宋子鈺， 趙居陽， 秦 玥， 黃小睿， 高 晶,2， 王 璐,2

(1. 東華大學(xué) 紡織學(xué)院， 上海 201620； 2. 東華大學(xué) 紡織行業(yè)生物醫(yī)用紡織材料與技術(shù)重點實驗室， 上海 201620)

皮膚是人體與外部環(huán)境之間的界面，對人體組織和器官起著必要的保護(hù)作用，常受到燒傷、燙傷、割傷等外部傷害。當(dāng)皮膚受到損傷時，會發(fā)生一系列的反應(yīng)進(jìn)行傷口修復(fù),這是一個動態(tài)連續(xù)而又復(fù)雜的過程，主要分為炎癥期、增殖期和重塑期3個階段。修復(fù)的各個階段并不獨立進(jìn)行，而是相互重疊，各種組織和細(xì)胞之間有著復(fù)雜而有序的相互作用[1]。同時，許多細(xì)胞因子、生長因子和蛋白酶都與傷口修復(fù)過程密切相關(guān)[2]。皮膚瘢痕則是組織受傷后修復(fù)的最終結(jié)果[3]。

瘢痕組織是由肉芽組織轉(zhuǎn)化而來的纖維結(jié)締組織，含有大量平行的膠原纖維束或雜亂無序的纖維網(wǎng)絡(luò)，不包含毛囊、皮脂或者汗腺，缺乏正常皮膚的復(fù)雜網(wǎng)紋結(jié)構(gòu)，這極大地降低了瘢痕的彈性和應(yīng)力[4-5]。據(jù)報道，瘢痕組織的抗張強(qiáng)度只有原始皮膚的70%左右，極易受到二次傷害[3,6]。此外，瘢痕組織雖然能夠?qū)p傷的傷口填補(bǔ)并連接起來，保持皮膚組織的完整性，但是卻存在瘢痕的收縮和產(chǎn)生增生性瘢痕等問題[7]。瘢痕收縮通常發(fā)生在人體關(guān)節(jié)處，會造成患者的行動受限[8-9]。而增生性瘢痕是瘢痕組織過度增生的結(jié)果，其主要特征為纖維化和細(xì)胞外基質(zhì)蛋白的過度沉積[7,10-11]。增生性瘢痕多發(fā)生在深部創(chuàng)傷、嚴(yán)重?zé)齻蚴中g(shù)切口后，導(dǎo)致患者較大程度的美容缺陷和功能損害，因此，無論是在外觀，還是在生物學(xué)功能方面，皮膚瘢痕都會給患者帶來沉重的心理負(fù)擔(dān)和身體健康隱患。

近年來,人們在積極尋找各種治療皮膚瘢痕的方法，包括壓力治療、激光治療、手術(shù)矯正、注射藥品等[12-14]，但這些方法存在壓力治療療效低,激光產(chǎn)生熱傷害及需要療后護(hù)理,手術(shù)矯正后復(fù)發(fā)率高,藥品多次注射帶給患者巨大痛苦等諸多問題[13-14]。相比之下，功能敷料可在傷口愈合的早期介入，通過不同的釋藥系統(tǒng)降低炎癥反應(yīng)，調(diào)節(jié)與瘢痕形成有關(guān)的各生長因子和細(xì)胞因子表達(dá)的效果，且為傷口愈合提供物理支撐以及無疤愈合所需的濕潤環(huán)境，從而在根本上預(yù)防瘢痕的生成。瘢痕形成涉及傷口愈合全過程，功能敷料在任一階段的干預(yù)都會影響皮膚瘢痕的產(chǎn)生。單一功能的傷口敷料，尤其是用于抗菌和促進(jìn)傷口愈合的敷料，都表現(xiàn)出了一定的瘢痕抑制效果。本文通過對近年來用于抑制皮膚瘢痕的功能敷料的研究進(jìn)行總結(jié)，期望為未來設(shè)計和開發(fā)更加有效地抑制瘢痕的敷料提供參考。

1 基于降低炎癥反應(yīng)的抑疤敷料

皮膚受傷后，由于細(xì)菌和微生物等侵入引起傷口的炎癥反應(yīng)(見圖1)，此時單核細(xì)胞、中性粒細(xì)胞、巨噬細(xì)胞等炎癥細(xì)胞富集到創(chuàng)傷區(qū)域，通過分泌蛋白酶和吞噬作用進(jìn)行殺菌和降解壞死組織，同時分泌高水平的促炎因子[4,7]。這些促炎因子通過激活成纖維細(xì)胞促進(jìn)瘢痕組織形成，且促炎因子的持續(xù)高表達(dá)也會募集并激活更多的炎癥細(xì)胞[15-16]。炎癥反應(yīng)是皮膚受到損失后的正常反應(yīng)，但過度的炎癥反應(yīng)會促進(jìn)成纖維細(xì)胞的過度增殖和其細(xì)胞產(chǎn)物的增多，從而加重瘢痕的形成[17-18]。有研究從另一方面證實，減少局部單核細(xì)胞和巨噬細(xì)胞的形成會顯著抑制成纖維細(xì)胞的過度增殖和傷口瘢痕組織纖維化[4]，因此，減少細(xì)菌對傷口的感染，降低炎癥反應(yīng)有利于抑制皮膚瘢痕的形成。Sadiya等[19]在棉織物表面涂層殼聚糖(CS)/聚乙二醇(PEG)/聚乙烯吡咯烷酮(PVP)水凝膠，并加入鹽酸四環(huán)素(TC)，設(shè)計開發(fā)了一種抗菌并能夠預(yù)防瘢痕的創(chuàng)面敷料CPPC-TC。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)：該敷料48 h的TC累積釋放率為80%，其對革蘭氏陽性菌和革蘭氏陰性菌均表現(xiàn)出良好的抗菌特性；與無TC的敷料對照組相比，經(jīng)CPPC-TC處理的傷口的瘢痕面積由原來的10.7%降低到0.33%。

圖1 炎癥反應(yīng)對瘢痕形成的影響機(jī)制

在皮膚受到嚴(yán)重創(chuàng)傷后，傷口組織會因缺乏氧氣而導(dǎo)致炎癥反應(yīng)的增強(qiáng)，此時會產(chǎn)生過量的活性氧(ROS)，引起氧化應(yīng)激反應(yīng)，對周圍的正常細(xì)胞環(huán)境和成纖維細(xì)胞造成傷害[20-21]。Vivek等[20]將具有抗氧化性的姜黃素和鈰Ce3+用于靜電紡敷料中，由于姜黃素和鈰Ce3+具有雙重抗氧化性，使得傷口中的超氧化物歧化酶(SOD)和過氧化氫酶的水平提高，ROS水平降低，有效減弱了氧化應(yīng)激反應(yīng)。將該敷料應(yīng)用于大鼠全層傷口中，顯示出完全愈合和重新上皮形成，且沒有觀察到瘢痕的生成。

2 基于調(diào)控信號傳導(dǎo)的抑疤敷料

增殖期是控制傷口瘢痕形成的關(guān)鍵時期。在這個階段角質(zhì)形成細(xì)胞增殖，表皮層重建，皮膚再上皮化；肉芽組織形成，包括新血管生成和纖維增生，以填補(bǔ)傷口和恢復(fù)皮膚的基本功能。這些過程涉及多種細(xì)胞的生理活動和細(xì)胞間的信號傳導(dǎo)，尤其值得注意的是，成纖維細(xì)胞生理活動的任何異常都將導(dǎo)致皮膚瘢痕的產(chǎn)生[22]。

2.1 通過角質(zhì)形成細(xì)胞進(jìn)行的信號調(diào)控

角質(zhì)形成細(xì)胞位于表皮的最上層，是表皮的主要構(gòu)成細(xì)胞。外界環(huán)境的變化可直接影響角質(zhì)形成細(xì)胞的生物學(xué)行為，其中傷口愈合環(huán)境中水分的變化是角質(zhì)形成細(xì)胞信號傳導(dǎo)的關(guān)鍵影響因素。Xu等[23]研究發(fā)現(xiàn)，傷口中水分減少會導(dǎo)致皮膚局部的鈉濃度發(fā)生變化，位于角質(zhì)形成細(xì)胞表面的鈉通道檢測到這一變化，從而引起信號通路的改變。受胎兒無疤傷口愈合的啟發(fā)，人們認(rèn)為胎兒的無疤愈合得益于其水合良好，即濕潤的環(huán)境[24]。Zhao等[25-26]研究發(fā)現(xiàn)，傷口水分減少會促使角質(zhì)形成細(xì)胞分泌HMGB1和S100A12蛋白，其通過RAGE、TLR2、TLR4等受體刺激MRTF-A/SRF信號軸，從而激活成纖維細(xì)胞，使得膠原纖維密度增加形成增生性瘢痕，因此，在研究設(shè)計抑制瘢痕的功能敷料時，必須考慮敷料的吸水性和保濕性，以維持傷口表面濕潤的愈合環(huán)境。

自20世紀(jì)50年代以來，傷口濕潤環(huán)境愈合理論便被研究者們提出并逐漸完善，濕性敷料也迎來了迅速發(fā)展階段[27]。目前，所用較多的濕性敷料主要有水凝膠類、海綿類、親水性纖維類等，常用到的生物材料有殼聚糖、藻酸鹽類、絲素蛋白、明膠等。水凝膠是一種具有三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的新型功能高分子材料，具有親水基團(tuán)，能被水溶脹但不溶于水，因此，水凝膠制備醫(yī)用敷料具備保持創(chuàng)面濕潤的特性[28]。有研究證明，殼聚糖/明膠水凝膠能夠促進(jìn)成纖維細(xì)胞增殖、膠原蛋白合成和新血管形成，從而在較早的肉芽組織形成和再上皮形成過程中促進(jìn)皮膚傷口的正常愈合[29]。

殼聚糖是甲殼素的N-去乙?；苌?，存在于殼聚糖中的N-乙酰氨基葡萄糖是皮膚組織的主要成分，對于瘢痕組織的愈合起著至關(guān)重要的作用[30]。Wang等[31]研究發(fā)現(xiàn)，不同形態(tài)羧甲基殼聚糖(CMCS)敷料對瘢痕的抑制機(jī)制和效果有所差異。由于具有多孔結(jié)構(gòu)和更多的生物活性結(jié)合位點，CMCS海綿具有良好的吸水性和促進(jìn)成纖維細(xì)胞增殖的作用，其轉(zhuǎn)化生長因子TGF-β1和α-平滑肌肌動蛋白(α-SMA)在創(chuàng)面愈合過程中的表達(dá)最高；而CMCS水凝膠和CMCS膜則有利于刺激MMP-1的表達(dá)，從而抑制瘢痕生物形成和促進(jìn)真皮的正常愈合。

2.2 阻斷TGF-β/Smad信號傳導(dǎo)

轉(zhuǎn)化生長因子TGF-β是影響瘢痕形成的關(guān)鍵活性因子[1]。TGF-β有多種亞型，其中TGF-β1和TGF-β2通過與受體復(fù)合物結(jié)合磷酸化Smad2和Smad3蛋白，磷酸化的Smad2和Smad3與Smad4形成二聚體轉(zhuǎn)移到細(xì)胞核中，作為轉(zhuǎn)錄因子發(fā)揮作用，從而促進(jìn)瘢痕的形成，其信號通路如圖2所示。此外，TGF-β1還通過誘導(dǎo)Smad3轉(zhuǎn)錄蛋白，激活Wnt信號通路增強(qiáng)瘢痕的生成；而TGF-β3作為受體拮抗劑，可以阻斷信號傳導(dǎo)，從而減少瘢痕形成[1,7,32]。TGF-β/Smad信號傳導(dǎo)的失調(diào)會刺激結(jié)締組織生長因子的表達(dá)，成纖維細(xì)胞持續(xù)活化會導(dǎo)致膠原合成和沉積的異常，最終Ⅰ/Ⅲ型膠原比例增加以及異常交聯(lián)的膠原纖維束形成，可加重瘢痕的產(chǎn)生和纖維化[3,32]，因此，目前的研究大多針對阻斷TGF-β/Smad信號的傳導(dǎo)以減輕或抑制皮膚瘢痕的形成。Wang等[33]將SB-525334(小分子TGF-β1抑制劑)負(fù)載到聚己內(nèi)酯(PCL)/明膠靜電紡納米纖維支架上以控制瘢痕的增生，實驗結(jié)果顯示瘢痕表皮基底層變平，真皮層與健康皮膚組織相似，且Ⅰ型膠原水平顯著降低，膠原蛋白沉積正常，增生性瘢痕得到有效控制。人參皂苷Rg3是人參的生物活性成分，該成分可通過阻斷TGF-β/Smad信號通路抑制瘢痕成纖維細(xì)胞的增殖、血管的過量生成和膠原蛋白的過度合成，從而抑制瘢痕的產(chǎn)生[34]。Cui等[35]將人參皂苷Rg3(G-Rg3)以無定形狀態(tài)摻入到聚(L-乳酸)(PLLA)纖維中，制備了靜電紡G-Rg3/PLLA纖維支架。與不負(fù)載G-Rg3的支架相比，G-Rg3/PLLA靜電紡纖維支架通過減少真皮層厚度、增生性瘢痕成纖維細(xì)胞的增殖和膠原纖維密度等，有效抑制了增生性瘢痕的形成。Faraz等[36]利用具有降低TGF-β1表達(dá)作用的鹽酸二甲雙胍制備了靜電紡支架，結(jié)果顯示鹽酸二甲雙胍的局部給藥顯著降低了瘢痕相關(guān)標(biāo)記物(Ⅰ型膠原蛋白、Ⅲ型膠原蛋白、纖連蛋白、α-SMA以及TGF-β1)的基因表達(dá)，從而減少了瘢痕的形成。

圖2 TGF-β/Smad信號通路

3 基于促進(jìn)組織再生的抑疤敷料

重塑期是瘢痕的形成時期，在瘢痕形成過程中，肉芽組織水分吸收減少，血管逐漸退化，膠原纖維量增多并發(fā)生玻璃樣變性，從纖維結(jié)締組織轉(zhuǎn)變?yōu)轳：劢M織[7]。皮膚在傷口愈合過程中很多組分會發(fā)生變化。其中，瘢痕組織的形成過程主要包括3個方面的變化：一是成纖維細(xì)胞向肌成纖維細(xì)胞的分化，其標(biāo)志是α-SMA的生成；二是細(xì)胞外基質(zhì)含量和組分發(fā)生變化，主要表現(xiàn)為膠原蛋白等物質(zhì)的過度沉積和膠原蛋白類型的轉(zhuǎn)變。其中，膠原蛋白的過度沉積是瘢痕增生的主要原因，而Ⅰ型膠原蛋白是傷口瘢痕的主要成分[4,37]；三是血管和皮膚附屬物的缺失，瘢痕組織缺少正常皮膚組織所包含的血管、皮脂、毛囊以及汗腺等成分。如何控制瘢痕組織中各組分的轉(zhuǎn)變及其含量的變化，促進(jìn)皮膚組織再生，是控制皮膚瘢痕產(chǎn)生的重點。

3.1 控制成纖維細(xì)胞的增殖分化

α-平滑肌肌動蛋白(α-SMA)不僅是皮膚愈合過程中成纖維細(xì)胞活化的主要標(biāo)志物，也是具有收縮特性的肌成纖維細(xì)胞的典型標(biāo)志物，能夠?qū)谶吘夁B接在一起產(chǎn)生收縮反應(yīng)[38]，因此，過多α-SMA的產(chǎn)生，意味著成纖維細(xì)胞的過度增殖分化和肌成纖維細(xì)胞的過度生成，使傷口組織收縮過度。細(xì)胞外基質(zhì)(ECM)是在成纖維細(xì)胞向肌成纖維細(xì)胞分化的過程中產(chǎn)生的[39]。過多的蛋白質(zhì)生成和較少的膠原降解，導(dǎo)致了ECM在皮膚組織中含量過高，從而表現(xiàn)為皮膚組織變厚，這與成纖維細(xì)胞的過度增殖和膠原酶數(shù)量減少或活性降低有關(guān)。MG53是具有多種生物功能的TRIM家族蛋白，可以通過促進(jìn)細(xì)胞膜修復(fù)和控制成纖維細(xì)胞向肌成纖維細(xì)胞分化，來促進(jìn)傷口愈合并減少瘢痕的形成[39]。Li等[40]將重組人源蛋白rhMG53封裝在熱敏水凝膠中，與無rhMG53的對照組相比，用rhMG53處理的成纖維細(xì)胞中α-SMA和ECM成分的表達(dá)降低，且用rhMG53水凝膠治療的大鼠瘢痕明顯減少。

3.2 調(diào)節(jié)ECM的變化

ECM作為皮膚細(xì)胞生存的微環(huán)境，還與細(xì)胞的基本生命活動密切相關(guān)。其中，ECM組分可調(diào)節(jié)生長因子的釋放、組織病理改變和炎性應(yīng)答等過程，是決定皮膚修復(fù)質(zhì)量的關(guān)鍵因素之一[41]。在瘢痕生成過程中，ECM組分的主要變化是Ⅲ型膠原的減少和Ⅰ型膠原的增多。Ⅰ型膠原分泌過多會導(dǎo)致纖維結(jié)構(gòu)紊亂和增生性瘢痕形成，而Ⅲ型膠原在創(chuàng)面修復(fù)中起到構(gòu)建橋梁的作用，隨后生成的Ⅰ型膠原可以沿Ⅲ型膠原方向有序排列，形成穩(wěn)固的支架，從而促進(jìn)創(chuàng)面的無瘢痕愈合[42]。足夠含量的Ⅲ型膠原蛋白是一種可以阻止瘢痕形成的調(diào)節(jié)劑。Yalman等[43]將腐殖酸和藻酸鹽交聯(lián)制備水凝膠傷口敷料，經(jīng)測試發(fā)現(xiàn)這種敷料可抑制Ⅰ型膠原的過度表達(dá)，并刺激Ⅲ型膠原的表達(dá)，具有促進(jìn)傷口創(chuàng)面無瘢痕愈合的潛力。

此外，瘢痕組織中存在大量平行排列的膠原纖維束。膠原纖維是由膠原蛋白在細(xì)胞外聚合交聯(lián)而成的纖維組合物[44]。粗大的Ⅰ型膠原纖維質(zhì)地堅硬而沒有彈性，是瘢痕組織纖維化的物質(zhì)基礎(chǔ)[42]。而膠原酶可以降解瘢痕組織中的膠原纖維，起到減少和軟化瘢痕的作用。曲安奈德(TA)是一種常用的治療皮膚瘢痕的糖皮質(zhì)激素，具有抑制成纖維細(xì)胞增殖和增加膠原酶合成的作用[13]。Lin等[13]使用可溶性微針系統(tǒng)將TA進(jìn)行透皮給藥，結(jié)果證實TA能夠加速Ⅰ型膠原的降解，并抑制成纖維細(xì)胞的增殖，促進(jìn)成纖維細(xì)胞的凋亡，從而使傷口愈合良好，無明顯瘢痕生成。

3.3 促進(jìn)血管和皮膚附屬物的生成

瘢痕組織的生物學(xué)功能喪失還表現(xiàn)在不存在血管以及不包含毛囊、皮脂和汗腺等皮膚附屬物。觀察傷口無疤愈合，不僅要觀察其宏觀形貌下無瘢痕形成，更要關(guān)注皮膚組織的功能再生，即組織中是否有血管和皮膚附屬物等的生成。Zhang等[45]通過加入共價交聯(lián)劑，對殼聚糖水凝膠的陽離子性質(zhì)進(jìn)行調(diào)節(jié)發(fā)現(xiàn)，經(jīng)5%CMCS處理的傷口在第14天形成了具有正常組織(包括皮脂腺和毛囊等)的真皮結(jié)構(gòu)。此外，這項研究還設(shè)計了5%CMCS/蘆薈復(fù)合敷料，發(fā)現(xiàn)加入蘆薈的CMCS水凝膠進(jìn)一步增強(qiáng)了對傷口愈合過程中肥厚性瘢痕形成的抑制作用。此外有研究發(fā)現(xiàn)，黃芪甲苷Ⅳ可以通過刺激核仁細(xì)胞的增殖和遷移，促進(jìn)新血管的形成以及平衡膠原蛋白的合成，從而顯著促進(jìn)傷口的再上皮化、血管生成和調(diào)節(jié)細(xì)胞外基質(zhì)的重塑[46]。Chen等[47]通過溶劑蒸發(fā)法制備固體脂質(zhì)納米顆粒(SLN)作為黃芪甲苷Ⅳ的藥物載體，并將SLN分散體嵌入到水凝膠中。該水凝膠明顯促進(jìn)了角質(zhì)形成細(xì)胞的增殖和遷移以及體外成纖維細(xì)胞的藥物吸收，通過維持Ⅲ型膠原與Ⅰ型膠原的生成比例，使修復(fù)后的創(chuàng)面具有顯著的血管生成功能，以及很好的傷口愈合和抗瘢痕效果。Shan等[48]通過靜電紡技術(shù)制備了載有黃芪甲苷Ⅳ的絲素蛋白/明膠納米纖維敷料，絲素蛋白/明膠纖維膜可模仿細(xì)胞外基質(zhì)的結(jié)構(gòu)和組成，該敷料處理的傷口能夠較快地愈合，且再生皮膚中有大量血管生成，皮膚愈合處膠原蛋白的沉積也與正常皮膚相似，表現(xiàn)出了良好的抗瘢痕特性。

堿性成纖維細(xì)胞生長因子(bFGF)在傷口愈合的增殖期和重塑期對瘢痕形成都有著重要影響。bFGF通過抑制TGF-β/Smad信號通路以減少瘢痕形成并促進(jìn)傷口愈合。此外，bFGF還通過干擾膠原分布和α-SMA的表達(dá)來調(diào)節(jié)ECM的合成和降解[49]。Cheng等[50]制備了載有bFGF的表面生物功能化載藥靜電紡纖維支架(P-Rg3-P-bFGF)，P-Rg3-P-bFGF在第14天的傷口愈合率明顯高于其他未改性支架，傷口幾乎愈合，并完全重新上皮化，瘢痕增生性指數(shù)也明顯降低。

針對皮膚傷口愈合的3個階段，功能敷料分別通過降低炎癥反應(yīng)、調(diào)控信號傳導(dǎo)和促進(jìn)組織再生的作用機(jī)制來抑制瘢痕的產(chǎn)生，其總結(jié)如表1所示。用于抑制皮膚瘢痕的功能敷料，不僅包含了針對某一特定機(jī)制的單一作用敷料，而且還有多藥物負(fù)載發(fā)揮多重作用的多功能敷料。雖然出自不同的考慮，但都經(jīng)過對瘢痕形成機(jī)制的深入研究，并對所用聚合物進(jìn)行了優(yōu)選和設(shè)計，期望達(dá)到更好的瘢痕抑制效果。但是，當(dāng)前用于抑制瘢痕的功能敷料都缺乏對瘢痕形成機(jī)制的綜合考慮以及瘢痕抑制效果的全面系統(tǒng)的表征。

表1 傷口愈合各階段的抑制瘢痕措施

4 結(jié)束語

通過上述內(nèi)容分析不難發(fā)現(xiàn)，用于抑制皮膚瘢痕的功能敷料，往往是基于研究者們對于瘢痕形成機(jī)制的研究，然后根據(jù)某一機(jī)制或者幾種機(jī)制對敷料進(jìn)行材料優(yōu)選和結(jié)構(gòu)設(shè)計。由于瘢痕形成是一個動態(tài)復(fù)雜的過程，涉及許多信號傳導(dǎo)和蛋白質(zhì)表達(dá)的過程，所以到目前為止對于瘢痕形成的機(jī)制并沒有達(dá)到完全的掌握和理解。功能性抑疤敷料的設(shè)計和表征也不盡完善，抑制瘢痕的治療效果受到很多因素限制。除此之外，功能敷料想要達(dá)到更好的瘢痕抑制效果，需要多重藥物的負(fù)載，包括激素、中草藥以及生物活性成分等。不同藥物的負(fù)載，需要考慮其載藥形式、釋放順序以及釋放速率等問題，給藥系統(tǒng)與敷料結(jié)構(gòu)的配合也應(yīng)該具有持續(xù)有效的作用效果，因此，未來在開發(fā)和設(shè)計抑疤敷料時，不僅要綜合考慮影響瘢痕形成的因素，也要注重新型給藥系統(tǒng)的研究和敷料結(jié)構(gòu)的優(yōu)化利用。