胚胎成纤维细胞的生物学特点

1971年,Burrington发现胚胎皮肤创伤愈合后没有瘢痕组织学表现,首次提出“无瘢痕愈合（scarlesshealing）”的概念,由此引发了人们对无瘢痕愈合机制的研究.无瘢痕的现象只出现在孕期前2/3阶段,之后过渡为少瘢痕期,一般选择研究的无瘢痕期：人孕75～100天,大鼠14～16天,兔21～22天,绵羊60～90天[1-4],出生后则瘢痕期.众多研究发现,胚胎无瘢痕愈合主要与环境、成纤维细胞、细胞外基质、细胞因子、基因表型等方面有关.研究认为胚胎成纤维细胞（fetalfibroblasts,fFB）是胚胎无瘢痕愈合最主要的效应细胞[5],本文主要对皮肤胚胎成纤维细胞进行综述如下.

1胚胎皮肤成纤维细胞形态学

皮肤fFB外形狭长,边缘不整齐,培养4～6天后会出现相暗的微粒,呈整齐的放射状排列,大小较心脏来源胚胎成纤维细胞小[6].在透射电镜下大鼠fFB呈长梭形,细胞质内有丰富的粗面内质网,细胞核大,核仁明显,表面有许多短小突起,可见微绒毛核胞浆褶皱,随着传代数的增加,突起和绒毛减少,胞浆内质网扩张,排列无序,膜表明脱颗粒,胞浆出现空泡以及大小不均的板层状或同心圆状颗粒,线粒体数目减少,体积增大,高尔基复合体增多,溶酶体增大增多[7-8].

2增殖与凋亡

在无血清培养基里,胚胎成纤维细胞的培养情况如图1,胚胎成纤维细胞倍增时间为75.3h,正常细胞的倍增时间为41.1h,培养72h后细胞数目开始下降[9].胚胎成纤维细胞的凋亡受多种因素调控,其中PDGF-BB可以作用于PDGFR-β抑制胚胎成纤维细胞的凋亡,调节其增殖、迁移,从而对创面的愈合产生影响[10].

3胚胎成纤维细胞与细胞外基质

3.1胶原合成：胚胎的成纤维细胞与成体的成纤维细胞表型不同,其分泌胶原的能力强于成体,其中Ⅲ型胶原的含量比成体的高（占30～60%）,与I型胶原相比,Ⅲ型胶原更易被特异的和非特异的胶原酶所降解,代谢较快,因此最终胶原沉积较少[11],表现出无瘢痕的特征.随着时间的推移Ⅲ型的比例逐渐降低,逐渐过渡为少瘢痕期,直至以瘢痕的方式愈合.胶原的合成需要多种酶的参与,其中脯氨酰羟化酶是胶原合成过程中的限速酶,它在胚胎早期活性明显高于成体,妊娠20周后其活性逐渐降至成体水平[12].交联是胶原形成的重要过程,热休克蛋白(HSP)47是一种特异的与胶原形成有关的分子伴侣.Wang等[13]实验发现新生大鼠在皮肤创伤后HSP47阳性成纤维细胞持续地升高；而创伤后胎鼠的HSP47及其阳性细胞与伤前比没有改变.赖氨酸氧化酶在胶原、弹力蛋白的交联中也具有重要作用,研究发现其基础表达量在胎鼠中比较低[14].因此,HSP47及赖氨酸氧化酶胚胎中低表达及创伤后缺乏变化,也是胚胎无瘢痕变化的原因之一.

3.2胚胎成纤维细胞与透明质酸（hyaluronicacid,HA）：与成体相比,胚胎伤口富含HA,HA酶含量低,对HA的降解慢,因此胚胎皮肤高HA浓度能维持较长时间[15].HA存在原始HA、HA-12、HA-880糖肽片段三种形式,各有其作用,都能促使成纤维细胞粘附、增殖,使MMP-1、3mRNA增加,HA12和原始HA刺激III型胶原在创伤环境中[16],HA的合成及降解都是由成纤维细胞通过细胞表面膜受体介导的方式来主要调控的.HA受体是细胞表面糖蛋白CD44家庭的一员,胚胎真皮成纤维细胞表面CD44的含量远远高于成年皮肤内的含量[17].此外,HA可促进细胞迁移、分化及创伤愈合,还可抑制血小板聚集及炎症反应[18],这些都是HA参与无瘢痕愈合方式.

3.3成纤维细胞与外基质调节：在创口的愈合过程中蛋白水解酶等因素对细胞外基质的沉积和降解具有重要的作用.胚胎成纤维细胞可以合成胶原酶、基质金属蛋白酶、明胶酶等多种蛋白酶,参与降解细胞外基质.研究发现,基质金属蛋白酶MMP2、MMP3和MMP9蛋白在fFB中强阳性表达,TIMP1和TIMP2表达水平则较低,MMPs/TIMPs比值较高,fFB分泌的这些酶对减少ECM沉积、使ECM分布规律、从而达到无瘢痕修复[19].成人FB分泌尿激酶纤溶酶原激活剂uPA及其抑制物的水平较胚胎FB高,而胚胎FB分泌明胶酶B的水平较高.这种ECM降解蛋白酶的不同调节,反映了成人和胚胎FB在组织重塑过程中的差异[20].

4成纤维细胞迁移与收缩

成纤维细胞的移动和收缩在创伤修复中具有重要作用.胚胎的成纤维细胞具有较强的迁移性,其迁移能力与细胞外基质有密切关系.fFB与新生儿成纤维细胞在不同基质移动速率的比较结果显示,在I型胶原上(fetalfibroblast,15.1mmr/hr；neonatalfibroblast,13.7mm/hr）,纤维连接蛋白（13.2mm/hr,13.0mm/hr),HA（11mm/hr,9.8mm/hr）[21],HA(Hyaluronicacid,HA)对成纤维细胞的游走具有刺激作用.另外,研究发现fFB的粘附能力没有血清依赖性,但是在含有血清的基质中迁移的比较快[22].同时,FB的迁移与细胞因子也有密切的关系.TGF-β刺激胚胎FB后其收缩特性受到抑制,而成人FB则增强.进一步研究发现,胚胎FB受TGF-β作用后整合素α1、α2、β亚单位降低,整合素α3亚单位和AA表达无变化[23].肌成纤维细胞存在于胚胎早期,在受到外源性TGF-β1刺激时,一部分成纤维细胞也可以转变为肌成纤维细胞,但是这种变化是迅速而短暂的[24],并且在伤后不久即触发肌成纤维细胞凋亡,而在成人伤口中,常在伤后15～30天才开始凋亡.胚胎无瘢痕的愈合正是肌成纤维细胞及时凋亡的结果.它解释了胚胎伤口中虽然有肌动蛋白的沉积和肌成纤维细胞出现,但伤口却并不会发生挛缩的现象.PGE-2可以不同程度地抑制胚胎成纤维细胞的收缩,PGE-2受体激动剂也能出现类似的结果[25].

此外,fFB的移动性还与基质的结构有关,与游离细胞相比,2D、3D活性胶原能够加速fFB的粘附移动,fFB能更迅速地充满胶原[26].

5胚胎成纤维细胞与生物因子

fFB分泌多种细胞因子,同时也受多种细胞因子调节.生长因子及炎症因子与创伤愈合关系密切,并被广泛研究.

5.1成纤维细胞与转化生长因子（Tranorminggrowthfactor,TGF）：TGF与瘢痕关系最密切,TGF-β1、TGF-2、TGF-3在胚胎皮肤中都有表达,TGF-β及TGF-βR因子主要分布于部分成纤维细胞[27].体外实验发现早期fFB对TGF-β1刺激无应答的特征,在体内给予TGF-β1刺激后TGF-β1自分泌反应圈的自身诱导没有表现,TGF-β3基因表达反应比较慢,TGF-β2及Ⅲ型胶原基因表达上调,这可能是实现伤口无瘢痕愈合的关键,而过量的胶原蛋白和GAG则导致瘢痕形成[28].fFB的TGF-β3表达比成人的高3倍,角质细胞可以使fFB的TGF-β3表达增加、TGF-β1,TGF-β2,TGF-βRI及TGF-βRII表达下调.与角质细胞混合培养时,成纤维细胞能够产生纤维化抑制作用[29].核心蛋白多糖是TGF-β的调节器,可以调节TGF-β的生物活性.它的下调可能与胚胎创伤的无瘢痕愈合有关.Beanes等[21]报道怀孕早期的胚胎成纤维细胞和皮肤的核心蛋白多糖表达水平低于晚期胚胎和成体的成纤维细胞和皮肤,其低表达可能与无瘢痕愈合有关.

5.2成纤维细胞与其他生长因子：胚胎成纤维细胞受IGF-I刺激后,胶原合成受抑制,而受IGF-II刺激后胶原合成增加[30].胚胎皮肤成纤维细胞表皮生长因子EGF和血小板源性生长因子PDGF-β及其受体的表达高于成体,随着胎龄的增长而下降[31],其高表达促进上皮细胞增殖,加速愈合.同时fFB表达的酸性、碱性成纤维细胞生长因子FGF却在较低的水平,这就不会使得成纤维细胞、血管内皮细胞过度增殖,避免肉芽组织过度增生,形成瘢痕[32].

5.3成纤维细胞与炎症因子：研究证实胚胎FB中IL-6、IL-8等致炎因子低表达,抗炎因子（IL-10）缺乏表达,认为无/低炎症反应是胚胎创伤愈合过程的一大特点,也是无瘢痕愈合的机制之一,新近Peranteau[33]利用病毒载体使IL-10在成体中高表达,发现确实能抑制创面炎症反应,减少异常胶原的沉积,有减轻瘢痕的作用.但是国内学者报道胎兔伤口中的致炎因子TNF-α的表达水平高于孕兔及成年兔,并且维持的时间也长,认为TNF-α的高表达抑制了fFB产生胶原的能力,能够使fFB表达高水平的HA[34].

6胚胎成纤维细胞与神经

胎儿无瘢痕愈合发生的分子机制与神经的发育生长密切相关,在体外,SP等神经肽作用于成体成纤维细胞,后者释放TGF-β,促使表皮细胞迁移,而直接作用于表皮细胞时没有相应作用[35].SP等神经肽在胚胎创伤后水平降低,这提示神经肽可能是调节胎儿皮肤无瘢痕愈合的重要因素之一,但是关于神经肽对胚胎皮肤直接作用的研究鲜见报道.此外,成纤维细胞产生的细胞外基质因子如层粘连蛋白能促进神经轴突外生性生长.因此,神经与胚胎成纤维细胞的关系值得注意.

胚胎无瘢痕愈合与多种因素有关,从目前研究成果看,环境因素影响不大,可能主要是在创伤刺激下遗传因素发生改变,从而调控成纤维细胞的功能改变,进而引起细胞外基质、细胞因子等分泌的改变,这说明影响是内在型的,而不是邻近分泌或者旁分泌影响,这是细胞治疗的依据所在,胚胎成纤维细胞移植或者以胚胎成纤维细胞为种子细胞的皮肤组织工程将为烧（创）伤无瘢痕修复提供可能.

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[收稿日期]2008-02-22[修回日期]2008-06-14

编辑/李阳利

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