劉 寧 薛寶霞, 程 偉 牛 梅 楊永珍 張 利

（1.山西醫(yī)科大學(xué)第三醫(yī)院，山西白求恩醫(yī)院，山西醫(yī)學(xué)科學(xué)院，同濟(jì)山西醫(yī)院，山西 太原 030032；2.山西浙大新材料與化工研究院，山西 太原 030032；3.太原理工大學(xué)輕紡工程學(xué)院，山西 太原 030024；4.太原理工大學(xué)新材料界面科學(xué)與工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗室，山西 太原 030024）

燒傷是指由火焰、熱液、高溫氣體、激光、熾熱金屬液體或固體等所引起的組織損害，也包括電、化學(xué)物質(zhì)等所致的損傷，常伴有組織壞死，是臨床上常見且處理棘手的外傷[1]。燒傷不僅給患者帶來極大的痛苦，而且遺留的瘢痕和功能障礙導(dǎo)致患者生存質(zhì)量較差，因此加快燒傷創(chuàng)面愈合、減輕疼痛、幫助患者重返社會是燒傷治療的目標(biāo)[2]。納米材料是目前的研究熱點(diǎn)，并已廣泛用于皮膚創(chuàng)面的治療，特別是金屬納米顆粒，已有多項體內(nèi)和體外研究證明了其促進(jìn)創(chuàng)面愈合的特性，特別是金屬納米粒子在治療傷口方面展示出強(qiáng)大潛力，可作為解決某些生物問題特別是促進(jìn)傷口愈合的有前景的候選物[3]。本文從燒傷創(chuàng)面的愈合機(jī)制和以納米材料為基礎(chǔ)的治療方法在創(chuàng)面愈合和組織再生中的應(yīng)用綜述如下。

1 燒傷創(chuàng)面的病理生理學(xué)

燒傷所引發(fā)的病理生理改變主要是血管通透性增加并且體內(nèi)纖溶系統(tǒng)啟動，從而導(dǎo)致血漿蛋白外滲和血小板聚集。嚴(yán)重?zé)齻麜ζつw和其他組織造成廣泛損害，通常與體液、電解質(zhì)紊亂以及傷口感染有關(guān)。與急性創(chuàng)傷或手術(shù)傷口相比，燒傷創(chuàng)面的治療因體液和電解質(zhì)流失、創(chuàng)面邊緣損傷壞死以及感染而更加復(fù)雜[4]。

1.1 燒傷引起的局部改變 燒傷與其他破壞性傷口或手術(shù)切口最大的區(qū)別在于損傷對損傷區(qū)域血管的影響。燒傷會損傷創(chuàng)面附近區(qū)域的血管，從而限制或中斷受傷部位的血流以及周圍區(qū)域的血流變化。燒傷后，機(jī)體會立即啟動血管收縮、凝固的過程，以維持體內(nèi)的穩(wěn)態(tài)。一般根據(jù)燒傷創(chuàng)面組織的血流狀況可將其分為3個不同的區(qū)域[1]：①凝固區(qū)：此區(qū)域位于最靠近熱源的創(chuàng)面中心區(qū)，因暴露于最大熱量并遭受最大的損害而導(dǎo)致發(fā)生廣泛的蛋白質(zhì)變性、凝固和降解，該區(qū)域皮膚組織主要表現(xiàn)為焦痂壞死組織。②停滯區(qū)：這是與燒傷壞死組織區(qū)域相鄰的區(qū)域，在此區(qū)域中的組織還具有一定的生物活性，但是由于周圍血管損傷使得此區(qū)域的血液灌注不足甚至停滯，若不進(jìn)行干預(yù)，缺血和缺氧可導(dǎo)致組織在48 h內(nèi)發(fā)生壞死；缺血區(qū)的細(xì)胞壞死和凋亡機(jī)制并不明確，可能與傷后24 h內(nèi)的細(xì)胞自噬及傷后24～48 h左右的延遲細(xì)胞凋亡機(jī)制有關(guān)[5]。研究證明，氧化應(yīng)激可能在壞死的組織轉(zhuǎn)歸中起一定作用，其中系統(tǒng)性抗氧化劑給藥可減少組織壞死的進(jìn)展[6]。③充血區(qū)：是受傷區(qū)域的邊緣，燒傷和未燒傷皮膚之間的界面，一般而言，該區(qū)域血管結(jié)構(gòu)的物理損傷很少甚至沒有，主要表現(xiàn)為血管的舒張和炎癥反應(yīng)，從而增加局部血流量。

1.2 燒傷引起的全身改變 燒傷后的局部炎癥對于創(chuàng)面愈合以及機(jī)體抵御感染至關(guān)重要。但是，嚴(yán)重?zé)齻麜l(fā)全身炎癥反應(yīng)綜合征，從全身炎癥反應(yīng)綜合征到感染性休克，這一過程會造成嚴(yán)重的細(xì)胞與器官損傷。最初，嚴(yán)重?zé)齻拿庖叻磻?yīng)是促炎性的，再逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)榭寡仔裕跃S持機(jī)體內(nèi)環(huán)境平衡，恢復(fù)正常的生理功能。其中，細(xì)胞因子和細(xì)胞反應(yīng)會介導(dǎo)上述兩個階段[7]。

燒傷后全身反應(yīng)的特征是血清中促炎細(xì)胞因子水平的升高，主要為白細(xì)胞介素-1β(IL-1β)和腫瘤壞死因子-α(TNF-α)的升高。這兩種細(xì)胞因子由多種細(xì)胞損傷后產(chǎn)生，均有助于發(fā)熱、急性期蛋白和整體分解代謝狀態(tài)的產(chǎn)生[8]。它們促進(jìn)內(nèi)皮細(xì)胞和巨噬細(xì)胞產(chǎn)生前列腺素E2(PGE2)、IL-6和血小板活化因子。IL-6在燒傷后由多種不同的細(xì)胞產(chǎn)生。與IL-1β和TNF-α一樣，IL-6會引起發(fā)熱并產(chǎn)生有助于T細(xì)胞活化的急性期反應(yīng)物。IL-6會在燒傷后1周左右達(dá)到峰值，其高水平與病情進(jìn)展和病死率增加有關(guān)，可能是反映疾病嚴(yán)重程度的標(biāo)志。γ干擾素(IFN-γ)是另一種促炎細(xì)胞因子，由自然殺傷細(xì)胞（NK細(xì)胞）和Th1細(xì)胞在損傷后產(chǎn)生，在巨噬細(xì)胞活化和CD4+T細(xì)胞向Th1細(xì)胞分化中起重要作用，同時抑制其向Th2細(xì)胞分化。在促進(jìn)損傷的促炎反應(yīng)中重要的細(xì)胞類型是促炎巨噬細(xì)胞和CD4+T輔助細(xì)胞[9]。

燒傷后的抗炎反應(yīng)和隨后的免疫抑制以一系列作用相反的細(xì)胞類型和細(xì)胞因子出現(xiàn)為特征。燒傷后單核巨噬細(xì)胞的產(chǎn)生和釋放減少，同時，巨噬細(xì)胞產(chǎn)生PGE2增多并且分泌IL-12減少，其對T細(xì)胞分化具有協(xié)同作用。Th細(xì)胞開始優(yōu)先分化為Th2細(xì)胞，產(chǎn)生抗炎細(xì)胞因子IL-4和IL-10[10]。導(dǎo)致燒傷后免疫抑制的事件的順序尚不明確，內(nèi)分泌系統(tǒng)變化、花生四烯酸釋放和細(xì)胞因子網(wǎng)絡(luò)變化都可能影響免疫系統(tǒng)的改變。嚴(yán)重?zé)齻螅瑫霈F(xiàn)抗利尿激素、醛固酮、生長激素、皮質(zhì)醇、胰高血糖素和兒茶酚胺水平增加。糖皮質(zhì)激素水平升高會抑制IFN-γ和IL-2的產(chǎn)生；損傷后早期釋放的去甲腎上腺素對Th1細(xì)胞產(chǎn)生抑制作用；嚴(yán)重?zé)齻缶奘杉?xì)胞產(chǎn)生的PGE2增加，PGE2可能在繼發(fā)性免疫抑制中發(fā)揮重要作用，如降低淋巴細(xì)胞增殖，降低促炎細(xì)胞因子IL-1β和IL-2水平，降低機(jī)體對IL-2的反應(yīng)，抑制NK細(xì)胞活性，激活抑制性T細(xì)胞等。細(xì)胞因子水平的變化反映了燒傷后適應(yīng)性免疫系統(tǒng)的改變，更具體地說，是T淋巴細(xì)胞群內(nèi)的改變[11]。

1.3 燒傷創(chuàng)面的愈合過程 燒傷創(chuàng)面的愈合是一個復(fù)雜的過程，一般將創(chuàng)面的愈合分為止血、炎癥、增殖、重塑4個階段[12]，是動態(tài)且相互重疊的過程。

燒傷后的第一階段是損傷限制階段，通常是創(chuàng)面出血，并伴有凝血。這不僅暫時填充了組織缺失的部分，封住創(chuàng)面，防止進(jìn)一步的失血，而且將第一批反應(yīng)細(xì)胞導(dǎo)入創(chuàng)面區(qū)域，促進(jìn)創(chuàng)面愈合進(jìn)入到下一個炎癥階段[13]。第二階段的特征是流向受傷區(qū)域的血流增加，使中性粒細(xì)胞和單核細(xì)胞通過損傷部位的血管擴(kuò)張和體液外滲啟動免疫應(yīng)答，之后由巨噬細(xì)胞募集趨化因子以維持該過程，起到清除降解不可修復(fù)的壞死組織、保護(hù)具有一定生物活性的組織和防止創(chuàng)面被病原微生物定植的作用[14]。當(dāng)創(chuàng)面環(huán)境被炎癥細(xì)胞充分“浸潤”時，該過程進(jìn)入第三階段，即增殖階段。這一階段與炎癥期相互重疊，此階段中角質(zhì)形成細(xì)胞和成纖維細(xì)胞被細(xì)胞因子和生長因子激活，角質(zhì)形成細(xì)胞在創(chuàng)面遷移以完成傷口閉合并重新構(gòu)建血管網(wǎng)絡(luò)，這是創(chuàng)面愈合過程中至關(guān)重要的一步，基質(zhì)細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞和免疫細(xì)胞間的通訊網(wǎng)絡(luò)介導(dǎo)了這一過程[15]。通常認(rèn)為創(chuàng)面閉合是愈合過程的終點(diǎn)，但實(shí)際上這只標(biāo)志著愈合的最長階段的開始，即重塑階段。這一階段是通過成纖維細(xì)胞的作用來改變傷口區(qū)域中的纖維組織填充物，即形成瘢痕。

創(chuàng)面收縮和瘢痕形成是增殖與重塑階段中的重要事件，可做為單獨(dú)事件探討。創(chuàng)面收縮有助于閉合受損的軟組織間隙，是必不可少的修復(fù)過程。在炎癥階段的終末期，間充質(zhì)干細(xì)胞分化為成纖維細(xì)胞，其在創(chuàng)面邊緣遷移并產(chǎn)生大量的糖胺聚糖(GAGs)、膠原和結(jié)締組織樣基質(zhì)，以在最短時間內(nèi)完成創(chuàng)面愈合。在轉(zhuǎn)化生長因子-β(TGF-β)作用下，肌成纖維細(xì)胞的數(shù)量增加這一過程介導(dǎo)了創(chuàng)面收縮[16]。嚴(yán)重?zé)齻碌娜珜悠つw缺損的愈合過程往往復(fù)雜且緩慢，并且創(chuàng)面收縮和創(chuàng)面邊緣上皮化有關(guān)，這會導(dǎo)致外觀與功能缺陷。

瘢痕是膠原纖維在傷口收縮時產(chǎn)生的拉伸應(yīng)力場中的產(chǎn)物，使用適當(dāng)?shù)姆椒ㄗ柚箘?chuàng)面收縮，可以防止瘢痕形成。有研究表明，使用肉毒桿菌毒素可以最大程度地減小創(chuàng)面邊緣的張力，從而降低纖維增生反應(yīng)與瘢痕形成[17]。深度燒傷創(chuàng)面由于其上皮愈合緩慢、創(chuàng)面張力高等特點(diǎn)，更容易形成增生性瘢痕。α-平滑肌肌動蛋白(α-SMA)由肌成纖維細(xì)胞表達(dá)，通常僅存在于血管壁與立毛肌中，更可能存在于增生性瘢痕中[18]。增生性瘢痕組織與正常皮膚相比，含有較高水平的胰島素樣生長因子-1(IGF-1)和血小板衍生生長因子(PDGF)，IGF-1增加細(xì)胞中Ⅰ型和Ⅲ型前膠原以促進(jìn)內(nèi)皮成纖維細(xì)胞形成，PDGF促進(jìn)成纖維細(xì)胞擴(kuò)散以及產(chǎn)生細(xì)胞外基質(zhì)(ECM)[19]?？寡滓蜃尤缂?xì)胞因子抑制劑、皮質(zhì)類固醇、IFN-α和IFN-β以及甲氨蝶呤已用于減少瘢痕形成。抑制膠原合成的細(xì)胞因子如IL-1、TNF-α和IFN-γ和IFN-α也用于抗纖維組織形成[20]。

2 納米金屬粒子在燒傷創(chuàng)面愈合中的應(yīng)用

創(chuàng)面愈合研究的基本需求是促進(jìn)組織再生，恢復(fù)皮膚的結(jié)構(gòu)和功能，達(dá)到無瘢痕組織愈合或使瘢痕組織最少。盡管創(chuàng)面愈合的研究取得了顯著進(jìn)展，但臨床仍存在對理想制劑的需求。理想情況下，創(chuàng)面愈合藥物或敷料配方應(yīng)該是能夠減少創(chuàng)面炎癥反應(yīng)、促進(jìn)早期血管生成、血管化和再上皮化，以提高創(chuàng)面閉合率，縮短愈合時間，并且不產(chǎn)生任何過敏反應(yīng)或毒性作用。納米材料因其大小、結(jié)構(gòu)性能和功能等的特點(diǎn)而廣泛應(yīng)用于藥物傳遞、成像、診斷、組織工程和光動力治療等過程[21]。納米材料的微觀形貌、粒徑、表面物理化學(xué)性質(zhì)及分散性等參數(shù)是影響其生物效率的關(guān)鍵因素，通過影響活性物質(zhì)的遞送(載體循環(huán))、滲透性(直接通過細(xì)胞膜或通過吞噬作用)和細(xì)胞反應(yīng)(受體識別)等途徑發(fā)揮作用[22]，關(guān)于金屬和金屬氧化物納米粒子，研究最多的是銀、金和鋅化合物，其具有獨(dú)特的抗菌活性和低毒性，是應(yīng)用于創(chuàng)面愈合中的理想候選物[23]。

2.1 納米銀粒子(AgNPs) 銀加速傷口愈合是通過影響細(xì)胞因子調(diào)節(jié)炎癥來實(shí)現(xiàn)的[24]。銀引發(fā)中性粒細(xì)胞凋亡并降低基質(zhì)金屬蛋白酶(MMP)活性，從而抑制炎性反應(yīng)，最終使創(chuàng)面愈合速度加快。有研究表明，與未經(jīng)相應(yīng)藥物治療相比，經(jīng)AgNPs治療的瘢痕疙瘩中的TGF-β和IFN-γ水平升高，增生性瘢痕形成最小[25]。此外，在整個創(chuàng)面的愈合過程中，經(jīng)AgNPs治療的創(chuàng)面區(qū)域IL-6保持在顯著較低水平，但是在愈合初期，TGF-β水平較高。在AgNPs治療組中，較低水平的TGF-β與創(chuàng)面閉合前升高的IFN-γ水平暫時重疊[26]。這些研究證實(shí)了AgNPs不僅可作為抗菌劑，而且能夠減輕炎癥過程，有利于創(chuàng)面的無瘢痕愈合；且AgNPs通過誘導(dǎo)正常成纖維細(xì)胞分化為肌成纖維細(xì)胞，促進(jìn)傷口收縮，從而加速愈合過程。AgNPs還通過角質(zhì)形成細(xì)胞的增殖和重新定位刺激表皮再上皮化[27]。

Hiep等[28]在微波輔助下制備殼聚糖/聚乙烯醇(PVA)/AgNPs復(fù)合凝膠應(yīng)用于創(chuàng)面，顯示對金黃色葡萄球菌和銅綠假單胞菌具有抗菌特性，且具有良好的生物相容性和創(chuàng)面保護(hù)作用。Li等[29]制備的AgNPs/膠原/殼聚糖新型敷料(AgNPs-CCD)能促進(jìn)在深Ⅱ度燒傷創(chuàng)面愈合過程中起重要作用的生長調(diào)節(jié)因子和炎癥因子的產(chǎn)生，包括血管內(nèi)皮生長因子（VEGF）、表皮生長因子受體-7(EGFL-7)、TGF-β1、堿性成纖維細(xì)胞生長因子（bFGF）、TNF-α和IL-1β，該敷料在促進(jìn)創(chuàng)面愈合和調(diào)節(jié)細(xì)胞因子表達(dá)方面表現(xiàn)出優(yōu)異的生物學(xué)效應(yīng)。

盡管AgNPs已被確定為治療燒傷的有效抗菌劑，在減少創(chuàng)面炎癥反應(yīng)以及促進(jìn)再上皮化方面展示了優(yōu)異的性能，但其對人類健康危害以及對生態(tài)系統(tǒng)的不良影響目前還了解甚少，其作為治療劑在臨床的應(yīng)用受到限制。今后需要針對上述問題開展進(jìn)一步研究，并確保含銀產(chǎn)品的設(shè)計、使用和處置的安全性。

2.2 納米金粒子(AuNPs) AuNPs長期以來用于各種生物醫(yī)學(xué)研究，包括藥物遞送、基因遞送、光熱效應(yīng)、抗癌、血管生成、生物傳感等[30]。AuNPs所固有的抗菌性和抗氧化性有助于創(chuàng)面在止血和炎癥階段的修復(fù)[31]。Arafa等[32]研究表明，AuNPs除了對燒傷感染中常見的細(xì)菌(如金黃色葡萄球菌)具備體外抗菌活性之外，與現(xiàn)有的應(yīng)用于燒傷創(chuàng)面的產(chǎn)品相比，AuNPs在促進(jìn)燒傷愈合和抗菌活性方面，顯示出更高傷口愈合性能和抗菌活性。AuNPs既能直接靶向損傷細(xì)菌細(xì)胞壁，也可以與細(xì)菌DNA結(jié)合，阻止其在復(fù)制或轉(zhuǎn)錄過程中解旋，從而發(fā)揮殺菌和抑菌的作用。因此，AuNPs可以抑制多重耐藥病原體，如金黃色葡萄球菌和銅綠假單胞菌等。此外，AuNPs可防止活性氧的形成，起到抗氧化劑的作用，有助于創(chuàng)面愈合[33]。AuNPs可與皮膚脂質(zhì)相互作用，能夠打開角質(zhì)層并穿透皮膚屏障，具有透皮活性。

此外，聯(lián)合了抗氧化劑如綠茶提取物(EGCG)和α-硫辛酸(ALA)的AuNPs在皮膚創(chuàng)面愈合中展現(xiàn)了更好的結(jié)果，鼠模型以及體外細(xì)胞系中的研究均證明了其可使創(chuàng)面愈合顯著加快[34]。由于良好的生物相容性和優(yōu)異的多功能性，AuNPs有希望成為促進(jìn)傷口愈合的候選藥物[35]。

盡管AuNPs在生物醫(yī)學(xué)中應(yīng)用廣泛，但其毒性仍存在爭議。Lu等[36]報道，雖然低濃度的AuNPs能促進(jìn)角質(zhì)細(xì)胞的生長和分化，但高濃度的AuNPs與細(xì)胞毒性有關(guān)。Li等[37]揭示了AuNPs的體外毒性是取決于其粒徑大小和劑量，較高劑量和較小粒徑的AuNPs導(dǎo)致更強(qiáng)的細(xì)胞毒性；粒徑越小，產(chǎn)生的活性氧(ROS)對細(xì)胞的損害越大。

2.3 納米氧化鋅粒子(ZnONPs) 鋅(Zn)是人體必需的微量元素，通常作為輔助因子存在于許多酶中。有研究報道，ZnONPs產(chǎn)生的ROS有助于細(xì)胞遷移與黏附過程，并通過觸發(fā)生長因子介導(dǎo)的途徑加速愈合過程,在創(chuàng)面愈合領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用[38]。Khorasani等[39]將ZnONPs摻入肝素化聚乙烯醇和殼聚糖水凝膠中制備成傷口敷料，能有效保護(hù)創(chuàng)面，防止創(chuàng)面脫水，減少滲出物形成和細(xì)菌繁殖，加快創(chuàng)面愈合速度。將ZnONPs摻入水凝膠基傷口敷料中時，可通過增加ZnONPs與創(chuàng)面的總接觸時間，促進(jìn)角質(zhì)細(xì)胞遷移，改善再上皮化[40]。

因ZnONPs固有的抗菌性能，可用在不同的生物納米復(fù)合材料中用于促進(jìn)創(chuàng)面愈合及控制感染。但是，ZnONPs有毒性作用，有關(guān)于臨床前安全性動物模型的研究報告了其在人類中使用的一些限制。例如，高濃度ZnONPs與角質(zhì)形成細(xì)胞的線粒體功能障礙有關(guān)，會導(dǎo)致乳酸脫氫酶釋放。此外，ZnONPs在產(chǎn)生ROS的同時，還抑制人角質(zhì)形成細(xì)胞超氧化物歧化酶和谷胱甘肽過氧化物酶基因的表達(dá)，誘導(dǎo)細(xì)胞膜氧化應(yīng)激和細(xì)胞凋亡[41]。

3 總結(jié)與展望

從生物學(xué)和生理學(xué)角度理解創(chuàng)面的愈合過程至關(guān)重要，創(chuàng)面愈合是一個涉及止血、炎癥、增殖和重塑的復(fù)雜過程，可能受到各種內(nèi)部和外部因素的干擾，其中最重要的因素是感染。近年來，對創(chuàng)面愈合過程中細(xì)胞和分子機(jī)制的深入研究，對采用納米技術(shù)開發(fā)更先進(jìn)的治療措施產(chǎn)生了深遠(yuǎn)影響。銀、金和鋅等金屬納米粒子具有低毒性和抗菌活性等優(yōu)異性能，是用于傷口敷料的理想候選材料。雖然現(xiàn)有研究已經(jīng)證實(shí)納米材料可以在創(chuàng)面愈合的各個階段發(fā)揮促進(jìn)愈合的積極作用，但同一種材料不可能貫穿應(yīng)用在整個愈合過程，不同階段可能需要不同類型的材料。目前的研究大多集中在促進(jìn)止血、抗感染、免疫調(diào)節(jié)和促進(jìn)細(xì)胞增殖方面，對其深入機(jī)制方面的研究較少，并且，對納米材料作用于創(chuàng)面的分子機(jī)制及信號通路尚未有明確的認(rèn)識。創(chuàng)面研究未來需要更好地了解細(xì)胞反應(yīng)和分析納米材料不同物化特征以及揭示創(chuàng)面愈合過程中涉及的細(xì)胞信號通路，這將有助于為新型納米材料用于創(chuàng)面治療開辟新的途徑。