增生性瘢痕的形成機制及丹參治療的研究進展

賴建輝,許小琪,時軍,2,郭思旖

(1.廣東藥科大學中藥學院，廣東 廣州 510006; 2.廣東省局部精準遞藥制劑工程技術研究中心,廣東 廣州 510006)

增生性瘢痕(hypertrophic scars,HS),又稱隆起性瘢痕、肥大性瘢痕或肥厚性瘢痕,是皮膚組織在創(chuàng)傷、炎癥、手術和燒傷后過度修復而引起的病變。臨床癥狀表現(xiàn)為不規(guī)則隆起、充血發(fā)紅、質地堅韌的斑塊,常伴有癢痛不適,嚴重者可致畸形、毀容或者其他生理功能障礙[1]。

HS形成因素多樣,但組織學原因主要為人成纖維細胞(HSF)增殖和以膠原為主的細胞外基質(ECM)過度沉積,其內在信號通路改變與HS形成密切相關。HS的治療是臨床工作面臨的治療難點,現(xiàn)常采用手術切除、激光治療、類固醇藥物注射、硅凝膠治療、放射治療、5-氟尿嘧啶注射等手段,這些方法雖取得了一定療效,但也存在各自的不足,因此至今尚無理想的治療方法[2]。近年來,在中藥或中藥提取藥物治療HS的研究方面取得了一定的進展,本文從HS的形成機制入手,綜述丹參治療HS的研究進展。

1 HS的形成機制

皮膚損傷后,在組織學上HS的特征表現(xiàn)為高密度血管新生、大量炎癥細胞浸潤、大量HSF和人肌成纖維細胞(HMF)持續(xù)存在以及ECM過度積聚[3-4]。

研究發(fā)現(xiàn),TGF-β、PDGF、IL-1等多種生長因子和炎癥因子參與組織修復過程,并對HS的形成有著重要的調控作用,主要有以下方面[4-6]：(1)趨化炎癥細胞聚集,加強炎癥反應,延長傷口再上皮化時間；(2)促進HSF增殖活化和膠原蛋白合成分泌；(3)誘導HSF向HMF轉化,進一步增加膠原蛋白、纖維黏連蛋白、α-平滑肌肌動蛋白(α-SMA)等基質的合成,促進了ECM的沉積；(4)抑制HSF、HMF等細胞的凋亡；(5)影響基質金屬蛋白酶(MMPs)及金屬蛋白酶組織抑制劑(TIMPs)的正常表達,導致新膠原蛋白合成速率超過其降解速率,引起以膠原為主的ECM在真皮下過度沉積；這些過度積聚和收縮的ECM難以被機體吸收或重塑,與HSF、HMF等細胞相互連結而進一步形成致密的纖維化結締組織。傷口愈合后,致密的結締組織取代實質組織,并阻礙創(chuàng)面恢復正常結構和功能,使得傷口部位皮膚表面升高和硬度增加,最終導致瘢痕增生,如圖1所示。

1.1 細胞生長因子的調控

生長因子是HS發(fā)展的關鍵調節(jié)因子,它們通過多條信號通路傳導交叉反應,對HS的形成有正向或者反向調控作用。如TGF-β1、PDGF等促纖維化生長因子能直接或間接促進HSF增殖和轉化、抑制細胞凋亡、產(chǎn)生過量的膠原蛋白而造成ECM沉積；而bFGF等生長因子可通過降低HSF活性以及增加膠原酶合成分泌等途徑發(fā)揮抗纖維化作用。

1.1.1 轉化生長因子-β

轉化生長因子-β(transforming growth factor-β,TGF-β),廣泛存在于各種細胞組織,參與傷口愈合的所有過程。TGF-β是一大類具有復雜生物學特性的超蛋白家族,是目前已知與HS關系最密切的細胞因子,在哺乳動物中發(fā)現(xiàn)有TGF-β1、TGF-β2、TGF-β33種亞型表達,每種亞型有不同的功能和生理活性。研究證實,HS的形成與TGF-β 3種亞型的綜合調控有關[8],其中TGF-β1和TGF-β2生物活性相同,參與瘢痕形成,是促進ECM過度沉積的最密切的正性調控因子之一；TGF-β3具有抗纖維化作用,可通過競爭性的與TGF-β膜受體結合,部分阻斷或下調TGF-β1、TGF-β2活性或表達,從而抑制其對HS形成的誘導作用[9]。如表1所示。

圖1 HS的形成機制[7]Figure 1 Formation mechanism of HS

1.1.2 血管內皮生長因子

局部微血管的異常增生是造成HS形成的重要因素之一。血管內皮生長因子(vascular endothelial growth factor,VEGF)是目前所知最強的促血管生成細胞生長因子,在血管形成、促進創(chuàng)傷愈合、組織修復及再生等方面起著十分重要的作用。研究發(fā)現(xiàn),VEGF在HS中大量表達,且其表達量和HS血管增生程度及瘢痕成熟程度密切相關[18]。

VEGF通過與血管內皮生長因子受體-2(VEGFR-2)結合,將胞外的信號傳遞到胞內,發(fā)揮生物學效應,激活NF-κB、PI3K/AKT/mTOR等信號通路調控血管內皮細胞增殖,促進新生血管的形成[19]。HS成纖維細胞增殖及分泌膠原需要大量的氧氣及營養(yǎng)支持,VEGF促進血管新生可以運輸氧氣和營養(yǎng)物質,間接促進瘢痕進一步增生[20]；另一方面,過量VEGF表達導致血管內皮細胞過度生長,突入管腔而造成阻塞,加上肌成纖維細胞的收縮功能影響,加劇了血管的阻塞而引起局部低氧[21]。缺氧環(huán)境下，成纖維細胞的增殖能力及其合成分泌功能均得到增強，同時缺氧部位會產(chǎn)生并積聚缺氧誘因子-1α(HIF-1α)。當HIF-1α與VEGF基因中的缺氧反應元件結合后，可上調VEGF表達，從而加重血管阻塞，導致缺氧反復循環(huán)，最終促進病理性瘢痕形成[22]。Xu等[23]研究證實了缺氧條件下,HIF-1α上調TGF-β1和Smad2/3/4的表達,增強TGF-β1/SMAD信號傳導,從而促進膠原合成及沉積。

除此之外,有研究表明,血管內皮生長因子可直接影響HS的組織細胞行為。Harold等[24]發(fā)現(xiàn),VEGF可刺激體外培養(yǎng)的HSF發(fā)生遷移,從而揭示VEGF對傷口修復的非血管生成作用,即趨化HSF在損傷部位聚集,并刺激膠原分泌與沉積,從而有效地促進肉芽組織成熟和傷口的閉合。但當VEGF作用過強時,會導致傷口的肉芽組織中HSF密度以及膠原含量過高,造成組織纖維化。因此,抑制VEGF及其受體過表達對HS的防治有重要意義。

1.1.3 血小板生長因子

血小板生長因子(platelet derived growth factor,PDGF)主要由創(chuàng)傷部位的血小板和巨噬細胞合成并釋放,是體內一種主要的促有絲分裂劑和化學引誘劑,可以刺激HSF、血管平滑肌細胞等細胞的分裂和增殖；同時也是炎癥細胞趨化因子,能誘使巨噬細胞聚集并釋放大量的炎癥因子及包括 TGF-β、PDGF等眾多生長因子,在創(chuàng)面修復及HS的發(fā)病過程中起著重要的作用[25-26]。

PDGF主要由PDGF-A、B、C及D這4 種亞型組成,并可形成5種二聚體形式,即 PDGF-AA、AB、BB、CC和DD[25]。不同的PDGF二聚體均有促細胞有絲分裂的作用,但其作用活性有強弱之分。其中,PDGF-AA作用最弱,相關研究表明,PDGF-CC對大鼠腎成纖維細胞的促分裂作用為PDGF-AA作用效果的20倍；而PDGF-BB促纖維化的能力最強,可參與血管新生、炎癥反應、受體表達、信號通路激活、膠原代謝等途徑的調控[27],因此是HS中研究最多的亞型,見表2。PDGF調控作用過強能造成組織纖維化,促進瘢痕增生,現(xiàn)已成為治療纖維化疾病的重要靶點,降低其作用活性是減輕HS形成的有效手段。

1.1.4 其他生長因子

已被證實能調控HS形成的生長因子還有：結締組織生長因子(CTGF)、表皮生長因子(EGF)、堿性成纖維細胞生長因子(bFGF)等。這些生長因子由于表達抑制或是過表達,通過不同的信號通路途徑,在不同程度上刺激HSF的增殖和轉化以及影響膠原的正常代謝,最終導致HS形成,見表3。

1.2 炎癥因子的調控

創(chuàng)面的修復首先表現(xiàn)為局部炎癥反應。當皮膚受到一定程度的損傷時,早期炎癥級聯(lián)反應被激活,血小板和受損的皮膚駐留細胞釋放TGF-β、PDGF、EGF等一系列生長因子,趨化中性粒細胞、巨噬細胞、肥大細胞等炎癥細胞向傷口處聚集。這些滲透的炎癥細胞可釋放更多的生長因子和炎癥因子,不僅促進清除壞死組織和異物,而且同時啟動和調控創(chuàng)面修復進程[37]。適度的炎癥有利于傷口愈合,但是過強的炎癥反應卻會導致不良結果,研究發(fā)現(xiàn),與正常瘢痕形成相比,HS中存在增強且持續(xù)的炎癥期,其特征在于更多的炎性細胞募集以及生長因子和炎癥因子在創(chuàng)面局部高度蓄積[38]。研究較多的有腫瘤壞死因子(TNF-α)、白細胞介素類(IL-1、IL-4、IL-6等)、干擾素-γ(INF-γ)等,這些因子在組織纖維化過程中有著各自的生物學效應[1,37-41],見表4。

2 丹參抗HS機制

中醫(yī)學認為HS屬瘀證,其成因與先天因素或金刀所傷、水火燙傷、余毒未凈及受外邪入侵肌膚而引起的氣血壅滯、經(jīng)絡痹阻、濕熱搏結等有關,治療以理氣活血、軟堅散結、除濕化瘀為主[42]。丹參為活血祛瘀、涼血消癰的代表中藥,現(xiàn)代藥理學研究證實,其有減輕缺血再灌注損傷、抗心律失常、抗動脈粥樣硬化、抗腫瘤、抗氧化、抗炎、抗纖維化等作用[43]。其代表性成分丹參酮ⅡA、丹酚酸B和丹參素除了應用于心血管系統(tǒng),如保護心肌、擴張血管、抗血栓等之外,在抗纖維化方面亦有顯著藥理活性,能有效抑制病理性瘢痕的發(fā)生發(fā)展。如表5所示。

表2 PDGF的調控作用Table 2 Regulation of PDGF

表3 其他生長因子的調控作用Table 3 Regulation of other growth factors

表4 炎癥因子的調控作用Table 4 Regulation of inflammatory factors

表5 丹參及相關制劑的抗纖維化作用Table 5 Anti-fibrosis effects of Salvia miltiorrhiza and related preparations

2.1 丹參酮ⅡA

丹參酮 ⅡA是丹參中的脂溶性有效成分,具有抗急性缺氧、抗心律失常、抗動脈粥樣硬化、抗炎、抗腫瘤等廣泛藥理作用。而在抗纖維化方面,已有實驗證明丹參酮ⅡA具有抗HS作用,其作用機制與抑制成纖維細胞增殖、誘導細胞凋亡和促進膠原降解有關。

陳剛等[48]發(fā)現(xiàn),丹參酮ⅡA能有效阻滯體外培養(yǎng)的成纖維細胞的細胞周期,使其停留在G0/G1期,從而抑制其增殖活性并誘導凋亡；在對膠原的作用方面,蒙曉等[49]證明丹參酮ⅡA能下調大鼠成纖維細胞中纖溶酶原激活劑抑制劑-1(PAI-1)和炎癥相關的環(huán)氧酶-2(COX-2)的表達,促進膠原降解,減輕瘢痕；在動物體內的研究也證實了丹參酮ⅡA能夠通過增強MMP-1mRNA的表達及抑制成纖維細胞的增殖,減少膠原纖維的合成,從而抑制瘢痕的過度增生[50]。HSF、HMF等細胞的過度增殖以及凋亡受阻,產(chǎn)生大量ECM成分聚集在真皮下,導致傷口部位硬度增加,直接導致了瘢痕增生。這些發(fā)現(xiàn)為丹參酮ⅡA通過促進膠原降低、減輕組織纖維化而治療HS提供理論依據(jù)。

2.2 丹酚酸B

丹酚酸B(SAB)是丹參中含量最高的水溶性成分,具有明顯抗纖維化作用。現(xiàn)代研究表明,SAB抗纖維化的作用機制可能與其抗自由基過氧化損傷、抑制成纖維細胞增殖、作用于TGF/Smads等多個信號轉導通路、下調細胞Ⅲ型膠原蛋白(COL-Ⅲ)等細胞因子的表達有關。在細胞、分子、基因等多個水平上抑制纖維化疾病的形成,作用于纖維化發(fā)病機制中多個環(huán)節(jié)從而發(fā)揮綜合的抑制作用[7]。

SAB促細胞凋亡作用與丹參酮ⅡA作用類似。Shi等[51]對體外培養(yǎng)的 HSF細胞進行研究發(fā)現(xiàn),SAB能夠體外抑制HSF的增殖活性,通過將HSF細胞分裂周期阻滯于G0/G1期,進而誘導細胞凋亡,并且還具有抑制HSF的侵襲和遷移的能力,作用效果上呈現(xiàn)劑量和時間依賴性。Liu等[52]對SAB的抗皮膚纖維化機制做了更深入研究,實驗結果發(fā)現(xiàn),SAB對體外培養(yǎng)的皮膚成纖維細胞的增殖有顯著抑制作用,能下調細胞外基質基因轉錄和膠原蛋白表達,在SAB處理的成纖維細胞中,TGF-β/Smad和MAPK/ERK途徑的激活也被抑制；而通過對患者的皮膚成纖維細胞進行RNA序列檢測,結果表明SAB還存在其他可能的抗纖維化途徑,包括氧化應激抑制、細胞周期抑制和p53信號通路抑制。

2.3 丹參素

丹參素是丹參的水溶性成分,具有改善心血管、修復神經(jīng)組織、保護肝臟和抗纖維化等作用。到目前為止,丹參素抗纖維化功能的研究多集中在肺部和肝臟,而鮮有治療皮膚纖維化疾病的相關報道。HS的病理本質是HSF為主的效應細胞過度增殖和以膠原為主的ECM過度沉積的結果,肝、肺、腎等內臟及其他組織纖維化疾病在病理上同樣也表現(xiàn)為大量ECM無序沉積,與皮膚HS產(chǎn)生的機制類似[43]。

TGF-β1是最重要的纖維化調控因子,TGF-β1mRNA纖維化組織中往往有高表達。秦靜等[53]研究發(fā)現(xiàn),經(jīng)丹參素處理后,肺纖維化大鼠肺部TGF-β1、Smad3mRNA、α-SMA 表達明顯減少,Smad7mRNA表達增多,其中Smad3促進纖維化的形成,Smad7是TGF-β1信號轉導途徑的主要抑制性蛋白,這表明了丹參素通過抑制TGF-β1/Smads 信號通路,而發(fā)揮抗肺纖維化作用。肝星狀細胞(HSC)是肝纖維化發(fā)病的關鍵細胞,其功能過強可導致ECM的異常表達。Peng等[54]發(fā)現(xiàn)丹參素可通過靶向抑制PI3K/AKT/mTOR/p70S6K1信號傳導途徑,降低HSC活性并誘導細胞凋亡,還可以通過抑制炎癥基因的表達來減輕炎癥反應,從而發(fā)揮抗肝纖維化作用。綜上可知,丹參素對膠原、α-SMA蛋白等ECM的合成有明顯的抑制效應,其抗纖維化機制同樣適用于HS的治療。

3 結語

綜上所述,生長因子、炎癥因子的調控作用貫穿于皮膚創(chuàng)傷修復的全過程,上述調控的平衡趨勢被打破時,相關信號通路會發(fā)生改變,從而引起持續(xù)的炎癥反應、亢進的細胞修復功能等一系列促纖維化反應,主要表現(xiàn)為HSF過度增殖分化以及ECM在真皮過度沉積,這些因素最終導致HS的形成。另外,表皮在再上皮化延遲、血管過度增生和毛細血管阻塞等也在不同性質上參與了HS的形成。因此,在HS防治方面,可從減輕炎癥反應、減少血管新生和抗纖維化等方向制定策略。中藥丹參中的活性成分丹參酮ⅡA、丹參素、丹酚酸B等能通過介導多條信號通路抑制HSF增殖分化和促進ECM降解,發(fā)揮抗纖維化作用,提示丹參在治療HS上有著多靶點、綜合治療的優(yōu)勢。后續(xù)結合網(wǎng)絡藥理學等手段,進一步闡明丹參防治HS的分子作用機制,以期為丹參治療HS提供科學依據(jù)。