细胞因子及细胞外基质的伤口愈合作用

从细胞和分子水平而言，皮肤伤口愈合过程贯穿了细胞、细胞因子和细胞外基质之间复杂、精细的相互作用：①细胞之间的相互作用，细胞之间通过直接接触或分泌细胞因子及其他一些介质而相互作用。②细胞因子之间的相互作用，细胞因子在作用方式、作用时相、作用效果方面彼此相互影响。③细胞与细胞因子之间的相互作用，细胞不仅仅是细胞因子的产生者，也是细胞因子的调控对象。④细胞与细胞外基质之间的相互作用，细胞外基质由细胞产生，反过来又可影响细胞的多种生物学行为。⑤细胞因子与细胞外基质之间的相互作用，细胞外基质的合成、分泌甚至降解通常是细胞因子调节细胞功能的结果，而某些细胞外基质通过与细胞因子结合又可修饰细胞因子的活性。

一、细胞活动的愈合作用

皮肤伤口愈合的基础是炎症细胞和修复细胞的一系列活动。主要的炎症细胞包括中性粒细胞、单核／巨噬细胞。主要的修复细胞包括Fb、内皮细胞、表皮细胞。此外，血小板和肥大细胞也积极参与了组织修复过程。

（一）血小板

1．参与凝血过程　损伤区受损血管基膜外露，血小板被激活、黏附、聚集，其表达的多种凝血因子表面与凝血过程中的多种成分发生作用，最终形成血凝块。

2．分泌生物活性物质　血小板可分泌多种与炎症反应和组织形成有关的生物活性物质。

（1）分泌组胺、血栓素A2、前列腺素等多种血管活性物质，参与对血管舒缩功能的调节。

（2）分泌具有较强趋化作用的花生四烯酸及其衍生物等脂类成分。

（3）分泌蛋白酶和胶原酶等多种酶，一方面溶解损伤组织，另一方面则可降解某些活性物质。

（4）分泌血小板衍生生长因子（plateletderived growth factor，PDGF）、胰岛素样生长因子（insulin－like growth factor，IGF）、转化生长因子（transforming growth factor，TGF）α和β等多种细胞因子，可诱导炎症细胞和修复细胞的趋化、增殖或合成细胞外基质成分。

（5）分泌与黏附及凝血有关的物质，如二磷酸腺苷（ADP）、血小板收缩蛋白、纤维蛋白原、纤维粘连蛋白、血小板反应蛋白、凝血因子Ⅷ等多种黏附蛋白。

血小板的上述功能在创伤愈合过程的早期具有重要意义。

（二）中性粒细胞

1．趋化性迁移　中性粒细胞是最早进入损伤部位的主要炎性细胞，花生四烯酸衍生物、C5a、PDGF、纤维蛋白及其片段、白三烯B4、血小板活化因子等对中性粒细胞有化学趋化作用。

2．保护正常组织　通过吞噬作用、氧自由基抗菌效应和补体活化等活动清除坏死组织、细菌和其他异物，控制感染发生发挥作用。

3．分泌多种生物学活性物质　分泌血小板活化因子（PAF）、花生四烯酸及其衍生物、白三烯和肝素等多种介质，对单核细胞、Fb和内皮细胞有趋化作用；分泌胶原酶和弹性蛋白酶，降解细胞外基质成分，不但有利于细胞穿过血管基底膜进入损伤及炎症部位，还可溶解、清除受损组织。

（三）巨噬细胞

巨噬细胞是炎症和增殖期中的主要分泌细胞，在调节细胞之间、细胞与细胞因子之间的相互作用方面具有重要作用。动物实验表明，在损伤部位移入激活的巨噬细胞可加速伤口愈合，而减弱或抑制巨噬细胞活动则会延缓愈合过程。因此，单核／巨噬细胞在伤口愈合过程中具有难以替代的重要作用。

1．趋化性迁移　在趋化物质作用下，循环中的单核细胞黏附于损伤区的血管内皮并穿过血管壁移行至损伤局部的组织间质中，最终转化为巨噬细胞。具有趋化作用的物质除了上述那些对中性粒细胞也有趋化作用的物质外，胶原、弹性蛋白及纤维粘连蛋白片段，活化凝血因子、TGF－β等细胞因子对单核细胞同样有趋化作用。

2．吞噬作用　负责清除病原体、损伤细胞、纤维蛋白及其他基质成分的碎片。

3．分泌作用　分泌胶原酶、弹性蛋白酶、纤溶酶原激活药，促进细胞外基质（如胶原、弹性蛋白和纤维蛋白）的降解；分泌肿瘤坏死因子（tumor necrosis factor，TNF）、表皮生长因子（epidermal growth factor，EGF）、FGF、白细胞介素（interleukin，IL）、PDGF、TGF－β、IGF－Ⅰ和集落刺激因子－1等多种细胞因子，参与刺激炎症反应，调节修复细胞的迁移、增殖、分化和细胞外基质成分的合成；分泌乳酸盐、花生四烯酸及其衍生物、纤维粘连蛋白和前列腺素G2等，促进趋化效应，更新细胞外基质，调节血管反应。

（四）角质形成细胞

1．迁移、增殖和分化　KC通过迁移、增殖和分化形成新的表皮，完成再上皮化过程。在这一过程中，KC经历了一系列表型变化，包括张力丝回缩、细胞间的桥粒解离、胞质周边肌动蛋白束形成、连接基底层的KC与基底膜之间半桥粒的解离，从而有助于细胞的迁移。最终因接触抑制而结束迁移的KC将恢复其正常表型。

2．分泌胶原酶等蛋白水解酶　分解血凝块和坏死组织，便于自身在血凝块和坏死组织下迁移，另可参与修复过程中的组织重塑。

3．产生细胞外基质成分　为细胞迁移提供临时性基质并参与基底膜形成。

4．分泌多种细胞因子　以自分泌和旁分泌的形式影响自身或其他细胞的功能。

（五）成纤维细胞／肌成纤维细胞

1．迁移和增殖　在纤维增生反应中起主要作用。

2．合成多种细胞外基质成分　参与真皮结缔组织形成。

3．释放多种蛋白酶　通过分泌间质胶原酶、明胶酶、基质溶解素和纤溶酶原激活药等，降解细胞外基质，便于细胞在基质中的运动，并参与组织重塑。

4．分泌多种细胞因子　既以自分泌形式刺激自身增殖并产生细胞外基质成分，又以旁分泌形式影响其他细胞的功能。

5．参与伤口收缩　肌成纤维细胞通过其肌动蛋白束和细胞外基质间的动态联系而介导组织收缩。

总之，Fb／肌成纤维细胞是伤口愈合过程中增殖期和重塑期中最重要的修复细胞，其生物学特性及基本功能详见本书第6章。

（六）内皮细胞

1．表达血栓调节蛋白和共结合蛋白聚糖（Syndecan）　维持一个连续性、无血栓形成的血管内表面，限制血液凝固。

2．释放前列环素　限制血小板血栓形成。3．释放纤溶酶原激活物　溶解血凝块。4．表达某些细胞黏附分子 调节炎症细胞向血管外迁移。

5．释放胶原酶及其他一些蛋白水解酶降解基膜成分，便于内皮细胞自身的迁移。

6．分泌多种细胞因子　除了具有自分泌刺激作用外，还可刺激Fb的增殖和细胞外基质的合成。

7．迁移、增殖并具有形成管状结构的内在能力 完成血管形成过程、保证血液流向，以供给组织氧及其他营养成分。

8．产生细胞外基质成分 为内皮细胞迁移提供临时性基质，并可形成内皮基底膜。

9．其他 调节血流和组织之间溶质的转移。

内皮细胞的上述功能与创伤愈合各期的细胞活动均有密切联系。

（七）肥大细胞

1．释放血管活性介质　合成并释放的组胺、前列腺素D2、白三烯C4、白三烯D4及白三烯E4和血小板活化因子等血管活性介质可调节血管舒缩功能和通透性。

2．释放中性粒细胞趋化因子等趋化性介质　引起细胞的趋化反应。

3．产生并分泌中性蛋白酶和酸性水解酶 在创伤早期分解坏死组织和重塑期降解某些细胞外基质成分方面发挥作用。中性蛋白酶中的类胰蛋白酶还能活化基质金属蛋白酶－3。

4．合成并分泌肝素蛋白聚糖　除了参与结缔组织构成外，还可调节某些细胞因子（如FGF）的活性。

5．分泌TNF－α和多种白细胞介素等细胞因子 参与调节其他细胞的功能。

肥大细胞主要通过释放多种介质在创伤愈合过程中参与调节炎症反应、纤维增生和血管形成。肥大细胞的某些介质（如组胺和一些细胞因子）能直接刺激Fb的增殖和细胞外基质的合成，并可刺激内皮细胞的增殖。

（八）其他细胞

伤口愈合过程还有其他一些细胞的参与。淋巴细胞通过分泌多种细胞因子可调节Fb、内皮细胞及其他一些细胞的迁移、增殖和基质合成。伤口边缘及残存毛囊中的表皮干细胞分化为KC，后者进一步增殖、迁移及分化以完成再上皮化过程。不同来源的间充质干细胞（mesenchymal stem cells）通过分化为多种组织修复细胞成为伤口愈合过程中细胞迁移、增殖及合成等诸多细胞活动的重要来源。循环纤维细胞（circulating fibrocytes）进入伤口局部，它不但自身有合成胶原的能力并可表达α－SMA而与肌成纤维细胞的表型相似，还可诱导Fb迁移、增殖、合成细胞外基质并表达α－SMA，另外还有一定的调节炎症和免疫活性的作用。

二、细胞因子的愈合作用

细胞因子（cytokine）是对由细胞分泌的、能调节细胞生物学活性的多肽的统称。关于细胞因子的命名并不一致，生长因子、白细胞介素、淋巴因子、单核因子、集落刺激因子、干扰素和生长抑制因子等均属于细胞因子范畴。细胞因子的命名纯属偶然，不必过多拘泥于其字面含义。同一类型的细胞可分泌多种不同的细胞因子，而同一种细胞因子又可来自不同类型的细胞。细胞分泌的细胞因子既可以以旁分泌（paracrine）的形式作用于其他类型的细胞，又可以以自分泌（autocrine）的形式作用于分泌细胞本身。

细胞因子可直接或间接、单独或协同、同时相或不同时相地作用于皮肤伤口愈合过程中的炎性细胞和修复细胞，能产生细胞的趋化性迁移、增殖及分化、细胞外基质合成及分泌三类重要的细胞生物学活动，可表现出剂量和（或）时间依赖性效应。细胞表达的细胞因子受体介导了细胞因子的上述生物学效应。皮肤创伤愈合过程中主要细胞因子的生物学效应见表3－1。

表3－1　细胞因子在皮肤伤口愈合过程中的细胞生物学效应

（续　表）

鉴于Fb在结缔组织形成中的重要性，以Fb为例，可观察到细胞因子作用的多效性和复杂性。①一种细胞因子既可直接作用于Fb，又可作用于单核／巨噬细胞、内皮细胞和肥大细胞等细胞，再通过这些细胞对Fb的影响而发挥作用。实际上，这两方面的作用不是截然分开的，许多细胞因子可同时具备这两方面的作用。②多种细胞因子能影响Fb的功能。既有刺激Fb增生及合成细胞外基质成分的细胞因子即Fb刺激性细胞因子，或称纤维形成性细胞因子，如转化生长因子－β（TGF－β）；又有与之作用相反的抑制性细胞因子，如干扰素（IFN）。③一种细胞因子对Fb的作用可能只是影响Fb功能的某一方面。④某些细胞因子对Fb的细胞外基质合成和降解均有影响，但可能以对其中某一方面的作用为主。如IL－1既可增加胶原合成，又可刺激胶原酶产生而参与降解胶原，但后者的作用远远强于前者。因此，细胞因子作用的两重性提示，在皮肤创伤愈合早期，许多细胞因子引起多种细胞的增殖反应；而在重塑期，细胞因子通过调节细胞外基质的合成与降解，使组织的重塑可以如期完成。

三、细胞外基质在皮肤伤口愈合过程中的作用

细胞和细胞外基质（extracellular matrix，ECM）构成了组织。细胞外基质并不仅仅只有连接和支持细胞和组织的作用，还能影响细胞的形状，控制细胞的迁移、增殖、分化和代谢。细胞的特定基因表达的调控决定了细胞外基质成分的合成，这也是细胞表型特征的一个重要方面。细胞外基质对细胞的影响是通过它在细胞表面的特异性受体介导的，这些细胞外基质的受体是由α和β两个亚基组成的跨细胞膜糖蛋白，属于整合素（integrin）超家族（表3－2）。如α1β1可与板层素、Ⅰ型胶原结合。

表3－2　整合素超家族的类别及其配体

（续　表）

（一）纤维粘连蛋白

在参与皮肤伤口愈合过程的多种细胞外基质中，对于在细胞之间、细胞与基质之间起黏附作用的纤维粘连蛋白的研究较为深入。纤维粘连蛋白除积极参与凝血过程外，还能支持KC、Fb及内皮细胞的黏附和移动。含RGD细胞结合位置的120kDa纤维粘连蛋白片段对单核／巨噬细胞、中性粒细胞、Fb和内皮细胞均具有趋化作用，还可诱导Fb分泌胶原酶。纤维粘连蛋白还能调理细胞外基质碎片并协助吞噬细胞识别、吞噬、清除变性坏死的组织、细胞和外来异物。

（二）蛋白聚糖

蛋白聚糖可分为细胞外、囊泡内、跨膜性三类。源于内皮细胞跨膜蛋白聚糖Syndecan和肥大细胞颗粒内蛋白聚糖Serglycin的肝素和硫酸乙酰肝素侧链对血液凝固具有调节作用。肥大细胞颗粒内蛋白聚糖Serglycin除有抗凝作用外，还可结合组胺和一些阳离子蛋白酶，随着肥大细胞脱颗粒，一起参与炎症和修复过程。血小板和白细胞颗粒蛋白聚糖Serglycin中的硫酸软骨素可与血小板第4因子结合，作为这些因子的储藏库。

细胞外基质中的蛋白聚糖除了可直接对细胞生长施加影响外，还可作为细胞因子的储藏库而发挥作用，如硫酸乙酰肝素或肝素蛋白聚糖能与成纤维细胞生长因子家族、PDGF、IL－3、粒细胞－巨噬细胞集落刺激因子、VEGF和血小板第4因子等多种细胞因子结合，可修饰这些细胞因子的活性。这些细胞因子作用于它们在细胞膜上的受体可导致其受体活化。

细胞表面蛋白聚糖对于细胞迁移、增殖和某些基因表达也是极为重要的。如Syndecan的硫酸乙酰肝素侧链与胶原、纤维粘连蛋白和板层素的结合可介导细胞在新形成组织中的迁移。Syndecan－1和Syndecan－4可促进成纤维细胞灶性接触（focal contact）的形成。细胞周围和跨胞膜的硫酸乙酰肝素蛋白聚糖还能促使成纤维细胞生长因子与其受体结合，从而调节细胞对这些因子的反应。

（三）透明质酸

透明质酸在早期肉芽组织中含量较高，它可能促进细胞的迁移、增殖和分化。透明质酸的细胞表面受体介导了细胞在富含透明质酸基质中的移动，已定性的有CD44和透明质酸介导运动的受体（RHAMM）两种。前者介导了细胞附着于透明质酸、细胞的摄取及迁移、透明质酸的降解；后者介导了对可溶性透明质酸的反应性细胞迁移，如肉芽组织中巨噬细胞和Fb上RHAMM被诱导表达。随着肉芽组织的成熟，透明质酸酶的作用使透明质酸含量减少，而4－硫酸软骨素和硫酸皮肤素蛋白聚糖的含量逐渐增多，它们可赋予组织弹性、调节胶原纤维形成、聚合和沉积，另外还可调节细胞黏附和增殖。如，多能聚糖（versican）通过减少细胞的黏附，可促进细胞迁移。

（四）胶原

胶原是细胞外基质中含量和类型最多的一种成分，迄今已发现有20余型。肉芽组织中主要是Ⅲ型和Ⅰ型胶原沉积。此外，肉芽组织中Ⅴ型胶原增加与组织中血管化过程相关，Ⅵ型胶原基因表达定位于Fb和新形成血管的内皮细胞中，提示与血管基底膜形成有关。除了对新形成的组织提供支持和张力外，胶原还能对细胞施加多种影响。胶原衍生肽对Fb具有趋化作用。胶原能改变上皮细胞、内皮细胞和Fb的表型，如减弱Fb增殖、抑制胶原合成和诱导胶原酶分泌。因此，在成熟肉芽组织中，Fb产生的富含胶原基质的积聚又可反馈抑制Fb合成胶原，并能促进细胞对已形成胶原进行重塑。