瘢痕疙瘩信號轉導通路研究新進展

李娜，柳越冬，李桂君，許博佳，林亞南，李楠，姜莎莎

(1.遼寧中醫(yī)藥大學第三臨床學院，沈陽 110032； 2.咸陽市中心醫(yī)院肛腸科，陜西 咸陽 712000；3.遼寧中醫(yī)藥大學附屬第三醫(yī)院院長辦公室，沈陽 110000)

瘢痕疙瘩是指皮膚傷口愈合或不明原因所致的皮膚損傷愈合后形成的過度生長的異常瘢痕組織，在5%～15%的傷口中會出現(xiàn)瘢痕疙瘩[1]。瘢痕疙瘩是一種慢性炎癥過程，臨床上雖然應用了硅凝膠、激素類藥物、肉毒桿菌注射劑、激光和壓力療法等多種手段[2]，但大多數(shù)抗瘢痕藥物通常僅用于預防或輔助治療，并不能取代或等同于手術切除。鑒于瘢痕給患者帶來的心理壓力、身體不適和經(jīng)濟壓力，揭示瘢痕發(fā)病的原因和機制顯得極為重要。對形成瘢痕疙瘩基因表達調控機制的進一步研究，可為探尋新的有效藥物治療方法提供研究方向。另外，通過多種途徑和方式對靶基因進行相關調控，也是瘢痕疙瘩研究中極為重要和迫切需要的。理想的瘢痕預防的一線治療應該是藥物能夠對瘢痕靶基因和疾病信號通路進行調控。從瘢痕疙瘩相關的差異基因、特征基因及信號通路多角度入手，有助于科研人員和臨床醫(yī)師更加快速、有效地找到方法，從而解決早期診斷、個體化預防和治療的問題?，F(xiàn)就瘢痕疙瘩信號通路的研究進展予以綜述。

1 瘢痕疙瘩的信號通路

1.1轉化生長因子-β(transforming growth factor-β，TGF-β)信號通路 瘢痕形成包含炎癥、增殖和重構三部分。皮膚組織受傷后，細胞因子、趨化因子、巨噬細胞及成纖維細胞進入增殖期修復創(chuàng)面，細胞外基質(extracellular matrix，ECM)形成了一個維修框架結構以修補傷口，含有肌動蛋白絲的肌成纖維細胞閉合傷口，未成熟的瘢痕可以過渡到最后成熟的階段，如果這個過程被中斷則會出現(xiàn)異常瘢痕[3]。TGF-β1長久以來被認定為損傷后組織修復和纖維化的關鍵介質[4]。TGF-β1與纖維化性皮膚疾病密切相關，參與創(chuàng)傷愈合、炎癥等多種生理過程。有研究發(fā)現(xiàn)，TGF-β1可產(chǎn)生促炎反應，其特征是產(chǎn)生促炎癥細胞因子γ干擾素和白細胞介素(interleukin，IL)-17A，IL-17A/IL-1β/TGF-β1軸對纖維化的發(fā)展至關重要，證實了TGF-β家族在瘢痕疙瘩中發(fā)揮了基因依賴性表達調節(jié)的重要作用[5]。TGF-β由調節(jié)性T細胞、成纖維細胞、巨噬細胞和血小板等產(chǎn)生。

對于巨噬細胞狀態(tài)的研究，從下游生成物的角度揭示了TGF-β信號通路在瘢痕疙瘩中的高度激活狀態(tài)。TGF-β水平升高可阻斷原始T細胞向輔助性T細胞1型效應表型的分化，促進其向調節(jié)性T細胞亞群的轉化，并可抑制樹突狀細胞的抗原呈遞功能[6]。在瘢痕疙瘩真皮中，M2型巨噬細胞浸潤顯著多于M1型巨噬細胞，而浸潤的M2型巨噬細胞數(shù)量與TGF-β信號通路的高激活水平有關[7]。真皮成纖維細胞可誘導產(chǎn)生IL-4/IL-13，通過Ras同源基因家族蛋白A/Rho相關卷曲螺旋蛋白激酶通路介導TGF-β1激活，導致骨膜蛋白在真皮和基膜高表達[8]。

出現(xiàn)物理損傷后，絲氨酸蛋白酶、基質金屬蛋白酶(matrix metalloproteinase，MMP)和整合素介導的配體活化激活TGF-β信號通路，除了上述調控手段，TGF-β信號通路還可通過與其他信號通路的串話發(fā)揮作用。目前已經(jīng)證實，TGF-β信號通路的上游靶基因叉頭框蛋白M1[9]、干擾素調節(jié)因子3[10]、PRKN(E3 ubiquitin-protein ligase parkin)基因[11]、NEDD4L(NEDD4 like E3 ubiquitin protein ligase)基因[12]、內肽酶Meprin是瘢痕疙瘩的調控基因，這些基因的下調或剔除可有效抑制TGF-β1誘導的瘢痕疙瘩成纖維細胞(keloid fibroblasts，KFs)活化、ECM的積累。與之相比，內源性肽LYENRL、跨膜蛋白88基因作為信號途徑的上游靶基因，則發(fā)揮負向調控作用，其作用機制是通過基因上調抑制激活TGF-β1/Smad信號，并與信號轉導及轉錄激活因子3(signal transducers and activators of transcription 3，STAT3)信號通路進行串話，通過阻斷綁定的激活蛋白-1與TGF-β1啟動子的相應區(qū)域結合，進而抑制TGF-β1的基因表達[13-14]。

膠原形成、膠原纖維和其他多聚體結構的組裝、膠原蛋白降解這3個功能維持了膠原的穩(wěn)定性，而瘢痕疙瘩組織中釋放的TGF-β對膠原功能的影響，是在轉錄水平膠原過度沉積、關鍵性靶蛋白以及微RNA(microRNA，miRNA)的調控下發(fā)生作用的[15]。炎癥中產(chǎn)生的熱激蛋白90可以影響人真皮成纖維細胞中TGF-β誘導的膠原合成[16]。miR-29、miR-205-5p也是通過TGF-β信號通路抑制膠原蛋白Ⅰ型和膠原蛋白Ⅲ型，同時發(fā)揮抑制絲氨酸/蘇氨酸激酶磷酸化和α-型肌動蛋白表達的作用[17]。

1.2STAT3及其受體信號通路 STAT3信號通路是經(jīng)典的炎癥信號通路，包括生長激素、IL-6家族細胞因子和粒細胞集落刺激因子等在內的細胞因子，在組織損傷后大量釋放，同時Janus激酶磷酸化STAT3，然后二聚化并進入細胞核，激活細胞因子應答基因的轉錄[18]。STAT3信號通路參與了瘢痕疙瘩的發(fā)病過程、遷移、增殖和細胞周期進展[19]。除了Janus激酶激活途徑外，其他多途徑的串話也會導致STAT3的磷酸化。

一項類似中性粒細胞衰竭的小鼠實驗發(fā)現(xiàn)，與無中性粒細胞減少的小鼠相比，中性粒細胞減少癥的小鼠損傷后組織修復創(chuàng)面愈合無瘢痕，中性粒細胞既有很強的抗感染能力，也具有導致創(chuàng)面瘢痕的作用[20]。在神經(jīng)膠質瘢痕形成的研究中，STAT3基因剔除的小鼠，在缺乏巨噬細胞和功能中性粒細胞的條件下，愈合的傷口往往呈現(xiàn)較小的瘢痕[21]。炎癥釋放的IL-10介導的自噬抑制，分別激活IL-10/IL-10受體/STAT3和IL-10/蛋白激酶B(protein kinase B，PKB/Akt)/哺乳動物雷帕霉素靶蛋白(mammalian target of rapamycin，mTOR)這兩個信號通路，并通過STAT3、Akt和mTOR三者之間的串話來調節(jié)，特別是STAT3和mTOR之間的串話；另外，研究人員應用OSI-027(mTORC2抑制劑)靶向mTORC1/2，抑制瘢痕疙瘩角質形成細胞的增殖和遷移[10]。

通過測序技術分析發(fā)現(xiàn)，STAT3信號是KFs中最富集的信號通路，其細胞內信號通路相關分子(如p-Smad2、p-Smad3、p-STAT3和磷酸化胞外信號調節(jié)激酶)的蛋白水平均是藥物干預后需要下調的指標[22]。另有研究發(fā)現(xiàn)，miR-486-5p可通過調控Smad2的表達抑制人增生性瘢痕成纖維細胞的生長；miR-152-5p通過調控人KFs Smad3的表達，抑制細胞增殖和遷移，促進細胞凋亡；miR-21和miR-96可通過靶向Smad7促進瘢痕疙瘩中的膠原沉積[23]。

1.3Wnt信號通路 Wnt的異?；罨c瘢痕疙瘩的發(fā)生、發(fā)展密切相關。Wnt/β聯(lián)蛋白(β-catenin)通路存在20多種靶基因(包括原癌基因Myc、細胞周期蛋白D、CD44基因、MMP和血管內皮生長因子)，均與人類KFs細胞周期相關[24]。TGF-β/Smad途徑與Wnt/β-catenin途徑在病理性瘢痕形成中也存在復雜的協(xié)同作用，TGF-β1和β-catenin/T細胞特異性轉錄因子通路可協(xié)同調節(jié)MMP和膠原蛋白的表達水平[25]。

有研究發(fā)現(xiàn)，長鏈非編碼RNA(long non-coding RNA，lncRNA)與 miRNA 結合也參與了瘢痕細胞自噬的調節(jié)和組織修復的生物學調控[26]。已發(fā)現(xiàn)lncRNA AC067945.2過表達可下調皮膚成纖維細胞中膠原蛋白的表達，并通過Wnt信號通路上的血管內皮生長因子產(chǎn)生調控作用[27]。另外，通過抑制miR-31a-5p的表達，即可在Wnt/β-catenin信號通路中下調人真皮成纖維細胞中IL-25的表達，降低炎癥反應[28]。此外，Wnt信號通路上的分泌型卷曲相關蛋白1(secreted frizzled related protein 1，SFRP1)啟動子高甲基化可導致SFRP1的表達缺失，SFRP1的表達下調對T細胞特異性轉錄因子依賴性信號通路有負調控作用，可導致瘢痕疙瘩的發(fā)生[29]。

1.4整合素信號通路 瘢痕疙瘩的特征是異常和過度的ECM沉積。整合蛋白家族由介導細胞對ECM結合反應的主要細胞表面受體-整合素受體組成，在ECM中與細胞骨架連接蛋白形成結構和功能上的連接。由整合素/ECM相互作用介導的信號轉導，參與瘢痕細胞對生長因子的信號應答，并具有調控細胞增殖、細胞骨架重組等作用。

對瘢痕疙瘩蛋白結構域和特性的分析發(fā)現(xiàn)，瘢痕疙瘩關鍵基因的結構域均在整合素域超家族多個結構域上，而整合素影響細胞和細胞、細胞和ECM環(huán)境的多種因素，包括上皮鈣黏素、MMP、血管內皮生長因子等血管生成因子的異常表達，導致皮膚腫瘤的發(fā)生、侵襲和轉移，整合素參與了成纖維細胞的相互作用和膠原代謝，同時也參與了膠原酶的激活[30-31]。各種來自創(chuàng)面外部、內部的物理或化學刺激會促進炎癥反應，且刺激的強度、頻率和持續(xù)時間決定了瘢痕出現(xiàn)的速度、方向、速度生長及癥狀的強度[2]。機械刺激可調節(jié)整合素、Akt和黏附激酶，導致細胞增殖，最終導致纖維化。一項應用不可逆脈沖電穿孔皮膚但保留皮膚ECM結構的研究顯示，消融6個月后，整個消融區(qū)域的表皮、皮脂腺、肉圓肌、毛囊、微血管系統(tǒng)和豎毛肌全部重新形成，表明ECM結構在無瘢痕創(chuàng)面愈合過程中對細胞分化、遷移和信號轉導起關鍵作用[32]。

1.5磷脂酰肌醇-3-激酶(phosphatidylinositol-3-kinase，PI3K)/Akt信號通路 損傷后組織修復是一個復雜的代謝過程，大量巨噬細胞趨化因子和補體C3等炎癥細胞聚集，清理壞死細胞及其代謝產(chǎn)物，同時伴隨大量的細胞因子和生長因子釋放[如PI3K/Akt/mTOR通路的激活因子(包括表皮生長因子、促生長因子、胰島素和鈣調蛋白等)被釋放]，在PI3K磷酸化后，Akt被激活并位于質膜上，信號通過Akt傳遞到不同的下游靶點，控制瘢痕細胞的生長、增殖和存活過程[33]。

已有研究證實，通過調控PI3K/Akt通路可抑制瘢痕疙瘩成纖維細胞的增殖[34]。miR-188-5p、miR-205、miR-181a、miR-21可介導不同的目標蛋白或目標基因，在瘢痕疙瘩中通過PI3K/Akt/MMP-2/9信號通路調控細胞的增殖和侵襲作用[35]。丹參[36]、苦參堿[37]、三七皂苷R1[38]、五倍子瘢痕膏[39]等中藥及其活性成分也可通過PI3K/Akt信號通路抗纖維化。

1.6上皮-間充質轉化信號通路和瘢痕疙瘩的類癌性質 創(chuàng)面愈合的轉錄程序率先激活并在創(chuàng)口侵襲，發(fā)揮了與誘導細胞增殖和代謝有關的功能，即皮膚組織損傷后率先激活毛囊干細胞可塑性和毛囊干細胞，隨后基因和蛋白質表達發(fā)生變化，以修復皮膚屏障[40]。目前毛囊間充質細胞在皮膚修復中已被廣泛應用。有研究發(fā)現(xiàn)，人脂肪干細胞和人瘢痕增生纖維細胞共培養(yǎng)后，人脂肪干細胞通過下調TGF-β1和Notch-1表達水平，顯著降低了人瘢痕增生纖維細胞的增殖、遷移和收縮能力[41]。瘢痕疙瘩和皮膚癌癥之間最引人關注的相似之處是它們具有共同的細胞生物能學、表觀遺傳甲基化特征以及其他疾病生物學(基因型和表型)行為中的上皮-間充質轉化。很多基因(如MMP-2、角蛋白19和SFRP1)均是與腫瘤侵襲性有關的指標[42]?；诖?，細胞毒藥物、抗腫瘤藥物被廣泛應用于瘢痕疾病的治療。

2 與瘢痕疙瘩相關的miRNA

miRNA在KFs增殖、分化、凋亡和癌變等多種生物學和病理學過程中發(fā)揮著抑制和調控作用。目前miRNA調節(jié)人增生瘢痕成纖維細胞凋亡的確切機制尚未闡明，一般認為是多種途徑共同作用的結果。miRNA影響成纖維細胞的生物學功能可能與以下幾方面有關：①通過靶基因、靶蛋白直接發(fā)揮作用，miR-29[43]、miR-30a-5p[44]、miR-194-3p[45]、miR-203、miR-141-3p通過靶向不同的靶基因調控瘢痕疙瘩成纖維細胞的凋亡、增殖、侵襲和遷移。②對膠原發(fā)揮調控作用，miR-98通過靶向Col1A1抑制人增生性瘢痕成纖維細胞增殖[46]。③多協(xié)同參與信號通路，相關報道指出，miR-199a-5p、miR-21-5p、miR-214-5p、miR-424-5p和miR-205-5p等與促分裂原活化的蛋白激酶信號通路和缺氧誘導因子-1信號通路相關，參與瘢痕的表達調控[47]。④在瘢痕疙瘩多信號通路中，miRNA參與轉錄后水平調控，影響自噬相關蛋白的表達，從而參與自噬的調控。⑤miRNA對KFs線粒體信號通路有影響，miR-21過表達抑制細胞色素C向細胞質釋放，隨后細胞內的胱天蛋白酶9和胱天蛋白酶3活性降低，提示線粒體介導的促凋亡通路受損[48]；而應用miR-21抑制劑可通過線粒體信號通路誘導瘢痕疙瘩凋亡；應用轉染手段可誘導KFs生長抑制、細胞凋亡和G2/M期阻滯，激活線粒體凋亡通路，從而治療瘢痕疙瘩[49]。

3 小 結

瘢痕疙瘩所涉及的信號通路和驅動基因目前尚不清楚。損傷后組織修復是一個復雜的代謝過程，當出現(xiàn)燒傷、手術、痤瘡感染及其他外傷等局部損傷時，任何入侵的病原菌或微生物均會激活彌散的炎癥反應，通過招募局部釋放趨化因子、中性粒細胞、單核細胞和其他先天免疫細胞到傷口部位以清除細胞碎片、感染性病原菌或微生物，同時激活以IL-17a/IL-1β/TGF-β1軸為首的多條炎癥信號通路。應用藥物對瘢痕靶基因和信號通路進行有效調控與臨床多條炎癥通道的干預、血管微環(huán)境的重建、預防局部癌變的治療原則是一致的。