皮膚擴張的組織形態學及相關細胞因子變化

宋曉冬綜述呂長勝審校

皮膚擴張的組織形態學及相關細胞因子變化

宋曉冬綜述呂長勝審校

皮膚軟組織擴張術的擴張過程，主要為機械應力作用導致的皮膚軟組織的一系列組織形態學，及其相關細胞因子的改變，這也為快速擴張提供了研究基礎。本文對擴張皮膚的組織形態學及相關細胞因子變化進行綜述。

皮膚軟組織擴張術機械應力組織形態學細胞因子

皮膚軟組織擴張術可獲得“額外”的皮膚軟組織，且顏色、質地、結構與鄰近受區近似。“額外”皮膚主要來源于機械應力反復刺激下，表面皮膚不斷擴展，鄰近皮膚向擴張區域的蠕變，及表面皮膚細胞的分裂增殖[1]。同時，機械應力間接導致的組織細胞缺血缺氧反應，促進了毛細血管增生及多種細胞因子的釋放。簡言之，皮膚軟組織擴張術的擴張過程主要為機械應力作用導致的皮膚軟組織一系列組織形態學及其相關細胞因子等生物化學的改變，本文對此進行綜述。

1 擴張皮膚組織形態學的變化

1.1 表皮層主要組織細胞形態學的變化

表皮位于皮膚最外層，具有由有絲分裂活躍的角質形成細胞構成的可快速分裂的基底層。早期研究顯示，擴張后表皮的變化以基底層為主[2]，表現為表皮組織略有增厚，表面凹凸不平，皺褶明顯，釘突扁平，基底層細胞有絲分裂增加[3-4]。超微結構觀察可見表皮基底層呈波浪狀，細胞間距縮小，基底層細胞有絲分裂活躍，內含大量粗大而散在的張力絲[5]。

基底層的角質形成細胞需不斷分化，向上層移形完成角化過程。研究證明，機械應力可以啟動絲裂原激活蛋白激酶（MAPK）級聯反應[6]和EPK1/2通路[7]，來促進角質形成細胞增殖分化。角質形成細胞根據分化程度的不同，可形成表皮干細胞、短暫擴增細胞和終末分化細胞[8]。表皮干細胞作為皮膚組織的特異性干細胞，可通過增殖、分化來維持皮膚的內穩態。表皮干細胞不僅能夠分化為角質細胞完成角質層更新，甚至可分化形成毛囊、毛發和皮脂腺。劉虎仙等[9]通過免疫組化染色標記表皮干細胞的陽性標記物角蛋白19（CK19）[10]，觀察到擴張后表皮基底層CK19陽性細胞，即表皮干細胞連續性存在，同時向上形成復層結構、異位分布以及“鏤空”現象。

1.2 真皮層主要組織細胞形態學的變化

真皮是一個動態的、依據體表位置及物理需求而不斷變化的結構，可分為乳頭層及網狀層。其中，網狀層含有較粗大的交錯排列的膠原纖維束和彈力蛋白，也是皮膚擴張后真皮層主要變化所在。與表皮層增厚不同，真皮層在擴張早期厚度略有降低；彈力纖維拉長的同時伴有大量增生，尤以乳頭層增生顯著；網狀層膠原纖維合成增加，在機械應力作用方向上逐漸趨于平行，且纖維間隙增大，形成抗張能力減弱的疏松網狀結構；同時真皮層內有大量新生毛細血管形成[4，11]。以Ⅰ、Ⅲ型膠原纖維含量對維持皮膚張力、黏彈性及其比例的影響為依據[12]，應用苦味酸天狼星紅染色觀察，結果顯示擴張早期以Ⅰ型膠原纖維為主，且排列紊亂，擴張后期Ⅰ型膠原纖維排列趨于規律，Ⅲ型膠原纖維逐漸增加[13]。Bosch等[14]證實，周期性的機械應力對Ⅰ、Ⅲ型膠原纖維的調節具有時間依賴性。這為不同擴張方式下皮膚質量的評定提供了依據。

真皮中膠原纖維的增加，主要是通過成纖維細胞分泌實現的。組織超微結構觀察可見擴張皮膚內成纖維細胞體積增大，胞漿豐富，胞核及核仁增大，粗面內質網明顯，腔內存在分泌物，即合成的膠原蛋白[15]，說明擴張可致成纖維細胞功能活躍。這種改變可能在機械應力作用于細胞3～6 h即開始出現[16]。付思祺等[17]將正常皮膚的成纖維細胞種植在彈性硅膠膜上，以模擬擴張器定期注水的漸進式應力作用于細胞，觀察到細胞被拉長并沿應力方向平行排列，且30%延長度的牽拉可刺激細胞增殖。多項離體實驗證實，機械應力引起真皮成纖維細胞及細胞外基質的增加，是通過調節細胞信號通路激活轉錄因子，進而促進基因表達及蛋白質合成實現的[18-19]。

1.3 真皮下組織及皮膚附件的變化

真皮下組織擴張后改變較表皮、真皮層明顯。擴張皮膚真皮下組織顯著變薄，脂肪細胞扁平、壓縮，體積縮小，脂肪小葉間纖維隔增厚，存在炎癥反應引起的纖維化。真皮下層的膠原纖維及成纖維細胞趨于平行排列[20]。皮下毛細血管數量增加。

擴張皮膚真皮層內毛囊等皮膚附件間距增加，密度降低，但形態正常，周圍出現炎癥反應及纖維化。有時可存在皮膚附件分離現象。終毛與毫毛的比例及生長初期毛與生長終期毛的比例均升高，終止周期縮短[21]。

1.4 擴張囊外纖維包膜的形成

異物反應及機械應力的作用，可于擴張囊外形成厚薄不均的纖維包膜。李江等[22]應用維多利亞藍染色在光鏡及電鏡下觀察，將包膜分為4層，①細胞層：主要有成纖維細胞、炎性細胞及少量的膠原纖維和網狀纖維；②細胞纖維層：有大量呈平行排列的膠原纖維，并有較多的成纖維細胞、毛細血管，另有少量的網狀纖維；③彈力層：彈力纖維呈同向緊密排列，并有少量膠原纖維；④纖維板層：含致密的膠原纖維，并有少量纖維細胞。膠原纖維又分為鐵絲網狀或螺旋狀排列的淺層及平行排列的深層。組織內的成纖維細胞一旦獲得表達smactin的能力，即變成肌成纖維細胞。Pasyk等[23]首先于擴張皮膚的真皮深層及包膜中發現了肌成纖維細胞，并指出擴張皮瓣真皮內存在肌成纖維細胞，表明其具有回縮的趨勢。超微結構顯示，肌成纖維細胞胞漿內出現大量的密斑、密體，大量的沿細胞長軸排列的微管、微絲，同時細胞間存在橋粒和縫管連接。顯然，擴張囊外纖維包膜的組織學結構決定了其具有收縮功能，對皮膚擴張的進程有一定的限制性。

2 擴張皮膚主要細胞因子的變化

細胞因子是一種能作用于靶細胞，產生生物學效應并具有生物學活性的多肽類物質，可以說凡是涉及到組織修復與再生的領域均有細胞因子參與，擴張皮膚也不例外。大量研究證明，在皮膚擴張的過程中，細胞因子扮演著十分重要的角色，通過與細胞表面特異性受體結合，對細胞增殖、分化、遷移，基質合成起著調控作用[24]。細胞因子的作用較為復雜，每種細胞因子并不是完全獨立地發揮作用，而是相互協調、共同發揮作用的。在機械應力作用于皮膚時，多種細胞因子會表現出時間依從性改變。

2.1 表皮生長因子

表皮生長因子（EGF）對表皮細胞、成纖維細胞等均有強烈的促分裂作用，通過與細胞表面特異性EGF受體（EGFR）結合，刺激細胞進入分裂周期，并啟動細胞內的重要功能，如基因活化、表達、分泌生物活性蛋白質等。劉學軍等[25]發現，EGF及b-FGF含量與皮膚擴張量之間存在正相關。Yano等[7]認為，機械應力使角質形成細胞增殖信號啟動，是通過鈣離子內流、EGFR磷酸化和ERK1/2通路實現的，間接說明了EGF在角質形成細胞增殖中的作用。

2.2 血管內皮生長因子

血管內皮生長因子（VEGF）是強效的血管生成促進因子，在血管發生和形成中發揮重要的調控作用，通過與細胞表面的血管內皮生長因子受體結合，影響血管內皮細胞的遷移、增殖和分化，同時能增加微血管的通透性。Zheng等[26]證實，周期性應力能促進血管內皮細胞分泌VEFG。

2.3 堿性成纖維細胞生長因子

堿性成纖維細胞生長因子（b-FGF）是一種能促進細胞增殖和血管生成的多功能細胞因子，廣泛存在于細胞外基質內，對內皮細胞有促分裂和趨化作用，并能誘導內皮細胞分泌膠原酶和纖維蛋白酶，溶解基底膜并侵入周圍基質，進而形成毛細管樣腔狀結構[27]。同時，b-EGF可誘導內皮細胞合成和分泌一種內皮來源的血管舒張因子，使微血管擴張。目前證實，擴張皮膚中b-EGF與EGF同時增加，并認為主要是皮膚擴張引起缺氧刺激了b-EGF含量的增加[25]。

2.4 基質細胞衍生因子1α

基質細胞衍生因子1α（SDF-1α）是趨化干細胞的分子。SDF-1α能刺激多種炎性細胞釋放VEGF，如內皮細胞上的SDF-1α與其受體CXCR4相互作用，誘導內皮細胞的VEGF過表達以促進血管新生。SDF-1/CXCR4還能促進成纖維細胞生長增殖和膠原蛋白的合成。Zhou等[28]將BMSC移植于擴張皮膚以加速擴張，發現機械應力可上調皮膚中SDF-1α的表達，而BMSC高表達CXCR4受體，SDF-1α/CXCR4軸可調控MSCs向擴張區域即機械應力作用區域遷移。實際上機械應力對SDF-1α表達的上調，主要是因缺氧誘使低氧誘導因子（Hypoxia inducible factor-1α，HIF-1α）表達所致。機械應力下細胞膜Ca2+通道、整合素、受體酪氨酸蛋白增加或者通過PI3K/ Akt/mTOR、MAPK通路，來實現HIF-1α反應性高表達[29]，在血管平滑肌細胞[31]、骨骼肌細胞[32]、成纖維細胞[33]中均已證實。

2.5 血管緊張素Ⅱ

血管緊張素Ⅱ（AngⅡ）可影響細胞的增殖和凋亡、調節細胞因子基因的表達、提高細胞對細胞因子的敏感性，與血管再生關系密切。AngⅡ可與AT1受體結合促進血管內皮細胞增殖，而與AT2受體結合可抑制血管內皮細胞增殖。劉宏偉等[33]采用免疫組織化學和RT-PCR方法研究了ATl受體和AT2受體在擴張的皮膚中蛋白和mRNA表達的變化，結果表明，在正常皮膚中ATl和AT2受體都有表達，而在擴張皮膚中僅ATl受體表達顯著增強，AT2受體表達變化不明顯。提示AngⅡ可能通過AT1受體參與擴張皮膚的病理改變。

此外，硫氧還蛋白（Thioredoxin，TXN）在擴張皮膚組織中的表達較正常皮膚高，可作為細胞因子與白細胞介素協同作用促進細胞增殖生長[34]。有研究表明，機械應力作用于胎鼠的心肌成纖維細胞可使多種細胞因子分泌增加，如轉化生長因子-β[35]、內皮素-1以及腫瘤壞死因子[36]等，但暫未見擴張皮膚內上述細胞因子的研究。

3 小結

擴張皮膚在整形外科中應用廣泛，但因擴張周期較長，皮瓣易發生破潰、栓塞等并發癥，因此有必要增加擴張的效率，縮短擴張所需的時間。近年來，快速擴張的研究較多，從改變各種機械應力作用時間、方式到罌粟堿等藥物的臨床應用[37]，及BMSC、ADSC[38-39]等加速擴張的實驗研究，快速擴張的作用靶點及皮膚質量的評估成為關注重點。擴張皮膚組織形態學的變化，在一定程度上可代表皮膚質量的變化，同時了解擴張皮膚多種細胞因子的變化可更好把握快速擴張的研究方向。目前骨髓間充質干細胞、脂肪來源干細胞等研究均為離體實驗，在臨床應用方面還需要進行深入探索。

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Changes of Histomorphology and Cytokines after Tissue Expansion

SONG Xiaodong,LV Changsheng.The Seventh

Department,Plastic Surgery Hospital,Peking Union Medical College&Chinese Academy of Medical Science,Beijing 100144,China.Corresponding author:LV Changsheng(E-mail:changsheng331@yahoo.com.cn).

【Summary】Soft tissue expansion is mainly about a series changes of histomorphology and cytokines under mechanical stress,and it provides research foundation of rapid tissue expansion.In this paper,the chages of histomorphology and cytokines after tissue expansion were reviewed.

Soft tissue expansion;Mechanical stress;Histomorphology;Cytokine

R622

B

1673－0364（2014）02－0110－03

10.3969/j.issn.1673-0364.2014.02.013

100144北京市北京協和醫學院中國醫學科學院整形外科醫院整形七科。

呂長勝（E-mail：changsheng331@yahoo.com.cn）。