脐带间充质干细胞修复皮肤创伤的研究进展

吴文哲，孙建伟，付长秀，黄李晨露，郑永钦，贺军栋*

(1.昆明理工大学 医学院，云南 昆明 650000；昆明理工大学附属医院 云南省第一人民医院 2.内分泌代谢科；3.乳腺甲状腺外科，云南 昆明 650000)

脐带间充质干细胞(umbilical cord mesenchymal stem cells, UC-MSCs)是来源于脐带组织的多能干细胞，相对于其他来源的干细胞，具有易获取、免疫原性低、易于体外扩增以及合乎伦理等优点[1]。UC-MSCs在许多疾病中都可起到一定的作用，比如急性肺损伤、肝衰竭、骨关节炎、红斑狼疮、糖尿病以及皮肤损伤等疾病[2-6]。

由严重创伤、烧伤、辐射等因素导致的大面积、慢性难愈的皮肤创面，会造成机体的生理功能障碍，而且容易进一步感染，严重影响伤者的生活质量。

目前仍在探索安全且有效的临床治疗手段，UC-MSCs是创面愈合、组织再生的潜在治疗工具，这为修复受损皮肤提供了全新的途径。

1 UC-MSCs的生理学特性

UC-MSCs来源于脐带组织，与国际细胞治疗学会(ISCT)的标准所定义的骨髓间充质干细胞(bone marrow mesenchymal stem cells, BM-MSCs)具有相似的共同特征,如贴壁增生，成纤维状，且具有多向分化潜能，在体外培养可分化为成骨细胞、软骨细胞和脂肪细胞等[7]。但与BM-MSCs相比，UC-MSCs可以在体外传代(直到第10代)中保持更稳定的细胞增殖能力、克隆形成能力以及衰老标志物持续低表达[8]，此外，UC-MSCs可通过对供体无风险的快速、简单、无痛、非入侵式的取样，且潜在的培养成本低、研究应用无伦理问题[1]。UC-MSCs一般缺乏造血细胞标志物(CD45、CD34、CD14和CD11b)、血小板和内皮细胞黏附分子(CD31)和胚胎样干细胞标志物(CD133)，但表达不同程度的CD29、CD105(SH2)、CD73(SH3/4)、CD44和CD90/Thy-1[9-10]。由于主要组织相容性复合体(major histocompatibility complex, MHC)Ⅰ类分子的低表达、MHC Ⅱ类分子的缺失以及CD40、CD80和CD86等共刺激配体的缺乏，使得UC-MSCs的免疫原性低[11]。总之，这些特性为UC-MSCs的研究应用提供了有利条件。

2 UC-MSCs修复皮肤损伤的机制

UC-MSC可通过调节皮肤伤口的炎性环境，促进血管生成、细胞增殖，抑制疤痕形成、诱导皮肤附件形成3个过程来修复皮肤损伤。

在伤口愈合的前期，UC-MSCs可以改善伤口的炎性因子水平。UC-MSC可使抑炎因子白细胞介素-4(IL-4)、IL-10、IL-13等浓度上升，而使促炎因子肿瘤坏死因子-α(TNF-α)、γ-干扰素、IL-1、IL-6、IL-8、细胞间黏附分子-1等浓度下降[6，12]。UC-MSCs可诱导炎性部位M2巨噬细胞的出现，从而触发体内创面愈合的过程。UC-MSCs可以通过调节免疫细胞(T细胞、B细胞以及树突状细胞)的功能特性起到抗菌作用[13]。UC-MSCs可增加烧伤部位的肿瘤坏死因子α诱导蛋白6(tumor necrosis factor α stimu-lated gene 6, TSG-6)，从而抑制P38和激活JNK信号，减轻炎性反应(烧伤组织中TNF-α、IL-1β、IL-6 以及MPO的水平明显降低)[14]。

在伤口愈合的中期，UC-MSCs可以促进肉芽形成、血管形成以及细胞增殖。UC-MSCs可以通过分泌生长因子如血管内皮生长因子(vascular endothelial growth factor, VEGF)、成纤维细胞生长因子(fibroblast growth factor, FGF)、碱性成纤维细胞生长因子(basic fibroblast growth factor, bFGF)、转化生长因子β(transforming growth factor-β, TGF-β)、胰岛素样生长因子-1(Insulin-like growth factor-1, IGF-1)、干细胞生长因子(hepatocyte growth factor, HGF)及其他细胞因子如低氧诱导因子1α等诱导血管新生、胶原堆积，调节内皮细胞、角质形成细胞和成纤维细胞的存活、增殖、迁移，增加创周组织的血液循环和血氧饱和度，从而促进创面再上皮化，加速创面愈合[6，15]。将108例致伤原因不同的慢性伤口患者随机分为两组，与安慰剂组相比，UC-MSCs的局部皮下注射组(n=59)显示肉芽组织明显生长，血液微循环改善，伤口大小减小[16]。

在伤口愈合的后期，UC-MSCs可调节细胞外基质(extracellular matrix, ECM)蛋白的合成、抑制瘢痕形成、诱导毛囊再生。病理性皮肤瘢痕，如增生性瘢痕、瘢痕疙瘩和萎缩性瘢痕，是由严重烧伤、钝器创伤、伤口感染或其他手术干预引起的异常纤维代谢疾病。当皮肤受到严重损伤时，会过度修复而产生瘢痕，其特征是炎性细胞的浸润、成纤维细胞的增殖和胶原的堆积[17]。UC-MSCs可使创伤部位迅速度过炎性期，从而减少胶原的过度堆积以及瘢痕的形成[18]。成纤维细胞在皮肤的损伤修复中必不可少，其产生的ECM有促进瘢痕形成、诱导毛囊形成，UC-MSCs可通过调节成纤维细胞以及其产生ECM的量来减少创面瘢痕形成；Wnt蛋白是皮肤发育和皮肤附属物(例如头发)形成的关键，过表达Wnt7a的UC-MSCs的上清液作用于受损的小鼠皮肤时，通过增强c-Myc的表达促进了成纤维细胞的细胞ECM表达和细胞迁移，改变伤口微环境，加速伤口愈合并诱导毛囊再生[19]。此外，许多调节因子如角质形成细胞生长因子(keratinocyte growth factor, KGF)，参与了皮肤和皮肤附件的修复，含有KGF的特定培养基可诱导UC-MSCs分化为汗腺样细胞(sweat gland cells，SGCs)，SGCs对破坏的汗腺(sweat gland, SG)和损伤皮肤的再生具有潜在的治疗应用价值[20]。

3 UC-MSCs联合药物共同作用促进创面愈合

UC-MSCs可联合壳聚糖、海藻酸钠等水凝胶聚合物以及天然无机物、有机物共同作用于伤口，这些物质可使UC-MSCs在伤口部位停留更久，促进其迁移、增殖，调节其分化等，从而提高UC-MSCs修复皮肤伤口的作用。

3.1 UC-MSCs 联合促进UC-MSCs黏附与增殖的水凝胶

修复严重外伤的关键是尽快覆盖伤口，考虑到创面愈合的内在复杂性，理想的创面敷料应该具有良好的组织相容性、湿润和闭塞的环境、低感染风险、易于使用和有效地清除渗出物，以及促进愈合等特点[21]。水凝胶具有良好的生物相容性和可降解性，可以维持水和体液，可以避免继发性感染，促进新生血管形成和皮肤再生的能力[22]。

水凝胶具有多孔的内部结构、合适的微环境，UC-MSCs联合水凝胶作用于创伤时，有益于移植的UC-MSCs的黏附、存活和增殖[23]，促进UC-MSCs分泌相关因子，减少炎性因子TNF-α和IL-1β的分泌，抑制创面中心和周围的过度炎性反应[24]，促进TGF-β1和bFGF分泌，促进胶原沉积和角质形成细胞成熟标志物K1的表达[25]，促进微循环、创面闭合、组织重塑、再上皮化和毛囊再生，为创面愈合、疤痕抑制提供了一种潜在的治疗途径。

3.2 UC-MSCs联合促进UC-MSCs迁移的物质

细胞迁移是UC-MSCs促进伤口愈合过程中的重要生物学事件，促进UC-MSCs迁移的常用方法有生化混合物和基因修饰，但都存在潜在的副作用[26]，因此，安全有效的调节UC-MSCs迁移是伤口修复的研究重点。一些天然物质、激素均可促进UC-MSCs的迁移，并且这些物质本身也具有促进伤口愈合的功效，UC-MSCs联合其他物质作用于创伤时，可显著提高UC-MSCs对伤口的修复作用。

关于UC-MSCs联合其他物质作用于伤口时的分子机制，也有相应的研究做了进一步的探讨。其中H2O2在低剂量(0.10～1 μmol/L)时通过激活NF-κB和糖原合成酶激酶-3β/β-catenin，增加MMP12依赖的Col-5和FN的降解，从而刺激UC-MSCs在伤口部位的迁移能力[27]。油酸(oleic acid, OA)依赖于EphB2的F-肌动蛋白来促进UC-MSCs的迁移，该肌动蛋白涉及PKC、α/GSK3、β/β、catenin和rac1信号通路[28]。褪黑素(melatonine，MT)对伤口修复具有积极作用，将褪黑素预处理的UC-MSCs移植于小鼠皮肤创伤部位，发现MT信号通过褪黑激素受体2(MT2)触发FAK/paxillin磷酸化，激活 cdc42/arp2/3,刺激肌动蛋白细胞骨架的重组，从而促进UC-MSCs的迁移[29]。花生四烯酸(arachidonic acid, AA)在皮肤损伤期间可被大量释放到伤口部位，用AA预处理的UC-MSCs移植于创伤小鼠模型中，AA依赖于GPR40的mTORC2信号通路，通过MT3-MMP介导的纤维连接蛋白降解诱导UC-MSCs运动来促进皮肤创伤愈合[1]。姜黄素(curcumin, CN)负载的纳米球在皮肤创面愈合过程中刺激c-Src和蛋白激酶C的磷酸化，导致MAPK的激活，并且CN受到NF-κB磷酸化的调节显着诱导了α-actinin-1，profilin-1和丝状肌动蛋白的表达水平，从而促进UC-MSCs的迁移[26]。

4 问题与展望

UC-MSCs修复创伤时，可抑制伤口部位的炎性因子，增加抗炎因子，也可以分泌细胞因子及生长因子促进血管再生、再上皮化、胶原合成、抑制瘢痕、毛囊再生、修复汗腺等。UC-MSCs联合水凝胶或其联合其他物质(如激素类或者天然药物)共同作用可以使UC-MSCs黏附存活于创面更久、增强UC-MSCs的增殖、迁移能力以及调节其分化。迄今为止，已有大量的基础研究和临床试验证明UC-MSCs修复皮肤损伤在临床应用中前景广阔，但是UC-MSCs真正应用到临床还需要做更多的工作：UC-MSCs在治疗过程中存在的安全性(如致瘤性)需要更多的样本来验证，设计并验证用UC-MSCs 治疗的最佳方案(最适注射量、治疗频率)，还需要进一步探索UC-MSCs促进伤口修复的分子机制。随着研究的更加深入，相信UC-MSCs疗法将成为皮肤损伤患者的福音。