線粒體對創面修復的作用研究

陳麗 吉琳 劉沐琳

[摘要]線粒體作為能量的提供者，是目前研究的熱門話題。在創面修復過程中，從線粒體角度去解決實際問題，為臨床治療創傷提供一個新的思路。線粒體作為細胞有氧代謝的重要部位，在創面修復早期，其損傷會影響炎癥反應，在后期線粒體能促進新生毛細血管的生成以及多潛能干細胞分化，同時提供能量。本文在線粒體結構功能的基礎上，對線粒體在創面修復的炎癥期、增殖期及塑形期的作用作一綜述。

[關鍵詞]線粒體；結構功能；創面修復；炎癥反應；能量

[中圖分類號]R641 [文獻標志碼]A [文章編號]1008-6455（2018）11-0166-03

Abstract： Mitochondria， as an energy provider， is a hot topic in current research. In the process of wound repair， the practical problems are solved from the point of view of mitochondria， which provides a new direction for clinical treatment of trauma. Mitochondria， as an important part of cell aerobic metabolism， may affect inflammatory response in the early stage of wound repair. At the later stage， mitochondria can promote the formation of new capillaries and differentiation of multipotential stem cells， and provide energy at the same time. Based on the structure and function of mitochondria， this paper reviews the role of mitochondria in the inflammatory stage， proliferative stage and shaping stage of wound repair.

Key words： mitochondria； structure and function； wound repair； inflammatory reaction； energy

隨著臨床疾病多樣性的發展和人口老齡化速度的加快，各種創面問題逐漸增多[1]，無疑給家庭和社會增加了一定的經濟負擔。目前，創面修復傳統的治療方法包括創面清潔換藥、抗生素局部或全身應用、各種物理療法、植皮或皮瓣移植修復等，但療效均欠佳[2]，仍需要去發現與開拓新的治療作用靶點。線粒體作為機體的“能量工廠”，在機體生命活動過程中起著重要的作用，創面修復過程中的損傷會引發線粒體結構與功能的改變，同時線粒體通過調節自身功能也會促進創面修復，現將線粒體在創面修復中的作用與研究進展綜述如下。

1 線粒體結構

線粒體是真核細胞細胞漿內的重要細胞器之一，在電鏡下，線粒體呈長橢圓形，具有一層高度折疊的內膜和一層相對簡單的外膜，其中，內膜向內突出成嵴。外膜與內膜間的空腔稱為外室，由內膜圍成的腔稱為內室或線粒體基質，內室包含線粒體DNA和氧化呼吸鏈的各元件[3]—四個大型復合物Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ以及介于Ⅰ/Ⅱ與Ⅲ之間的泛醌 UQ 和介于Ⅲ與Ⅳ之間的細胞色素C（cytochromeC， Cyt C），內膜折疊形成的線粒體嵴， 內含氧化磷酸化酶復合體（OXPHOS）和電子呼吸鏈[4-5]，其中外膜具有通透性，含有孔蛋白，如線粒體融合蛋白2（Mfn2）[6]，便于胞漿和內膜之間的物質轉運。

2 線粒體功能

線粒體在真核生物體內是進行氧化代謝的部位，以及糖類、脂肪和氨基酸氧化釋放能量的場所。線粒體通過細胞質基質中完成的糖酵解和在線粒體基質中完成的三羧酸循環產生還原型煙酰胺腺嘌呤二核苷酸（reduced nicotinarnide adenine dinucleotide，NADH）和還原型黃素腺嘌呤二核苷酸（reduced flavin adenosine dinucleotide，FADH2）等高能分子，繼而通過氧化磷酸化這一步驟利用這些高能分子還原氧氣釋放能量，最終合成ATP。組成線粒體的結構除了參與合成ATP的過程，為生物細胞提供的能量外，還分別承擔著很多重要的生理功能。近年來，有研究發現線粒體外膜上的跨膜蛋白融合蛋白2（Mfn2）在細胞增殖、凋亡和自噬方面起重要調節作用[6]，而線粒體內膜上的一種蛋白復合體線粒體膜通透性轉換孔（MPTP）在細胞凋亡或壞死中也具有重要作用[7]，線粒體嵴則通過其上的線粒體基粒中存在的ATP合酶合成ATP，同時其重構可調控其內部多種蛋白如線粒體超復合物蛋白的組裝[8]，線粒體這些結構的功能證實了線粒體與細胞生命息息相關，并在機體皮膚損傷后的修復中發揮著重要作用[9]。近年來，對線粒體的大量研究還發現了其特有的生理功能。線粒體的氧化磷酸化過程會產生有毒副產物活性氧（reactive oxygen species，ROS），ROS會引起細胞損傷和細胞生理功能障礙，其慢性釋放及其氧化損傷與許多疾病的發病相關[10]，并在上皮間質轉化過程中具有重要的調控作用從而影響到表皮修復[11]，因此，調節線粒體結構功能可影響機體炎癥的發生發展進程[12]，提示大家線粒體功能與創面修復高度相關。還有研究表明，線粒體在誘導和維持多潛能干細胞多能性、細胞分化和重編等方面發揮了重要作用[13]，因此考慮線粒體此功能與創面修復中體細胞的分化遷移增殖相關。

3 線粒體對創傷炎癥反應的影響

創傷傷口局部的早期變化中有不同程度的組織壞死和血管斷裂出血，數小時之內便會出現炎癥反應，表現為充血、漿液滲出及白細胞游出，出現局部紅腫[14]。其中游出的白細胞早期以中性粒細胞為主，3d后以巨噬細胞為主[15]。大量證據表明，線粒體在機體炎癥的發生和發展過程中起重要作用[16]。正常情況下線粒體是動態變化的細胞器，其數目、結構和功能受到多種機制調控。該平衡被破壞會導致線粒體結構的改變，從而引發其功能的改變[17]。創傷炎癥是機體對異體物質入侵的一種基本的生物學反應，可以促進損傷細胞和組織的修復，并阻止其進一步損傷。在炎癥反應過程中，血漿和細胞可以產生多種炎癥介質和炎性細胞因子，這些介質和因子的釋放不僅可以影響線粒體的各種功能，還會改變線粒體的融合、分裂運動[18]。線粒體通過氧化呼吸鏈產生的ROS，是由一分子O2接受一個電子形成超氧陰離子自由基，這些自由基又可以通過酶或者金屬的裂解作用形成其它種類的自由基[19-20]。在生理條件下只有1%～3%的氧分子可以在線粒體的氧化還原過程中轉化為ROS，這些自由基可被體內的抗自由基反應體系清除。但當線粒體受損或者功能失調時，ROS的產生-消除平衡就會被打破，同時，線粒體的融合蛋白也對ROS的生成具有一定的促進作用，最終導致創傷處大量的ROS聚集[21]。炎癥過程中線粒體既是ROS的重要來源，又是其損傷靶點，兩者交互作用，形成惡性循環，共同調控機體炎癥反應[22]。近來研究發現，線粒體代謝、穩態改變、自噬、凋亡等都與NLRP3炎性體的激活相關。NLRP3在刺激物作用下聚集組裝并最終形成具有活性的炎性體，參與包括炎癥反應在內的多種反應[23]。線粒體復合物I抑制劑魚藤酮能增加mt ROS的產生而促進NLRP3炎性體的激活，而ROS抑制劑清除ROS會導致炎性體活性抑制，均顯示mt ROS在NLRP3炎性體激活中起作用[24-25]。Zhou等[26]發現ROS的產生和NLRP3炎性復合體激活之間的聯系，但一些研究卻發現[27]僅mt ROS并不足以促發NLRP3激活，這很可能還與胞內微環境復雜變化相關。線粒體DNA（mt DNA）是一種新發現的內源性致炎因子：機體發生創傷后釋放入血，能引起典型的全身炎癥反應[28-29]。致炎因子刺激作用下，釋放的ROS和炎癥介質可誘導線粒體結構功能損傷以及自身代償性修復。糖酵解增強、VDAC活化、mtROS和mtDNA釋放能夠促進機體炎癥信號轉錄和NLRP3炎癥小體的直接激活。而線粒體自噬、分裂融合等過程可清除損傷的線粒體，促進健康線粒體增殖等過程，從而改善線粒體穩態和功能，發揮抗炎效應。當創面細胞過度損傷時，線粒體遭到嚴重破壞，炎癥反應就會加重，使創面愈合延遲，因此，我們認為線粒體在機體創傷炎癥中發揮核心作用，改善線粒體功能對于創面炎癥過度的治療具有重要意義。

4 線粒體對創傷愈合增殖期的影響

增殖期開始于創面形成后的2～24d，主要包括上皮再生和肉芽組織形成兩個階段，其中肉芽組織形成是創面修復的關鍵[30]。研究表明，新生毛細血管量與肉芽組織的生長速度呈正相關，與創面愈合時間呈負相關，與其能有效改善創面微循環，提供足量的氧氣與營養，促進肉芽形成，修復創面缺損，清除壞死組織等有關[31]。另有研究發現，NO能夠誘導成纖維細胞、內皮細胞等增殖，重建基質結構和促進血管生成，且其代謝平衡與一氧化氮合酶（nitric oxide synthase，NOS）有關，而線粒體內儲存的Ca2+能上調NOS的活性，促進血管新生，加速組織重塑[32]。新生毛細血管網形成前，創面微環境處于缺血缺氧狀態而能量供給不足難以修復，當血管網初步形成后，線粒體通過氧化磷酸化三大營養物質為ATP提供大量能量，進一步為血管再生提供物質基礎，同時生長因子的釋放如血管內皮細胞生長因子（VFGF）、堿性成纖維細胞生長因子（bFGF）和血小板衍生生長因子（PDGF）等也能有效刺激血管內皮分裂，誘發血管再生，加速肉芽形成，激化壞死組織，保護創面，促進創面修復[33-34]。

5 線粒體對創傷愈合塑形期的影響

創面修復的最后一個時期為塑形期，這一過程主要包括以下兩個方面：上皮細胞持續分裂促進表皮層增厚以及膠原纖維重排和血管重分布促進肉芽組織內部轉型，這個過程相對來說持續時間較長，往往超過一年[35]。在創傷愈合過程中，創面底部的皮膚干細胞由靜止期開始大量增殖并向創面遷移，遷移的干細胞以不對稱分裂的方式增殖為大量短暫擴增細胞，短暫擴增細胞進一步分裂分化為成纖維細胞和血管內皮細胞等[36]。近年來研究表明，在多潛能干細胞中線粒體融合分裂的動態平衡在調控干細胞的多能性及生存方面發揮出獨有的作用，即在多能性狀態下，多潛能干細胞主要依靠糖酵解提供能量，產能效率低；在其分化期間主要通過氧化磷酸化為基礎的有氧代謝提供能量，而線粒體氧化磷酸化代謝能力在多潛能干細胞分化期間逐漸增強。因此，皮膚干細胞在增殖塑形期迅速進一步分裂分化促進創面修復[37]。成纖維細胞是創傷愈合后期中發揮重要作用的細胞，由胚胎時期的間充質細胞分化而來，在不同的時期有著不同的功能活動狀態，主要負責合成和分泌膠原蛋白，纖維蛋白等物質，促進創面肉芽組織的生成和創面修復[38]。研究發現線粒體膜電位能一定程度上反映人皮膚成纖維細胞狀態[39]，當線粒體發生功能障礙時，線粒體膜電位發生去極化，成纖維細胞中ATP水平顯著增高，導致成纖維細胞功能過度活躍，產生過量的膠原纖維等纖維蛋白，從而引起創面瘢痕異常增生，影響創面修復[40]。

6 展望

創傷對機體皮膚、結締組織及肌肉組織等造成損傷時，細胞中的線粒體也會發生結構破壞和功能障礙。在創傷愈合的過程中，炎癥期、增殖期和塑形期又是重要的階段，線粒體損傷在炎癥階段產生過多ROS，以及一些炎癥激活體，減慢傷口愈合，又在創傷愈合期促進新生毛細血管的生成，提供細胞生長所需的ATP，愈合后期激發多潛能干細胞促進傷口愈合。因而這三個時期中線粒體的損傷和修復更能影響機體病情的轉歸。以線粒體作為靶點，了解創傷后線粒體自身的變化和對機體的作用及其機制，從線粒體的角度，為尋找加快創傷愈合速度和提高創傷愈合質量提供新的思路和突破，為臨床治療創傷提供一個新方向。但是不同創傷類型和機體基本情況與線粒體的相互作用必須具體分析[32]，因此，盡管線粒體在創傷愈合的過程中處于核心地位，但如何發揮其在不同情況下潛在的促愈功能成為當下的研究重點。

[參考文獻]

[1]中華醫學會燒傷外科學分會.皮膚創面外用生長因子的臨床指南[J].中華燒傷雜志，2017，33（12）：721-727.

[2]郝擎宇，葛乃航，宋德恒，等.慢性難愈性創面治療方法的研究進展[J].感染、炎癥、修復，2017，18（3）：186-189.

[3]徐玥，秦雙立.線粒體融合蛋白和線粒體形態結構的關系[J].山東化工，2017，46 （18）：133，138.

[4]王元芬，郝建秀，王輝，等.線粒體功能在卵母細胞成熟中的作用綜述[J].解放軍醫學院學報，2017，38（10）：987-989.

[5]王蕾，李鋒，周新.線粒體與慢性氣道疾病[J].國際呼吸雜志，2017，37（19）：1511-1514.

[6]關飛，方克偉.線粒體融合蛋白-2生物學功能及其在疾病中作用的研究進展[J].山東醫藥，2017，57（38）：106-109.

[7]上官相超，胡順卿，周杰，等.桃果實CyPD基因的克隆、生物信息學分析及蛋白表達[J].山東農業科學，2017，49 （8）：7-11.

[8]陳麗，董君，閆朝君，等.線粒體嵴重構及其調控[J].生理科學進展，2018，49（1）：3-13.

[9]姜敏敏.MSC與成纖維細胞的增殖及分化在創面愈合中的作用及其機制研究[D].重慶：第三軍醫大學，2015.

[10]李興太，張春英，仲偉利，等.活性氧的生成與健康和疾病關系研究進展[J].食品科學，2016，37（13）：257-270.

[11]張佳欣，劉穎，張偉，等.TGF-β1誘導上皮間質轉化過程中線粒體合成與功能的改變[J].癌變·畸變·突變，2017，29（66）：411-417.

[12]賈振偉.線粒體與多潛能干細胞功能[J].遺傳，2016，38（7）：603-611.

[13]韓孝先，劉澤宇，周慶彪，等.線粒體在炎癥調控中的作用研究進展[J].癌變·畸變·突變，2017，29（6）：467-470，475.

[14]湯小朋.幾種免疫相關因子在兔皮膚創傷愈合過程中的動態變化研究[D].中國農業大學，2003.

[15]闞文宏.線粒體一氧化氮合酶與炎癥和膿毒性休克[J].感染、炎癥、修復，2005，6（4）：233-235，257.

[16]韓孝先，劉澤宇，周慶彪，等.線粒體在炎癥調控中的作用研究進展[J].癌變·畸變·突變，2017，29（6）：467-470，475.

[17]任宗耀.炎癥刺激對膠質瘤細胞線粒體影響的研究[D].鄭州：鄭州大學，2017.

[18]李香云，余劍波.線粒體的融合、分裂與炎癥反應研究進展[J].中國病理生理雜志，2016，32（12）：2295-2299.

[19]Su YW，Chiou WF， Chao S H， et al. Ligustilide prevents LPS-induced iNOS expression in RAW 264.7 macrophages by preventing ROS production and down-regulating the MAPK， NF-κB and AP-1 signaling pathways[J].Int Immunopharmacol，2011，11（9）：1166-1172.

[20]Yasui K，Baba A.Therapeutic potential of superoxide dismutase （SOD） for resolution of inflammation[J].Inflamm Res，2006，55（9）：359-363.

[21]張建政.創傷后線粒體DNA活化巨噬細胞NF-κB通路引起全身炎癥反應綜合征的研究[D].北京：中國人民解放軍軍醫進修學院，2012.

[22]白咪.SIRT1通過線粒體自噬阻斷NLRP3炎癥小體活化和足細胞損傷[D].南京：南京醫科大學，2016.

[23]王新宇.線粒體自噬-NLRP3炎癥小體軸介導丹酚酸B對心肌缺 血損傷的保護作用[D]. 南京：南京中醫藥大學，2017.

[24]Zhou R，Tardivel A，Thorens B，et al.Thioredoxin-interacting protein links oxidative stress to inflammasome activation[J].Nat Immunol，2010，11（2）：136-140.

[25]Meissner F，Molawi K，Zychlinsky A. Superoxide dismutase 1 regulates caspase-1 and endotoxic shock[J].Nat Immunol，2008，9（8）：866-872.

[26]賈頤，代曉杰，董素娟.急性心肌梗死患者血清線粒體DNA與炎癥反應的關系及臨床意義[J].心肺血管病雜志，2016，35（8）：606-608.

[27]李干.線粒體DNA在髖部骨折后炎癥反應中的作用及初步機制探討[D].廣州：南方醫科大學，2016.

[28]苑海剛，薛鳳，趙鋼.蓬子菜水溶液對大鼠皮膚潰瘍創面修復影響的實驗研究[J].中醫藥學報，2016，44（2）：40-42.

[29]熊燕，張梅，陳菲，等.線粒體功能障礙與心血管疾病[J].中國病理 生理雜志，2013，29（2）：364-370.

[30]Mercer JR，Cheng KK，Figg N，et al.DNA damage links mitochondrial dysfunction to atherosclerosis and the metabolic syndrome[J].Circ Res，2010，107（8）：1021-1031.

[31]鄭旺，肖志波，王瑜，等.老年患者難愈創面的研究進展[J].中國老年學雜志，2016，36（1）：210-213.

[32]郭皞.難愈性創面39例臨床治療結果分析[J].中國藥物與臨床，2017，17（12）：1828-1830.

[33]王海濤，朱梓赫，李樹偉，等.皮膚創傷愈合過程中短暫擴增細胞增生及皮膚干細胞遷移[J].中國組織化學與細胞化學雜志，2016，25（4）：328-334.

[34]賈振偉.線粒體與多潛能干細胞功能[J].遺傳，2016，38（7）：603-611.

[35]施高強，賈赤宇.論成纖維細胞在創面愈合中作用的認識歷程[J].醫學與哲學（B），2013，34（7）：81-84.

[36]鄧小鋒，孟宏，李麗，等.復合中藥提取物對人皮膚成纖維細胞線粒體膜電位的影響[J].日用化學工業，2016，46（5）：289-291.

[37]宋瑞，卞徽寧，賴文，等.堿性成纖維細胞生長因子對增生性瘢痕與正常皮膚成纖維細胞膠原、纖維連接蛋白表達的影響（英文）[J].中國組織工程研究與臨床康復，2010，14（41）：7784-7790.

[38]王頔，劉琰，章雄.線粒體與急性創傷[J].中華損傷與修復雜志（電子版），2015，10（4）：350-354.

[收稿日期]2018-05-28 [修回日期]2018-07-01

編輯/李陽利