孫紅梅，趙海平，李春義，叢培強

（1.中國農業(yè)科學院特產研究所，吉林 長春130112；2.長春科技學院，吉林 長春130600；3.山東省威海市文登區(qū)畜牧獸醫(yī)技術服務中心，山東 威海264400）

皮膚是哺乳動物最大的器官，具有保護、感覺和控溫等諸多功能。自然情況下成年哺乳動物皮膚損傷的最終結果是傷疤。眾所周知，傷疤會給人類生理和心理上帶來巨大的影響，據統(tǒng)計，全球每年用于傷口護理上的花費可達150多億美元，因此皮膚損傷的無傷疤愈合一直是人類夢寐以求的。然而，幸運的是，自然界中存在著能夠進行無傷疤愈合的特例——鹿茸，這樣就為我們了解自然界如何解決無傷疤愈合的問題提供了優(yōu)秀的模型。鹿茸是鹿科動物的頭部附屬物，是目前所知的唯一一個能夠完全再生的復雜哺乳動物器官。鹿茸的再生始于角柄殘樁遠端皮膚的快速無傷疤愈合（7d完成直徑10 cm傷口的愈合，且不留傷疤）。在生長期，鹿茸以每天1～2 cm的速度延伸，它的皮膚（茸皮）也以同樣的速度進行生長。因此，對鹿茸皮膚再生機制的了解，將為實現哺乳動物傷口的無傷疤愈合提供理論指導。本文將對鹿茸皮膚的結構特點、發(fā)生與再生過程及其調控機制進行系統(tǒng)的綜述，旨在為闡明鹿茸皮膚再生的機制及其誘導分子的調控作用，為臨床上治療無傷疤傷口愈合和慢性傷口愈合提供新的候選藥物奠定理論基礎。

鹿茸的皮膚是鹿茸外表覆蓋的帶有柔軟絨毛的皮，因此也叫茸皮。茸皮是頭部皮膚（頭皮）的延伸，在茸角生長結束、骨化后自行脫落，每年隨新茸的生成而再生。

1 茸皮的結構

茸皮由表皮和真皮兩部分構成。鹿茸的表皮比一般表皮厚得多，真皮含有豐富的血管、神經纖維以及毛囊和皮脂腺，多數沒有汗腺[1-2]。

在鹿茸的頂部，真皮與軟骨膜相連，在茸的四周，真皮下面有一個密集平行的膠原組織束構成的管狀層。膠原組織由結締組織與茸骨分開，這種結締組織相當于正常骨骼的骨膜。茸皮沒有皮下疏松結締組織層，茸皮中含有精確定向的膠原纖維束，這種膠原纖維束沿鹿茸的長軸排列成行，在鹿的頂端構成一個帽狀結構，覆蓋在鹿茸頂部，呈輻射狀，被矩形膠原纖維緊緊圍繞。除鹿茸頂部外，茸干骨膜與茸皮之間很少有輻射膠原纖維，因此，這些地方的茸皮很容易被剝離。

茸皮上生長的茸毛起源于鹿茸生長點的頂端。有些鹿種（如梅花鹿）的茸毛是稀疏的，而另一些鹿種（如馬鹿、馴鹿）的茸毛則是稠密的。鹿茸生長點頂部的茸皮能不斷分化出新的毛囊，這是絕大多數哺乳動物的皮膚所不具有的。從縱切面可以觀察到生長點的毛囊發(fā)生和形成的過程，每個毛囊在分化的過程中都伴有皮脂腺的生成，皮脂腺分泌油脂使茸皮的表面具有光澤。發(fā)育成熟的茸毛幾乎是垂直地生長于茸皮的表面，但其沒有豎毛肌，這與身體其他部位的毛不同。

系統(tǒng)比較茸皮與頭皮的區(qū)別發(fā)現：茸皮雖然來源于角柄皮膚（頭皮的延伸，為典型的頭皮[3]），但與角柄皮膚卻有著明顯不同的特征[1-4]，從形態(tài)學方面來看，茸皮上附著的毛短、細且稀疏，與皮膚表面呈直角長出，顏色更淺。從組織學水平來看，茸皮的表皮較角柄皮膚的表皮更厚，茸皮的表皮厚度達0.149 mm，角柄皮膚的表皮厚度僅為0.01～0.03 mm（圖1 A、B）[2]。茸皮具有獨特的成熟的毛囊，與角柄皮膚的毛囊相比，毛囊發(fā)育階段不同。茸皮有較大的皮脂腺，缺乏豎毛肌和汗腺，而且茸皮的血管管壁較厚，管腔較小。角柄皮膚血管管壁較薄，管腔較大（圖1 C、D）。但茸皮與角柄皮膚的神經纖維在組織學上沒有差別（圖1 E、F）。

圖1茸皮和角柄皮膚組織學比較[5]Fig.1 Histological comparison of velvet skin and pedicle skin(scalp skin)

2 茸皮的發(fā)生

茸皮來源于角柄皮膚。鹿不是出生就帶有角柄的，是發(fā)育到青春期，體重到一個閾值（對赤鹿來說是5～7個月，56 kg）時從鹿的額外嵴發(fā)育而來的[5]。起初，角柄上覆蓋著典型的頭皮，當其長到特定高度時（赤鹿，50～60 mm），初角茸開始自發(fā)地從角柄的頂端形成，覆蓋其上的皮膚也隨之發(fā)生（圖2）。角柄和初角茸的發(fā)生一生只有1次。

圖2茸皮的發(fā)生過程[24]Fig.2 Process of generation of velvet skin

鹿茸內部組織結構——骨、軟骨的發(fā)生經歷了4個階段，即膜內成骨階段（IMO）、成骨模式轉化階段（OPC）、角柄軟骨內成骨階段（PECO）及鹿茸軟骨內成骨階段（AECO）[4，6]，與此同時，其外部結構——皮膚也經歷了相應的變化。皮膚的改變標志著鹿茸的發(fā)生。

膜內成骨階段：額外嵴皮膚由表皮、真皮和疏松結締組織組成，表皮較薄，呈波狀（圖3 A、B）。真皮包含毛囊及其附屬結構，如豎毛肌、大量的汗腺和單葉的皮脂腺（圖3 E）。疏松結締組織（SLCT）很厚，很疏松，其中分布著血管層（圖3 I）。表皮中未發(fā)現BrdU標記細胞，在真皮和毛囊中只有少數的BrdU標記細胞。

成骨模式轉變階段：早期，SLCT明顯變薄、變密，與其下面骨膜的界限不易分清，OPC后期，SLCT更薄、更密，已經與骨膜的纖維層有融合（圖3 J），與IMO階段相比，表皮變厚，有較多的汗腺，較大的皮脂腺，含有豎毛肌，但皮脂腺為單葉，表皮為波狀，但波的振幅和頻率都變?。▓D3 F）。BrdU標記細胞在真皮中比IMO階段更多（圖3 M）。

角柄軟骨內成骨階段：在早期，皮膚的主要特點是形成新的毛囊，新形成的毛囊位于角柄頂端。與OPC階段相比，表皮更厚，不再呈波狀，皮脂腺更大，多為雙葉。汗腺無明顯變化。在中期，頂部皮膚毛囊類型發(fā)生了改變，大的皮脂腺雙葉或多葉，無汗腺和豎毛?。▓D3 G）。表皮更厚、更平（圖3 C）。BrdU標記細胞主要分布在真皮中的皮脂腺、毛囊等處（圖3 N）。

鹿茸軟骨內成骨階段：與PECO后期階段基本相同。表皮厚度無明顯變化，SLTC呈很窄的一條帶（只有2～3層細胞）（圖3 L）。電鏡觀察發(fā)現基膜不完整，呈碎片狀（圖3 P）。

綜上，總結茸皮的發(fā)生過程，可以將其分成3個組織學上可以鑒別的階段（圖4）：1）額外嵴頂部疏松結締組織層壓縮階段（角柄高度15 mm）；2）矯正表皮波狀結構階段（角柄高度25 mm）；3）覆蓋的皮膚及相關附屬物的生成階段（角柄高度30 mm左右）。茸皮類型的改變發(fā)生在角柄軟骨內骨化階段的后期，主要表現在毛囊類型的改變上。角柄皮膚是典型的初級毛囊，茸皮為次級毛囊[7]。從這3個階段的組織學過程來看，驅動茸皮形成和擴張的因素可能是由皮下間質組織擴張引起的機械壓力。當角柄開始生長時，第一個信號為疏松結締組織壓縮，接著為波狀表皮變平，直到表皮被完全拉伸，才形成新的皮膚和附屬物。

3 茸皮的再生

每年春季，由于體內激素水平的降低，鹿的老角脫落，形成角柄殘樁，脫落處的角柄殘樁遠端由一層發(fā)亮的皮膚環(huán)所包裹（此時已具有茸皮的特性）。隨著鹿茸或角柄內部組織再生的推進，皮膚環(huán)進一步向心遷移，直至覆蓋傷口，形成茸芽，完成愈合，茸芽不斷向上推進，形成鹿茸的主干和眉枝，皮膚也隨之向上生長。

鹿茸的再生始于角柄殘樁皮膚的再生性傷口愈合。老角脫落后，角柄殘樁表面出血，中間的骨質部分內陷，形成碗狀結構，血液留在碗內，逐漸干枯，形成結痂，外周由逐漸向里生長的皮膚環(huán)所包圍。新形成的無毛的表皮及其真皮組織向內遷移，遷移表皮的表層細胞在愈合中移入位于結痂之上的干死組織和位于結痂之下的存活組織之間，中層細胞則移入皮層和角柄前端的骨質之間，形成舌頭樣的結構，大多數舌頭樣的結構都有特定的角度，像釘子一樣將愈合表皮的前端固定到下面與它相連的組織上。因此，表皮不僅封住角柄皮膚的真皮，而且表皮前緣牢牢地與角柄骨膜和膜下骨相連。隨著傷口愈合的推進，皮膚環(huán)進一步向心遷移，結痂逐漸變小，最后外周愈合的皮膚在頂端相遇，結痂被向心形成的主干和眉枝所取代，最終脫落[8]（圖5）。隨著皮下組織的迅速膨脹，產生壓力，皮膚必須快速生長[9]。

圖3鹿茸發(fā)生過程中茸皮的形態(tài)學與組織學[24，25，26]Fig.3 Histogenesis of velvet skin in antler generation

圖4茸皮的再生過程[24]Fig.4 Process of regeneration of velvet skin

圖5茸皮再生過程的組織學觀察[24]Fig.5 Histogenesis of velvet skin in antler skin regeneration

4 茸皮再生機制

茸皮的主要特征是具有能夠與內部組織同步再生和快速延伸的能力。然而是什么驅動并維持這種能力的呢？目前有兩種假說，一種是機械張力刺激鹿茸皮膚再生假說，另一種是化學誘導假說。

4.1 機械刺激在茸皮中的作用

在鹿茸發(fā)生階段，組織學觀察發(fā)現，當角柄開始生長時，第一個信號為疏松結締組織壓縮，接著為波狀表皮變平，直到表皮被完全拉伸，才形成新的皮膚和附屬物，因此，驅動角柄皮膚形成和擴張的因素可能是由皮下間質組織擴張引起的機械壓力[4]。在實驗條件下，使用皮膚膨脹器牽拉皮膚，已經形成了新的皮膚[10-12]。Austad和Rose[10]認為皮膚的擴張是通過提高其表面積來適應其皮下組織體積膨脹的一種生理過程。Francis和Marks[13]發(fā)現，皮膚的拉伸能刺激表皮細胞的增殖，使之釋放壓力，驅動鹿角柄皮膚或茸皮快速生長的動力可能是來源于皮下間質組織膨脹所產生的機械力，因為快速形成的鹿茸組織，可以看做特殊類型的組織擴張器。而且，Li等[14]檢測了鹿茸內部組織成分生長過程中對鹿茸皮膚產生的機械壓力，結果表明，生長鹿茸尖部可以直接穿透能夠承受1 040 g/cm2壓力的鐵氟龍膜（圖6），所以鹿茸生長產生的壓力一定大于1 040 g/cm2，所以可以得出角柄骨膜（Pedicle periosteum，PP）來源的鹿茸內部結構的膨脹產生的機械壓力是足夠驅動鹿茸皮膚生長的。

圖6機械張力與皮膚形成[1]Fig.6 Mechanical tension and skin formation

鹿茸再生過程中，鹿角脫落前，遠端角柄皮膚與角柄骨膜是緊密融合的，已獲得一些茸皮特征；但在近端，仍為典型的頭皮，當硬角脫落后，封住脫落面的皮膚為典型的茸皮。如果說角柄皮膚和初角茸的茸皮在發(fā)生過程中的快速生長是由生茸區(qū)骨膜的膨脹形成的機械張力所引起的，那么，在鹿茸再生開始階段，驅動鹿茸皮膚延伸的是什么因素呢？

表面上看，鹿茸再生早期，鹿茸皮膚所包裹的膨大的間質層沒有建立，不會產生機械張力[15，16]。然而，對其組織學觀察發(fā)現，即使是在鹿茸再生的早期，茸皮的生長也是由機械張力所引起的。因為：1）鹿茸主干和眉枝的生長中心定位在角柄殘樁的前、后角，而不在角柄殘樁的中心地帶。在向心遷移的皮膚封閉中心地帶時，再生的皮膚在幾天前就已經覆蓋在生長中心的前、后角。2）在老角脫落后，遠端角柄皮膚與真皮下的角柄骨膜緊密融合，并且表皮不僅封住角柄皮膚的真皮，而且表皮前緣牢牢地與角柄骨膜和膜下骨相連，末端的角柄骨膜增厚，產生壓力，因此，皮膚為解除壓力，必須生長。3）在鹿茸再生早期階段，愈合的表皮下面形成呈特定角度的舌頭樣結構，像釘子一樣牢固地將遷移的表皮的邊緣錨定到其下的結締組織，角柄骨膜來源組織在前后角的快速膨脹，逐漸向上推并且形成初期的眉枝和主干。在這段時期，新形成的茸皮覆蓋前后角的面積實質上是變大的。有趣的是，在這樣的由下面組織膨脹引起的機械壓力下，愈合皮膚的前緣仍然結合到其下的結締組織，而且保持向心延伸，因此，角柄皮膚和鹿茸茸皮在鹿茸發(fā)生和再生過程中可能均由快速膨脹的間質組織的機械壓力所驅動。這一結論揭示了鹿茸是怎樣完成與鹿茸的內部結構同步進行快速延伸的。

4.2 化學誘導在茸皮再生中的作用

皮膚在初角茸發(fā)生階段向茸皮的轉變是發(fā)生在出生后的成熟皮膚的轉變，因此，被認為是一個獨特的動物學現象[3]。最近幾年，在揭示這一轉變的機制方面取得了較大的進展。生茸區(qū)骨膜（AP）移植實驗[4，17，18]已經清楚地確立了生茸組織在這個過程中的角色。皮膚轉變之前去除AP，阻止了鹿茸的形成和在原來位置的皮膚的轉變，然而，皮下的AP在身體的其他部位如前額、前腿、后腿等誘導了異位鹿茸的發(fā)育和皮膚的轉變。說明機械壓力與膨脹的AP組織在皮膚轉變過程中均扮演著不可或缺的角色，只有機械壓力是不可能完成的，因為機械壓力只能驅動皮膚的延伸，而不能改變皮膚的類型，所以，AP獲得組織的分子誘導也是不可缺少的。

后來，化學誘導假說得到了Li等[4]所做的電鏡研究結果的支持，結果表明，在皮膚轉變階段的早期，發(fā)生了角柄/鹿茸皮膚基膜完整性的破壞，而此前，尖部皮膚的基膜是完整的，已知在表皮和真皮之間完整的基膜能夠有效阻止皮膚的相互作用，因此抑制鹿茸的再生。Neufeld[19]報道，基底膜（基膜的上層）從動物肢體截肢斷面開始消失，直到再生芽基形成后期才重建完整的連續(xù)性，因此延遲基底膜閉合的能力是區(qū)別再生與非再生肢體的一個特征。在鹿頭皮轉變成茸皮時期的這一發(fā)現，至少部分解釋了為什么鹿茸再生過程中沒有基膜的物理性破壞，再生仍能進行。

為了進一步檢測茸皮轉變的化學誘導假說，并觀察這種誘導的本質，Li等[20]進行了膜插入試驗。在研究中，分別將非通透性膜和孔徑0.45m的通透性膜插入到前額的AP和覆蓋著的皮膚之間，2年后發(fā)現，非通透性膜插入組皮膚仍然保持著原來的頭皮特征，而通透性膜插入組皮膚已經明顯轉變成了茸皮，這一發(fā)現清楚地表明皮膚的轉變依賴于AP的誘導，并且這種誘導是通過擴散分子而實現的，因為通透性膜雖然延遲了，但并未阻止皮膚的轉變，因此，解釋了轉變的機制：鹿茸發(fā)生或再生開始之前，較厚的疏松結締組織插入在兩種相互作用的組織生茸區(qū)骨膜（AP）/角柄骨膜（PP）與皮膚之間，一旦這兩種相互作用的組織變得緊密接觸，比如SLCT層被壓縮成狹窄的一條時，發(fā)生中的AP細胞和再生中的PP細胞釋放誘導擴散分子，穿過很窄的SLCT和真皮層，以長距離旁分泌的方式作用到與表皮相接處的真皮細胞，被激活的真皮細胞通過旁分泌和近分泌機制對表皮細胞發(fā)揮作用，轉變成茸皮（圖7）。最后分離和鑒別這些推斷的誘導分子可能對發(fā)明一種更好的促進傷口愈合或完整組織再生的治療方法具有重要意義。

圖7角柄皮膚向茸皮轉變的誘導過程示意圖[24]Fig.7 Schematic drawing of the induction of transformation from pedicle skin into velvet skin

目前，普遍被人們接受的觀點是茸皮的再生是機械張力與化學誘導共同作用的結果。只有機械張力，能引起角柄皮膚的生長，但不能誘導皮膚類型的轉變。如果只有化學誘導，而沒有機械張力的作用，同樣也不能完成鹿茸皮膚的轉變，因為當Li等[21，22]將生茸組織放到彌散腔中進行皮下移植時，由于生茸組織向外生長受到限制，不能對皮膚產生機械壓力，移植后2個月，沒有引起皮膚類型的轉變，因此鹿茸皮膚的轉變可能是通過機械刺激和化學誘導兩方面的作用來完成的，機械刺激驅動皮膚的形成，而化學誘導決定皮膚類型的轉變，啟動皮膚的再生。

5 前景展望

盡管成年哺乳動物傷口不能實現再生性愈合，但胎兒皮膚受損后是可以實現再生性愈合的[27，28]。研究發(fā)現胎兒皮膚具有再生性愈合的能力主要是由于胎兒的傷口愈合與成年的有很多不同[29，30]：1）無急性炎癥期，傷口處只檢測到巨噬細胞，而無白細胞和淋巴細胞出現，促炎性因子種類和水平都很低，而抗炎性因子卻很高；2）傷口處成纖維細胞的分裂和遷移速度顯著高于成年的成纖維細胞；3）由成纖維細胞分化為成肌纖維細胞的比例顯著低于成年傷口愈合的情況，因此不出現傷口收縮的現象；4）成纖維細胞分泌更多的III型膠原（Col III），更少的Col I，使兩者的比率保持在3∶1，而不是1∶3（成年傷口）；5）成纖維細胞分泌更多的TGF-3，更少的TGF-1，使TGF-3/TGF-1顯著高于成年。研究表明，間充質干細胞可以將成年皮膚成纖維細胞誘導成胎兒樣成纖維細胞，Huang等[31]將BMMSC（源于骨髓）與成年皮膚成纖維細胞放到一起離體共培養(yǎng)，可以通過旁分泌途徑有效誘導成纖維細胞變成具有胎兒成纖維細胞特性的細胞，轉變成的胎兒成纖維細胞可以有效降低炎癥反應、提高分裂和遷移速度以及ColIII和TGF-3的分泌量。同樣，榮小麗等[32]也證明鹿茸干細胞（鹿茸再生的基礎，茸皮再生化學誘導來源）注射或條件培養(yǎng)液的涂抹，均能促進大鼠皮膚損傷的再生性愈合，因此，鹿茸再生時角柄末端傷口直徑可達60～70 mm，最大可達100 mm，在5 d左右的時間完全愈合，茸皮實現再生性愈合可能也是通過在鹿茸再生過程中，鹿茸干細胞分泌的化學誘導分子將其周圍的成纖維細胞誘導成了胎兒樣的成纖維細胞來實現的。因此，分離、鑒別這些誘導因子，將為皮膚的無傷疤愈合提供新的有效途徑；弄清鹿茸皮膚再生的機制及其誘導分子的調控作用，可為臨床上治療無傷疤傷口愈合和慢性傷口愈合提供新的候選藥物，為人類健康做出重大貢獻。