瘢痕疙瘩相关干细胞研究进展

作者:未知

  [摘要]瘢痕疙瘩(Keloid)是一种发病机制不明的皮肤纤维增生性疾病,伴有极高的复发率。近年来,通过对干细胞特征表面抗原鉴定,发现瘢痕疙瘩中可能存在间充质干细胞(Mesenchymal-like stem cell)和造血干细胞(Hematopoietic stem cells)。后续的研究进一步发现各种刺激因素作用下,例如:炎症反应、外界张力作用下,发生上皮-间充质改变,这就影响了正常的干细胞所处的一个由间充质细胞、细胞外基质、血管和炎性细胞等共同构成的微环境(Niche),从而形成一种独特的病理微环境来促进瘢痕疙瘩干细胞的增殖。外源性干细胞用于瘢痕疙瘩的临床治疗尚处于实验阶段,对瘢痕疙瘩相关干细胞的深入研究,将为探索瘢痕疙瘩发病机制和临床治疗提供一个新方向。
  [关键词]瘢痕疙瘩;干细胞;微环境;表型标志物;生物学特性
  [中图分类号]R619+.6    [文献标志码]A    [文章编号]1008-6455(2021)03-0186-04
  Research Progress of Keloid-related Stem Cells
  YIN Xu-feng1,BU Wen-bo2,CHEN Xu2,ZHOU Bing-rong1
  (1.Department of Dermatology, the First Affiliated Hospital of Nanjing Medical University,Nanjing 210029,Jiangsu,China;
  2.Dermatology Hospital, Chinese Academy of Medical Sciences,Nanjing 210042,Jiangsu,China)
  Abstract: Keloid is a skin fibroproliferative disease of unknown pathogenesis, with an extremely high recurrence rate. In recent years, with antigen identification of surface of stem cell features, mesenchymal-like stem cells and hematopoietic stem cells that may be present in keloid have been discovered. Subsequent research further found: under the effects of various stimulating factors, for example the effects of inflammatory response and external tension, epithelial-mesenchymal will change. This effects the niche in which the normal stem cells are located, a niche composed of mesenchymal-like cells, extracellular matrix, blood vessels, inflammatory cells, etc.Thus forming a unique pathological niche to promote the proliferation of keloid stem cells. The clinical treatment of exogenous stem cells for keloid is still in experimental stage. Deep research on keloid-related stem cells will provide a new direction for exploring the pathogenesis and clinical treatment of keloid.
  Key words:keloid;stem cells;niche;phenotypic markers;biological characteristics
  瘢痕疙瘩是一種自发或继发于皮肤损伤后产生的异常纤维增生性疾病,主要特征是成纤维细胞过度增殖、细胞外基质的过度沉积,并且持续性侵入周围正常皮肤,具有一定的浸润性特征,伴有极高复发率[1-2]。有研究者从瘢痕疙瘩组织中分离并鉴定一组成体干细胞,称为瘢痕疙瘩源性干细胞,其表达明显的干细胞胚胎和间充质干细胞标志物[3]。经诱导后,具有向脂肪细胞、成骨细胞和软骨细胞方向分化的能力[4]。本文主要综述了瘢痕疙瘩中干细胞样成分及对其发病机制和治疗的潜在意义。
  1  瘢痕疙瘩组织中存在干细胞样成分
  根据胚胎发生时期不同,可以将干细胞分为胚胎干细胞和成体干细胞。几乎在人体的每一种组织类型中存在具有组织特异性的成体干细胞。成体干细胞通过分化或释放旁分泌信号分子来聚集炎症细胞和组织祖细胞,从而提供子细胞重新填充丢失或损伤的组织[5-6],对瘢痕疙瘩组织中呈可能存在的干细胞样成分的研究主要围绕成体干细胞的重要组成成分造血干细胞及间充质样干细胞展开。
  当下对干细胞的鉴定主要是根据其形态、多向分化潜能和表面抗原标记物等多方面共同进行。对于间充质样干细胞,由于缺乏特异性表面抗原标记物,成为目前进行干细胞相关研究的一个严重阻碍[7]。有研究表明骨髓来源间充质样干细胞表面标记物(CD29、CD44、CD71、CD90、CD106和CD124等)阳性,而不表达造血细胞系的特征性标记物CD45、CD34和CD14等[8-9]。另外,波形蛋白作为一种中胚层来源的标志分子,是间充质细胞的标记之一,主要表达于细胞浆中。在成纤维细胞中波形蛋白呈阳性表达[10]。   瘢痕疙瘩干细胞表型特点为高表达CD29、CD44、CD73、CD90等间充质样干细胞表型,低表达或不表达CD45、CD34等造血干细胞表型,同时表达多能干细胞标志分子Oct4和波形蛋白,在非炎症区域则不存在CD34阳性细胞[10-11]。但是有文献指出,在瘢痕疙瘩的顶部和中部CD13、CD29、CD44、CD90阳性细胞明显高于同一患者来源的正常皮肤,在瘢痕疙瘩中部则有CD34阳性细胞,并且随着细胞的培养代数增加,间充质样干细胞相关的表面标记物则逐渐下调,而造血干细胞相关的表面抗原标记物则是完全丢失[12]。Ola等[13]研究发现瘢痕疙瘩组织的CD34和C-KIT表达强度更高,其中CD34阳性细胞不仅仅存在于真皮血管周围,由此推测造血干细胞可能参与瘢痕疙瘩的形成。目前的大多数研究表明,瘢痕疙瘩中可能同时有间充质样干细胞和造血干细胞的存在,但是其分布并不是均一分布,这对瘢痕疙瘩源性的干细胞的提取纯化提供了新思路,并且提示我们对于瘢痕疙瘩的治疗可能需要針对这两种不同的干细胞群体。
  Moon等[14]报道在瘢痕疙瘩中发现了具有多分化潜能的间充质样干细胞,这种瘢痕疙瘩衍生的间充质样干细胞在细胞表面标记物方面,如:神经嵴干细胞标记物(如:Sox2、Nestin和CD133)和间充质样干细胞标记物(如:CD13、CD29、CD44和CD90)与皮肤源性前体细胞极其相似。此外,将瘢痕疙瘩来源的成纤维细胞暴露于各种分化诱导培养基时,它们则可以分化成脂肪细胞、成骨细胞、软骨细胞、平滑肌细胞和血管内皮细胞[8,10-11]。
  对瘢痕疙瘩来源的成纤维细胞进行低密度克隆培养,发现瘢痕疙瘩成纤维细胞的克隆形成能力远高于正常皮肤成纤维细胞,而正常皮肤来源的成纤维细胞则不能形成明显的克隆集落[10,14]。推测瘢痕疙瘩来源成纤维细胞具有更强的自我更新能力,通过不断的增殖来稳定自身并向外进行扩增,从而形成了浸润生长的特性,这可能与瘢痕疙瘩组织中潜在存在的干细胞有关[14]。
  2  瘢痕疙瘩干细胞的病理生理学研究进展
  2.1 肿瘤干细胞与瘢痕疙瘩:瘢痕疙瘩成纤维细胞的行为与肿瘤细胞相似,但与正常皮肤成纤维细胞相比,其过度表达一些肿瘤相关基因、抗肿瘤基因的失活以及生长因子和异常信号通路表达[15-16]。当正常干细胞暴露于病理微环境(Pathological niche)中时,它们很可能转化成肿瘤干细胞[17]。有研究表明,血管内皮细胞标记物Oct4、Sox2、Pstat3和Nanog等间充质样干细胞相关表面标记物在瘢痕疙瘩相关淋巴组织中高表达,显示出瘢痕疙瘩能够将正常皮肤干细胞转化为特殊的“瘢痕疙瘩干细胞或瘢痕疙瘩祖细胞”病理微环境[18]。Notch信号通路是动物进化过程中高度保守的细胞间信号传导通路,对于维持干细胞的未分化状态,调控其增殖、分化和凋亡有着重要作用[4]。在正常皮肤创面愈合过程中,有研究人员发现随着创面修复,Notch信号逐渐减弱[19]。在兔耳增生性瘢痕模型中,若阻断Notch信号则可以抑制兔耳增生性瘢痕的形成[20]。而真皮成纤维细胞并不表达Notch信号,因此,抑制Notch信号很可能是通过调节表皮细胞的分化和增殖而起到抑制瘢痕增生的作用[20]。提示瘢痕疙瘩的病理微环境通过Notch信号通路不仅能维持瘢痕疙瘩中类似间充质样干细胞的细胞自我更新,更能同时抑制其分化,并对其增殖进行调控[11,17]。
  2.2 慢性炎症反应与上皮-间充质转换:上皮-间充质转化在肿瘤的发生、发展及纤维化中起着重要作用[21]。不同类型的上皮细胞在不同因素的影响下,通过一系列生物学变化转化为间充质细胞。此外,慢性炎症也会引起结缔组织纤维化,而瘢痕疙瘩的形成可能是炎症在晚期不缓解,从而影响上皮-间充质转换而导致持续性纤维化增生所致[22]。波形蛋白主要在间质细胞中表达,在多种上皮细胞来源的肿瘤中波形蛋白均高表达,涉及肿瘤的侵袭、转移及预后[23]。有趣的是在瘢痕疙瘩表皮中波形蛋白阳性细胞明显多于正常皮肤表皮,尤其以炎症较为明显的瘢痕疙瘩的边缘区域为重。将永生化角质形成细胞系HaCat细胞与瘢痕疙瘩成纤维细胞共培养后,波形蛋白表达明显增加,说明炎症刺激可能诱导瘢痕疙瘩的上皮间充质转换,并提示上皮-间充质转换可能参与瘢痕疙瘩的发生或者加重[24]。
  白细胞介素6(IL-6)除了其作为免疫调节剂的既定功能外,还可调节干细胞功能,维持造血干细胞的存在[25]。白细胞介素17(IL-17)则可增强由多种细胞因子介导的免疫反应,如:IL-6、肿瘤坏死因子等。有研究发现,IL-6不仅在IL-17的下游发挥作用,而且也是IL-17的关键上游靶点,从而形成一个促进自身免疫和过敏性疾病的旁分泌/自分泌反馈回路[26-27]。而在瘢痕疙瘩中IL-6和IL-17的表达均明显高于周边正常皮肤[3,28]。有研究发现阻断IL-6可以抑制IL-17诱导的瘢痕疙瘩源性干细胞中Htert和Oct-4的表达上调,但阻断lL-17不能抑制IL-6诱导的瘢痕疙瘩源性干细胞中Htert和Oct-4的表达上调[3]。猜测可能存在一个由IL-6和IL-17构成的正反馈环状通路促进或维持瘢痕疙瘩的病理微环境,提供皮肤生长的增殖促进信号,导致肿瘤样瘢痕疙瘩的生长[3]。
  同时,Zhang等[3]将扩增的瘢痕疙瘩来源前体细胞(Keloid derived precursor cells),该细胞可能与瘢痕疙瘩间充质样干细胞同源,并将其作为载体皮下移植到免疫功能低下的小鼠体内,再将IL-6结合到水凝胶载体中皮下移植到免疫功能低下的小鼠体内,构建了一个富含IL-6体外炎症微环境。观察到瘢痕疙瘩来源前体细胞移植小鼠中有丰富的类瘢痕疙瘩样厚胶原纤维。而且在IL-6存在下产生的移植表达更高水平的Oct-4和Htert,以及更高的Htert酶活性。因此,研究者们认为瘢痕疙瘩所形成的特殊病理微环境促进瘢痕疙瘩来源前体细胞的增殖和分化。   2.3 张力因素与上皮-间充质转换:瘢痕疙瘩通常发生机械张力较大的部位,如双耳、前胸和肩胛骨区域,因此认为瘢痕疙瘩的形成与局部机械张力有关。张力传导过程是将机械刺激转化为生化信号,参与细胞反应过程[29]。宋海峰等[29-30]分析了整合素的表达,包括α2、α3、α5、αv、α8、α10、α11、β1和β3等数种分型,发现机械张力通过上调了整合素αv及整合素β3在瘢痕疙瘩相关性间充质样干细胞中的表达从而上调细胞的增殖和胶原合成,而且整合素β3对机械张力更敏感,可作为瘢痕疙瘩的早期注射治疗靶点。同时,与正常皮肤来源间充质样干细胞相比,在瘢痕疙瘩来源间充质样干细胞中整合素α8的表达下调,推测整合素α8可能是调节瘢痕疙瘩纤维化的负反馈机制,但对张力不敏感。但是Bouzeghrane等[31]报道了整合素α8和β1在正常大鼠心肌组织纤维化和瘢痕心肌的肌成纤维细胞中上调,推测整合素α8和β1在成纤维细胞和细胞外基质蛋白上具有协同作用,从而导致过度纤维化。
  2.4 外源性间充质样干细胞治疗瘢痕疙瘩的实验探索:近年来,一些研究都集中在利用间充质样干细胞治疗和预防瘢痕疙瘩。骨髓间充质样干细胞条件培养基通过旁分泌信号抑制了瘢痕疙瘩中细胞外基质的合成,减弱了瘢痕疙瘩的细胞增殖和纤维化。而正常皮肤成纤维细胞条件培养基对瘢痕疙瘩成纤维细胞的增殖和迁移却没有抑制作用[32]。羊膜源性间充质样干细胞条件培养基可显著减弱α-平滑肌肌动蛋白表达的增加,从而抑制TGF-β诱导下形成的瘢痕疙瘩成纤维细胞的增殖和活化[33]。人脂肪组织源性间充质样干细胞条件培养基能够抑制细胞外基质相关基因的表达,同时降低蛋白的表达,使Akt、Erk1/2和Jnk的磷酸化水平均中度下降,且具有潜在旁分泌分子来治疗瘢痕疙瘩[34]。胎儿真皮间充质样干细胞下调瘢痕疙瘩抗凋亡蛋白bcl-2的表达,通过分泌可溶性物质上调瘢痕疙瘩促凋亡蛋白bax的表达,从而加速瘢痕疙瘩的凋亡[35]。
  3  展望
  瘢痕疙瘩的形成过程是多基因、多位点、多因素及多通路等共同作用下所形成的。目前其发病机制尚不明确,治疗方法多样,还没有一种理想的治疗方法能治愈瘢痕疙瘩。而已有研究表明瘢痕疙瘩中存在多分化潜能的间充质样干细胞,同时干细胞形成的一个独特微环境再加之张力因素等外界机械因素及上皮-间充质之间的转换来促进瘢痕疙瘩的生长,对这些可能机制的研究探索则可能使干细胞成为全新的瘢痕疙瘩潜在治疗靶点。
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  [收稿日期]2020-06-12
  本文引用格式:殷旭峰,布文博,陳旭,等.瘢痕疙瘩相关干细胞研究进展[J].中国美容医学,2021,30(3):186-189.
转载注明来源:https://www.xzbu.com/6/view-15394657.htm

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