WD，et al. MicroRNA-21 regulates hTERT via PTEN in hy pertrophic scar fibroblasts[J].PLoS One，2014，9（5）：e97114.
　　[22]Chen Q，Zhao T，Xie X，et al.MicroRNA-663 regulates the proliferation of fibroblasts in hypertrophic scars via transforming growth factor-β1[J]. Exper Therapeutic Medicine，2018，16（2）：1311-1317.
　　[23]Qian Zhang，Bing yu Guo， Qiang Hui.miR-137 inhibits proliferation and metastasis of hypertrophic scar fibroblasts via targeting pleiotrophin[J].Cell Physiol Biochem，2018，49：1026-1036.
　　[24]Liu F，Chen WW，Li Y，et al.MiR-6836-3p promotes proliferation of hypertrophic scar fibroblasts by targeting CTGF[J].European Review Medical Pharmacological Sciences，2018，22（13）：4069-4074.
　　[25]Kodama H，Kumai Y，Nishimoto K，et al.Potential treatment for vocal fold scar with pirfenidone[J].Laryngoscope，2017，128（5）：E171-E177.
　　[26]Medina JL，Sebastian E A，Fourcaudot AB，et al.Pirfenidone ointment modulates the burn wound bed in C57Bl/6 mice by suppressing inflammatory responses[J]. Inflammation，2019，42（1）：45-53.
　　[27]Sun Y，Zhang Y，Chi P.Pirfenidone suppresses TGF?β1?induced human intestinal fibroblasts activities by regulating proliferation and apoptosis via the inhibition of the Smad and PI3K/AKT signaling pathway [J].Mol Med Rep，2018，18（4）：3907-3913.
　　[28]Song Y，Guo B，Ma S，et al.Naringin suppresses the growth and motility of hypertrophic scar fibroblasts by inhibiting the kinase activity of AKT[J].  Biomedicine  Pharmacotherapy，2018，105：1291-1298.
　　[29]Lingzhi Z，Haojie H，Deyun C，et al.Arsenic trioxide inhibits the differentiation of fibroblasts to myofibroblasts through nuclear factor erythroid 2-like 2（NFE2L2） protein and the Smad2/3 pathway[J].Cell Physiol，2018，234（3）：2606-2617.
　　[收稿日期]2018-11-26
　　本文引用格式：黎榮珍，刘毅.增生性瘢痕中成纤维细胞向肌成纤维细胞转化的影响因素研究[J].中国美容医学，2019，28（6）：164-167.
转载注明来源:https://www.xzbu.com/6/view-14840004.htm