陳 濤 馮高科 易 欣 蔣學俊

(武漢大學人民醫(yī)院心內(nèi)科、武漢大學心血管病研究所、心血管病湖北省重點實驗室，湖北省武漢市 430060，電子郵箱：1275793102@qq.com)

【提要】 干細胞是一類具有自我更新、分化能力的多潛能細胞。近年來，成體干細胞在皮膚創(chuàng)傷治療中的應(yīng)用備受關(guān)注，主要用于治療糖尿病皮膚潰瘍、靜脈潰瘍、遺傳性皮膚病等。本文就成體干細胞在皮膚損傷性疾病中的研究進展進行綜述。

皮膚是全身最大的器官，也是最容易損傷的器官，其在熱失調(diào)、抵抗機械力和感染等方面發(fā)揮重要作用。多種原因可導致皮膚傷口愈合延遲，其中糖尿病皮膚潰瘍、靜脈潰瘍、部分遺傳性皮膚病等難愈性創(chuàng)傷仍缺乏有效的治療手段[1-2]。干細胞是一類具有自我更新、分化能力的多潛能細胞[3]。近年來，干細胞在皮膚創(chuàng)傷治療中的應(yīng)用備受關(guān)注。用于損傷皮膚組織修復和再生的干細胞主要是胚胎干細胞和成體干細胞(somatic stem cell，SSC)兩大類[4]。胚胎干細胞雖然存在自我更新能力，但其來源不足且倫理問題突出[5]，因此，研究者們逐漸將研究重點轉(zhuǎn)向SSC。SSC主要包括表皮干細胞(epidermal stem cell，ESC)、骨髓間充質(zhì)干細胞(bone marrow mesenchymal stem cell，BMSC)、脂肪間充質(zhì)干細胞(adipose tissue-derived mesenchymal stem cell，ADSC)、臍帶間充質(zhì)干細胞、胎盤間充質(zhì)干細胞和造血干細胞等[4]。本文就SSC在皮膚損傷性疾病中的研究進展進行綜述。

1 ESC

皮膚表皮細胞的持續(xù)更新和損傷后再生修復能力取決于表皮基底層的ESC，ESC是表皮增殖單元的核心[6]。哺乳動物皮膚表皮由濾泡間細胞和相關(guān)附件(毛囊、皮脂腺和汗腺)組成，每個部位都有相應(yīng)的干細胞群[7-8]。當皮膚受損時，與其相鄰的未受損毛囊或皮脂腺中的干細胞發(fā)生遷移，對損傷皮膚進行修復，而影響干細胞遷移的因素均可間接影響皮膚損傷的修復[9]。皮膚傷口愈合的主要階段包括炎癥、增殖、再上皮化、血管生成、重塑和瘢痕形成等[1]。研究發(fā)現(xiàn)，在前緣角化細胞上表達的新整合素以及肌動蛋白交聯(lián)因子7在促進細胞黏附、細胞遷移中發(fā)揮重要作用[10]。Alcolea等[6]研究表明，創(chuàng)面邊緣的趨化因子基質(zhì)細胞衍生因子1(stromal cell-derived factor 1，SDF-1)水平明顯升高，ESC表達并促進基質(zhì)細胞衍生因子受體4(CXC趨化因子受體4，CXC chemokine receptor type 4，CXCR-4)增殖，阻斷SDF-1/CXCR-4通路后，表達SDF-1的ESC明顯減少，導致傷口愈合延遲，而外用SDF-1可促進傷口愈合。

目前ESC的臨床應(yīng)用主要體現(xiàn)在自體表皮培養(yǎng)移植術(shù)(cultured epidermal autograft，CEA)。與傳統(tǒng)的自體皮膚移植相比，CEA使用的移植物主要是從自體皮膚組織中分離并在體外生物材料上培育的表皮移植體，這些分離培養(yǎng)物中富含ESC，可以解決自體供皮不足的問題，避免二次創(chuàng)口形成[11-12]。Kadoya等[13]對不同程度燒傷患者進行燒傷瘢痕切除和CEA，結(jié)果顯示皮膚傷口可持續(xù)愈合且正常表皮化。Akita等[14]對大面積燒傷患者進行高度擴張的皮膚移植輔以CEA治療，術(shù)后6個月和12個月時患者擴張的皮膚移植可以最大限度地減少供體需求和瘢痕形成。然而，CEA在體外需要較長的培育時間，且對培養(yǎng)設(shè)備要求高，成本昂貴。此外，接受CEA治療的患者感染風險更高，嚴重時可導致移植失敗。其原因主要是CEA移植物灌注不足，因此，如何加強創(chuàng)面血液灌注和增強患者免疫力仍有待進一步研究[12]。

2 BMSC

間充質(zhì)干細胞在體內(nèi)和體外均具備分化潛能，是治療皮膚損傷的重要細胞[15-16]。最早發(fā)現(xiàn)的間充質(zhì)干細胞來源于骨髓組織，BMSC易于獲取和培養(yǎng)，具有多向分化潛能，免疫原性低，是目前皮膚創(chuàng)傷修復中主要的異體細胞種類[17]。

Fang等[18]研究發(fā)現(xiàn)，BMSC通過旁分泌信號通路抑制增生性瘢痕成纖維細胞和瘢痕疙瘩成纖維細胞的增殖和遷移，降低增生性瘢痕成纖維細胞和瘢痕疙瘩成纖維細胞中結(jié)締組織生長因子、纖溶酶原激活物抑制因子1、轉(zhuǎn)化生長因子β1、轉(zhuǎn)化生長因子β2的表達水平，使抗纖維化因子如轉(zhuǎn)化生長因子β3和蛋白核心聚糖的表達顯著增強，從而抑制纖維化進程。Zheng等[19]研究發(fā)現(xiàn)，BMSC可以分泌轉(zhuǎn)化生長因子β1、SDF-1和前列腺素E2，抑制炎癥反應(yīng)，增加細胞趨化性與增殖能力，抑制纖維化及瘢痕形成，從而治療輻射誘導的急性皮膚損傷。BMSC和破骨細胞是轉(zhuǎn)化生長因子b超家族成員激活素的主要來源，激活素B為激活素的主要形式之一，BMSC表面高度表達激活素B受體，激活素B可誘導BMSC內(nèi)肌動蛋白應(yīng)激纖維的形成，并通過c-Jun氨基末端激酶細胞外信號調(diào)節(jié)激酶信號通路調(diào)控細胞遷移，從而促進傷口愈合，減少纖維瘢痕的形成[20]。

單純將BMSC注射入皮膚受損區(qū)域無法克服灌注不足、瘢痕形成等問題，而將分離培養(yǎng)后的BMSC種植到三維凝膠海綿支架上，可以促進血管生成，減少組織空洞形成，從而提高移植療效[21]。通過基因工程技術(shù)將載有人血管內(nèi)皮生長因子(vascular endothelial growth factor,VEGF)165和人-防御素3基因的質(zhì)粒轉(zhuǎn)染入大鼠BMSC，可促進其旁分泌作用，縮短傷口愈合時間，減少肉芽組織的形成與膠原的沉積，說明該療法在治療放射性創(chuàng)傷等難治性創(chuàng)面中具有良好的應(yīng)用前景[22]。

3 ADSC

ADSC除了能夠分化成為內(nèi)皮細胞和血管細胞，具有促進血管新生的潛力外，還能夠通過旁分泌功能加速傷口愈合[24]。因此，近十年來ADSC在促進傷口愈合中的潛在作用備受關(guān)注。

ADSC具有與BMSC類似的分泌特性，能夠從脂肪組織中通過低侵入性操作大量獲取，每克皮下脂肪組織中間充質(zhì)干細胞的含量是骨髓的500倍[25-26]。外泌體是ADSC重要的旁分泌因子之一，在皮膚損傷愈合過程中，ADSC來源的外泌體通過激活磷脂酰肌醇3激酶/蛋白激酶B信號通路促進成纖維細胞增殖和遷移，優(yōu)化膠原沉積，進一步加速損傷愈合[27]。體外培育的ADSC可表達脂聯(lián)素和瘦素[28]，與人真皮成纖維細胞相互結(jié)合，顯著增加透明質(zhì)酸和膠原蛋白的生成，促進皮膚傷口愈合[29]。缺氧條件下體外培養(yǎng)的ADSC能顯著促進人真皮成纖維細胞的膠原合成和遷移，與正常氧條件下體外培養(yǎng)相比，缺氧條件下培養(yǎng)的ADSC可明顯減少傷口面積，促進VEGF和堿性成纖維細胞生長因子(basic fibroblast growth factor，bFGF)等生長因子的表達，促進血管生成，使用中和抗體抑制VEGF和bFGF可抑制人真皮成纖維細胞的遷移和皮膚傷口愈合[30-31]。臨床上在自體富血小板血漿中培養(yǎng)ADSC有助于移植后脂肪細胞的增殖和ADSC的分化，能促進大量生長因子生成如VEGF、血小板源性生長因子、表皮生長因子等[26]表達。

目前利用ADSC治療皮膚相關(guān)疾病的安全性、持久性仍有待進一步研究，如ADSC作為可溶性因子分泌載體的具體作用機制、供體年齡是否影響ADSC的潛力等，不斷對ADSC在皮膚再生和創(chuàng)傷愈合中的功能機制進行深入研究，對于尋找治療皮膚損傷疾病新靶點具有很大前景。

4 人羊膜上皮細胞

人羊膜上皮細胞(human amniotic epithelial cell，hAEC)是圍生期產(chǎn)生的具有胚胎干細胞樣分化能力和SSC樣免疫調(diào)節(jié)功能的干細胞之一，可促進傷口愈合[32]。Zheng等[33]在糖尿病小鼠全層切除性皮膚傷口周圍皮下注射hAEC，結(jié)果顯示hAEC可分泌白介素13等促進巨噬細胞向M2表型轉(zhuǎn)化，促進內(nèi)皮細胞遷移和增殖，增加損傷區(qū)域毛細血管密度。Zhao等[34]研究發(fā)現(xiàn)，hAEC可通過激活細胞外信號調(diào)節(jié)激酶、c-Jun氨基末端激酶和蛋白激酶B信號通路調(diào)節(jié)角質(zhì)形成細胞的遷移和增殖，進而促進傷口愈合；此外，與hAEC共培養(yǎng)的角質(zhì)形成細胞可上調(diào)細胞周期蛋白D1、細胞周期蛋白D3和雙微體2癌基因的表達，通過激活有絲分裂加速組織的修復過程。體外傷口局部注射hAEC可以促進成纖維細胞的遷移和增殖，促進金屬蛋白酶1的表達，抑制以Ⅰ型膠原蛋白Ⅰ、Ⅰ型膠原蛋白Ⅲ為主的細胞外基質(zhì)生成，加速皮膚傷口愈合并抑制瘢痕形成[32]。與ADSC的旁分泌作用相比，hAEC分泌表皮生長因子、血小板源性生長因子B等生長因子的水平更高，提示hAEC可能具有比ADSC更顯著的治療皮膚損傷效果[35]。Zou等[36]研究發(fā)現(xiàn)，與干細胞多能性相關(guān)的轉(zhuǎn)錄因子Oct4、泛素連接酶2和Nanog基因的表達水平隨體外培養(yǎng)的傳代次數(shù)增加而降低，泛素連接酶2可能被激活并與Oct4蛋白結(jié)合，從而引發(fā)泛素化和降解，導致Oct4蛋白表達缺失和干細胞多能性降低；microRNA-32通過抑制泛素連接酶2的表達，抑制泛素化和凋亡，從而維持體外hAEC培養(yǎng)物中干細胞多能性。因此，hAEC具有干細胞樣可塑性和雙重免疫調(diào)節(jié)特性，易大量獲取，遺傳穩(wěn)定，且不涉及醫(yī)學倫理問題，是干細胞的理想替代來源，將成為臨床治療糖尿病基礎(chǔ)傷口和其他慢性創(chuàng)傷的有效方法[5，32]。

5 誘導性多能干細胞

隨著對干細胞的進一步研究，通過將體細胞與四種轉(zhuǎn)錄因子(Oct4/Sox2/Klf4/c-Myc或Oct4/Sox2/Nanog/Lin28)結(jié)合，可以誘導體細胞向誘導性多能干細胞(induced pluripotent stem cell，iPSC)轉(zhuǎn)化，使得iPSC成為再生醫(yī)學研究和細胞治療中最普遍和易獲得的細胞來源[37]。在糖尿病潰瘍小鼠模型的皮膚損傷研究中，iPSC源性外泌體可以直接作用于細胞，促進糖尿病小鼠皮膚成纖維細胞遷移和增殖，并增加血管密度[38]。此外，iPSC容易進行基因改造，因此在治療遺傳性皮膚病方面具有廣泛的應(yīng)用前景。分離患者皮膚細胞進行基因重組使之轉(zhuǎn)化為iPSC，并對同源重組獲得的iPSC突變進行修復，誘導其分化為所需的細胞類型，最后進行自體移植可達到治療效果[39]。隱性遺傳營養(yǎng)不良型大皰性表皮松解癥是一種編碼Ⅶ型膠原的COL7A1基因突變引起的遺傳性水皰性疾病，Itoh等[40]從該類患者皮膚中成功分離出纖維細胞，證明自體iPSC有潛力為遺傳性皮膚病的再生治療提供細胞來源；然而，通過iPSC矯正COL7A1基因潛在的遺傳缺陷是否適用于該病所有患者，還需進一步驗證。

iPSC治療皮膚相關(guān)疾病還存在一定的局限性，比如現(xiàn)有的細胞純化技術(shù)尚不能完全成功地將分化細胞從未分化的iPSC中分離出來，而未分化的iPSC移植后會增加腫瘤或畸胎瘤形成的風險；還有基因重編效率低，重編過程對細胞基因組完整性的影響程度尚不清楚，iPSC可能會導致基因組異常等[39]。因此，iPSC真正用于臨床治療還有待進一步深入研究。

6 總 結(jié)

綜上所述，進一步研究各類干細胞參與皮膚損傷愈合修復以及恢復受干擾的皮膚穩(wěn)態(tài)的作用機制，對尋找更確切有效、廣泛適用的皮膚損傷治療策略具有十分重要的意義。針對慢性傷口及瘢痕傷口等難愈合傷口的治療，分離純化各類干細胞并進行鑒定，優(yōu)化體外培育干細胞方案，以及設(shè)計更優(yōu)的培育支架載體和降低臨床應(yīng)用成本，均是未來研究的重點。