林雁鴻 周清清 李春霖 肖雨花 郭智華 萬健良

1 創(chuàng)傷修復的基本過程

創(chuàng)傷修復一般分為4 個階段：①止血階段；②炎癥反應階段；③細胞增殖分化階段；④組織重建、瘢痕形成階段。它是組織在損傷發(fā)生后多種生長因子、細胞外基質和修復細胞之間相互作用而進行自我修復的復雜動態(tài)過程［1］。

1.1 止血階段 當機體組織受損后,立即發(fā)生血小板聚集及纖維蛋白凝塊形成、血管收縮等反應,參與創(chuàng)口止血。此時細胞外基質(ECM)從受損組織中釋放,同時血小板在受損組織聚集。在血管生成的早期階段,血小板釋放多種生長因子,包括血小板衍生因子(PDGF)、血管內皮生長因子(VEGF)、轉化生長因子-α(TGF-α)、堿性成纖維細胞生長因子(bFGF)、血小板源性內皮細胞生長因子(PD-ECGF)和人血管生成素-1(Ang-1),這些因素刺激內皮擴散、遷移和管型形成。隨后,巨噬細胞和單核細胞釋放大量血管生成因子,包括PDGF、VEGF、Ang-1、TGF-α、bFGF、白細胞介素-8(IL-8)和腫瘤壞死因子-α(TNF-α)。受損組織基質的蛋白酶進一步釋放血管生成刺激器,直接刺激血管形成,尤其是VEGF 和bFGF 活性的增強。在受傷后幾小時內,傷口中的大部分嗜中性粒細胞也會通過毛細血管的內皮細胞壁遷移,導致細胞因子如白細胞介素-1b(IL-1b)、TNF-α 和干擾素-g(IFN-g)在傷口部位被激活,表達各種粘附分子,從而進一步促進傷口止血。據研究表明,組織受損后的缺氧環(huán)境導致內皮細胞釋放的一氧化碳(CO)也是血管增殖的重要驅動力。在血管生成進一步穩(wěn)定后,隨著組織缺氧和炎癥反應的恢復,傷口的生長因子水平也迅速下降,血管的生成抑制開始［2］。

1.2 炎癥反應階段 該階段以聚集的血小板脫顆粒和纖維蛋白凝塊的形成為開端。當創(chuàng)傷發(fā)生后,脫顆?；难“蹇梢詮难褐姓心脊撬柙葱缘母杉毎准毎?特別是中性粒細胞)和纖維細胞進入創(chuàng)口。在此階段被招募而來的有核細胞中,中性粒細胞充當著“前鋒”的角色,最快到達炎癥部位。在創(chuàng)傷早期,中性粒細胞不僅能分泌多種趨化因子及炎癥介質募集并激活巨噬細胞,而且具有清除壞死組織和細菌的作用。來源于骨髓祖細胞的單核吞噬細胞系統(tǒng)主要由單核細胞、巨噬細胞和樹突細胞組成［3］。由這些細胞分泌而來的旁分泌因子和其中的巨噬細胞在再生組織中處于核心地位。而Th1 和Th2 細胞分泌不同的細胞因子則是巨噬細胞極化的依賴性因素。其中促炎型M1 巨噬細胞在Th1 細胞分泌的細胞因子如γ-干擾素(IFN-γ)和TNF-α 刺激下分化而來。而抗炎型M2 巨噬細胞在Th2 分泌的細胞因子［如白細胞介素-4(IL-4)、白細胞介素-10(IL-10)和白細胞介素-13(IL-13)］刺激下分泌而來。一般來說,M1 型巨噬細胞主要在創(chuàng)傷早期發(fā)揮重要作用,具有殺滅微生物的功能。而M2 型巨噬細胞主要在促進細胞增殖、膠原沉積和血管生成方面起主導作用。在創(chuàng)傷修復的過程中,作為M2 型巨噬細胞極化過程中的一種關鍵性核轉錄因子,cAMP 反應元件結合蛋白(cAMP response element-binding protein,CREB)的生物學效應主要表現為通過上調IL-10 和 精氨酸酶-1(Arg-1)水平,從而促進M2 型巨噬細胞的極化［4］。

在炎癥過程中,M1 和M2 型巨噬細胞在不同條件下可相互轉化,這種巨噬細胞隨著時間的推移發(fā)生M1/M2亞型的轉化首次在急性心肌梗模型中被證實。前3 d 以M1 型為主,5～7 d 后以M2 型為主,共同協(xié)助心肌梗死后的炎癥修復過程［5］。因此,M2 型巨噬細胞在創(chuàng)傷修復中處于主導地位。

1.3 細胞增殖分化階段 在此階段,誘導并維持細胞增生及細胞遷移啟動的生長因子通常以自分泌、旁分泌等方式分泌,其主要來源于炎癥反應中遷移的上皮細胞、真皮細胞及剩余的炎細胞。血管通過侵入傷口凝塊并在整個肉芽組織中組織成微血管網絡,從先前存在的血管形成新的血管。這種動態(tài)過程受來自血清和周圍細胞外基質環(huán)境的信號的高度調節(jié)。VEGF、Ang、bFGF 和轉化生長因子-β(TGF-β)是傷口血管生成中有效的血管生成因子之一。血管內皮細胞降解基底膜、遷移至創(chuàng)口,增生形成細胞間接觸,最后形成血管的過程是在PDGF、VEGF、成纖維細胞生長因子-2(FGF-2)的介導下完成的。與此同時,創(chuàng)口內成纖維細胞增生,合成細胞外基質,形成富含新生血管的肉芽組織［6］。

由上文所知,在創(chuàng)傷修復過程中,M1 型巨噬細胞對M2型巨噬細胞的轉化,是促進細胞增殖與炎癥修復的關鍵因素。原因是在創(chuàng)傷修復早期主要是M1 型巨噬細胞在起抵抗外來病原體的作用,而在后期M2 型巨噬細胞占主要地位,促進組織細胞的增殖和血管生成,從而促進傷口的修復。

1.4 組織重建、瘢痕形成階段 瘢痕組織的重建在創(chuàng)傷修復后期主要來源于新形成的肉芽組織。瘢痕以膠原沉積成纖維細胞增生為主,是機體對組織損傷的反應。瘢痕形成的機制涉及炎癥、纖維增生、肉芽組織的形成、瘢痕的成熟。在急性炎癥反應之后,是成纖維細胞的增殖,包括膠原蛋白和纖維蛋白。主要是纖維蛋白、膠原蛋白Ⅲ、纖連蛋白被含膠原蛋白Ⅰ的細胞所取代的過程,隨后肌成纖維細胞由成纖維細胞分化而來,即成纖維細胞負責膠原蛋白沉積和傷口收縮。最后成纖維細胞凋亡,形成相對無細胞的瘢痕組織。該階段的細胞凋亡機制尚不明確,但與成人創(chuàng)面愈合相比,早期妊娠胎兒具有顯著的創(chuàng)面愈合能力,愈后皮膚傷口無瘢痕［7］。所以加深對胎兒傷口愈合機制的研究,有可能找到新的治療方案。

2 創(chuàng)傷修復的治療

2.1 藥物治療 創(chuàng)傷修復和組織再生治療手段的進展在很大程度上依賴皮膚免疫學的進步,如以傳統(tǒng)的糖尿病足治療相比,斯蒂德等在118 例患者中研究了重組人血小板源生長因子(rhPDGF)對糖尿病足部潰瘍(DFU)的影響。結果表示：接受rhPDGF 長達20 周的患者傷口愈合情況較傳統(tǒng)治療效果更佳。在傳統(tǒng)的治療中,主要是應用氨酰-tRNA 合成酶抑制劑、膠原蛋白及外用廣譜抗生素藥膏(如甲硝唑)。由上文可知,直接通過rhPDGF 影響創(chuàng)傷愈合過程中炎癥反應階段M2 型巨噬細胞的DNA 復制、RNA 轉錄及蛋白質合成能更有效促進糖尿病足的傷口愈合。而在臨床的外科治療中主要是應用抗炎作用藥物如腎上腺皮質激素類、抗微生物類抗生素或抗凝抗血小板類藥物等,均能通過影響創(chuàng)傷修復的4 個階段而促進傷口愈合。因此,在未來的藥物治療研究中更應該注重M2 型巨噬細胞增殖分化機制。

2.2 物理治療

2.2.1 氧氣療法 O2對細胞的新陳代謝至關重要。在未受損的皮膚中,血氧分壓(PO2)在深層的5%下降到外層的1%,當毛細血管受損和中斷時,PO2會急劇下降。18%的PO2是人體角蛋白細胞在體外生長的最佳水平,受PO2變化的極大影響。細胞可以在厭氧條件和代謝期間耐受和存活,增加乳酸的濃度,使環(huán)境酸化,激活低氧誘導因子(HIF),如CO、VEGF 等,其向上調節(jié)血管擴張因子促進傷口愈合。因此,許多療法的策略是基于增加傷口床的PO2。例如連續(xù)擴散的氧氣療法(CDO)、局部氧療(TOT)和高壓氧療法(HBOT)［8-10］。

2.2.2 電刺激療法 適量的電刺激能舒張機體的血管、加快血流,從而改善營養(yǎng)代謝和組織再生,同時還具有消炎、解痙、止痛等作用。這是由于電刺激能促進多種生長因子(如bFGF 等)的表達和分泌,加速成纖維細胞的增殖與分化及血管的生成,促進M1 型巨噬細胞向M2 型巨噬細胞轉化。此外還能使細胞離子通道大量開放,從而增加細胞中的藥物攝入濃度［9］。這種治療方式與中國傳統(tǒng)醫(yī)學的針灸療法有異曲同工之處,表明針灸在傷口愈合中也可能起著重要作用。

2.2.3 光刺激療法 光刺激療法主要是利用紅外線光化學作用弱、產熱產能少、但能加快組織內物理和化學反應的特點。由于人體吸收紅外線主要集中在皮膚和皮下組織,所以紅外線療法具有增強代謝、舒張血管、加快血流速度、改善局部組織灌注及淋巴循環(huán)的特性。其結果是不僅加快吸收和消除組織中的異常產物,而且還具有鎮(zhèn)痛、降低肌張力、抑制感覺神經興奮性等優(yōu)點。與藥物治療相比,光刺激療法具有操作便捷、適應證及受眾范圍廣、并發(fā)癥少、無創(chuàng)等優(yōu)點。

2.2.4 機械刺激療法 成纖維細胞是機體ECM 重塑、傷口收縮控制和瘢痕形成過程中最重要的細胞。在愈合過程中,皮膚受到各種機械和其他刺激,如壓縮、緊張、扭轉、剪切應力等,這些刺激有利于α 平滑肌肌動蛋白(α-SMA)參與成纖維細胞在細胞骨架中的表達導致傷口的收縮［11-15］,因此臨床中提倡術后患者盡早進行功能康復鍛煉。

2.3 離子療法 信號金屬離子作為人體代謝催化劑至關重要,也是蛋白質、酶或轉錄因子結構元素的一部分,如鈣是信號轉導中非常著名的第二信使。許多細胞外信號觸發(fā)細胞內級聯(lián)反應,導致不同的鈣通道激活,這也是心臟肌肉收縮、神經激發(fā)、細胞遷移、凋亡和增殖等過程的起源。據研究表明,鈣是一種親血管生成因子,所以在創(chuàng)傷愈合過程中適當補充鈣離子可以更好的促進血管生成和細胞遷移［16-19］。在創(chuàng)傷愈合中還有其他金屬離子扮演著重要作用,如銀具有強大的抗菌性能。因此,在創(chuàng)傷愈合中如銀等具有抗菌性能的金屬元素有望成為一種新的抗菌藥物。

2.4 組織工程療法 皮膚傷口愈合是當今關注的主要焦點之一,特別是3D 納米技術在生物材料中的引入,為正確模擬ECM 和細胞微環(huán)境提供了極好的工具［20-22］。據研究報道：在納米層面上修改表面積和三維結構是可行的。納米技術的應用如納米膠囊、納米粒子、納米纖維或納米板,這些都具有良好的信號傳導功能,當然其中也涉及到許多無機材料和聚合物,如蛋白質和多糖［10］。但是目前對于皮膚的個性化的研究,3D 技術還達不到智能生物材料的要求,特別是皮膚的附屬物如神經、毛囊、色素沉著等的個性化。因此,這應該是未來研究的主要方向之一。

2.5 基因工程療法 基因工程通過DNA 重組技術將目的基因導入載體細胞,以獲得大量對人體創(chuàng)傷修復有益的蛋白質,從而改變內皮細胞的游走、平滑肌細胞的增殖、新生血管的生成、巨噬細胞表型的轉化和募集干細胞等,但其臨床療效遠未達到預期值如損傷組織的完全修復、無瘢痕愈合等［11-13］。然而目前正在開發(fā)的新基因療法通過3D 打印技術生產的仿生材料與傳統(tǒng)基因療法相結合,可以較大程度改善傳統(tǒng)基因療法的不足。

2.6 其他療法 如酶清創(chuàng)療法、細胞療法和中醫(yī)中藥療法等對創(chuàng)傷修復的治療都有一定價值。

3 展望

近年來,由于細胞免疫學及皮膚藥理學的快速發(fā)展,人們對創(chuàng)傷修復的基本理論和臨床治療方法的認識都有極大的水平的提高。但由于創(chuàng)傷修復的機制尚未完全闡明,特別是在對巨噬細胞表型的轉化以及巨噬細胞功能調節(jié)藥物的探索上,因此,這給未來的研究提供新的思路。除此之外,新基因工程療法在無瘢痕愈合和功能恢復方面也給人們帶來新的期待。在未來,關于皮膚創(chuàng)傷修復及愈合的機制和治療,仍有廣闊的發(fā)展前景。