皮膚創(chuàng)面愈合中血管生成素樣蛋白4的作用及機制的研究進展

楊 元, 俞程浩, 左 睿, 劉 喆, 傅 奕, 侯瑞興

(1. 揚州大學(xué)醫(yī)學(xué)院教學(xué)醫(yī)院蘇州瑞華骨科醫(yī)院, 江蘇 蘇州, 215104;2. 蘇州大學(xué)蘇州醫(yī)學(xué)院, 江蘇 蘇州, 215123; 3. 蘇州大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)與生物科學(xué)學(xué)院, 江蘇 蘇州, 215123)

血管生成素樣蛋白4(ANGPTL4)是一種多功能細(xì)胞因子, 在人體各組織中廣泛表達，在傷口愈合的過程中, ANGPTL4不僅可以影響炎癥反應(yīng)的進程，而且能促進角質(zhì)細(xì)胞的遷移和分化、內(nèi)皮細(xì)胞的增生以及減少瘢痕相關(guān)膠原的表達，從而在皮膚愈合的炎癥期和增殖期發(fā)揮著重要的作用。本研究對ANGPTL4在皮膚創(chuàng)面愈合中的作用及機制綜述如下。

1 ANGPTL4

1.1 ANGPTL4的結(jié)構(gòu)

ANGPTL4是一種分泌性糖蛋白，于2000年由研究學(xué)者在篩選PPAPα1的新標(biāo)靶時被發(fā)現(xiàn)，屬于血管生成素樣蛋白家族的成員[1]。ANGPTLs家族的8個成員中，有7個在人和小鼠中表達, ANGPTL5僅在人體中表達[2]。人ANGPTL4基因位于染色體19p13.3上，由7個外顯子和6個內(nèi)含子組成。ANGPTL4的cDNA全長1 943 bp, 編碼406個氨基酸，相對分子質(zhì)量為50 kDa[3]。ANGPTL4與家族中的ANGPTL3、ANGPTL8具有高度同源性，其結(jié)構(gòu)類似于血管生成素[4]。全長ANGPTL4蛋白在161～164位氨基酸處可被蛋白轉(zhuǎn)化酶酶解，得到1個N端卷曲螺旋四級結(jié)構(gòu)域(CCD)和1個C端纖維蛋白原結(jié)構(gòu)域(FLD)[5]。這2個結(jié)構(gòu)域已被證實具有不同的生物學(xué)功能, N-端結(jié)構(gòu)域負(fù)責(zé)抑制脂蛋白脂肪酶(LPL)的作用，可將LPL的活性形式轉(zhuǎn)化為非活性形式; C末端參與血管生成、傷口愈合等功能[6]。在人體中, ANGPTL4在許多組織中廣泛表達，包括心臟、肝臟、骨骼肌、脂肪和皮膚組織等[7-8]。

1.2 ANGPTL4的功能

近年來研究[9-10]表明, ANGPTL4在脂質(zhì)代謝、腫瘤發(fā)生發(fā)展以及炎癥等方面都發(fā)揮了重要的調(diào)控作用。脂質(zhì)水平被認(rèn)為是冠狀動脈疾病的主要危險因素，作為一種脂質(zhì)誘導(dǎo)因子, ANGPTL4可以通過抑制LPL的活性而導(dǎo)致甘油三酯蓄積，繼而引發(fā)動脈粥樣硬化。較多研究[11-12]發(fā)現(xiàn), ANGPTL4的表達水平在多種腫瘤中上調(diào)，例如腎癌、舌鱗狀細(xì)胞癌、胃癌等，并且與腫瘤的不良愈后相關(guān)。缺氧是腫瘤發(fā)生發(fā)展的重要因素，在缺氧狀態(tài)下，低氧誘導(dǎo)因子-1(HIF-1)可介導(dǎo)ANGPTL4表達增加，并且與缺氧時間呈正相關(guān)，而高表達的ANGPTL4還能增強腫瘤的惡性表型，例如血管生成、侵襲、轉(zhuǎn)移以及耐藥性等。

ANGPTL4的異常表達與炎癥性疾病的發(fā)生及發(fā)展也相關(guān)。在急性肺損傷中，由中性粒細(xì)胞過度激活導(dǎo)致的氧化應(yīng)激是其發(fā)病的關(guān)鍵因素。在急性肺損傷小鼠的肺組織內(nèi), ANGPTL4表達上調(diào)，轉(zhuǎn)染ANGPTL4 siRNA后，小鼠肺組織中的中性粒細(xì)胞浸潤減輕，腫瘤壞死因子-α(TNF-α)和白細(xì)胞介素-6(IL-6)含量減少，表明ANGPTL4的下調(diào)對急性肺損傷具有保護作用[13]。ZHANG X Y等[14]報道，炎癥性腸病(IBD)患者血漿中的ANGPTL4濃度高于健康對照組，對其機制進行研究發(fā)現(xiàn)，在ANGPTL4基因敲除的IBD模型小鼠的腸道中, CD8+T細(xì)胞和巨噬細(xì)胞浸潤增加; 加入重組ANGPTL4則可以減少CD8+T細(xì)胞和巨噬細(xì)胞的聚集，從而減輕炎癥; 該研究證實了在IBD模型小鼠中, ANGPTL4可通過下調(diào)CD8+T細(xì)胞的活性起補償性保護作用，可為IBD的臨床治療提供新的思路。

2 ANGPTL4與創(chuàng)面愈合的關(guān)系

皮膚創(chuàng)面愈合通過不同的重疊階段進行: 止血、炎癥、增殖和重塑。止血在組織損傷后立即發(fā)生，并通過募集多種免疫細(xì)胞引起炎癥[15], 進而破壞細(xì)菌、清除壞死組織[16]; 增殖期協(xié)調(diào)表皮再上皮化和真皮修復(fù)[17-18]; 創(chuàng)面愈合的重塑階段則是去除不再需要的細(xì)胞，并誘導(dǎo)細(xì)胞外基質(zhì)重塑[19-20]。ANGPTL4主要參與皮膚創(chuàng)面愈合的炎癥期和增殖期。

2.1 ANGPTL4在創(chuàng)面愈合炎癥期的作用

炎癥期需要多種免疫細(xì)胞(例如中性粒細(xì)胞、巨噬細(xì)胞、淋巴細(xì)胞等)的共同參與。中性粒細(xì)胞是血液中最豐富的白細(xì)胞，其引導(dǎo)宿主對感染或組織損傷的第一波防御。中性粒細(xì)胞是強大的效應(yīng)細(xì)胞，通過吞噬作用、脫顆粒、活性氧簇(ROS)和中性粒細(xì)胞胞外陷阱來抵御感染性威脅，快速清除病原體和組織碎片，以利于后續(xù)的組織修復(fù)[21]。隨后，凋亡的中性粒細(xì)胞可被巨噬細(xì)胞吞噬，這也預(yù)示著創(chuàng)面愈合開始從炎癥期轉(zhuǎn)變至增殖期[22]。巨噬細(xì)胞在炎癥中的作用較為復(fù)雜，不同的微環(huán)境可誘導(dǎo)巨噬細(xì)胞發(fā)生形態(tài)和功能的改變。M1巨噬細(xì)胞可以分泌多種促炎性因子，例如TNF-α、IL-6等，具有較強的抗微生物和抗腫瘤活性，但會損害組織再生和傷口愈合; M2巨噬細(xì)胞合成并分泌抗炎性因子，例如IL-10、TGF-β等，具有抗炎的作用[23]; 此外，巨噬細(xì)胞還可以介導(dǎo)成纖維細(xì)胞的增殖、血管再生和膠原生成等[24-25]。

ANGPTL4可調(diào)控中性粒細(xì)胞和巨噬細(xì)胞的功能。Wei等[26]發(fā)現(xiàn),ANGPTL4基因敲除小鼠傷口炎癥時間延長，其原因是ANGPTL4的缺乏導(dǎo)致了傷口微環(huán)境中單核細(xì)胞來源的巨噬細(xì)胞減少，滯留在傷口處的中性粒細(xì)胞只有少量被巨噬細(xì)胞吞噬，從而使中性粒細(xì)胞的存在時間延長，表明ANGPTL4可通過加速巨噬細(xì)胞對中性粒細(xì)胞的吞噬作用，促進皮膚愈合過程從炎癥期轉(zhuǎn)變?yōu)樵鲋称冢瑥亩涌炱つw創(chuàng)面的愈合進程。此外，在人和小鼠結(jié)腸癌細(xì)胞中加入重組ANGPTL4蛋白后發(fā)現(xiàn), ANGPTL4可促進M2型巨噬細(xì)胞的誘導(dǎo)分化，促進腫瘤細(xì)胞的生長和轉(zhuǎn)移[27]。JUNG K H等[28]研究發(fā)現(xiàn), ANGPTL4在胰腺炎患者的血清和胰腺組織中的表達增加，高表達的ANGPTL4可促進M1型巨噬細(xì)胞活化和浸潤，并通過激活PI3K/AKT信號通路增加補體組分5a(C5a)的水平，而C5a受體的激活又可引起高細(xì)胞因子血癥，進一步加速腺泡細(xì)胞的損傷并加劇胰腺炎。上述研究表明，在不同的組織和細(xì)胞中, ANGPTL4調(diào)節(jié)巨噬細(xì)胞的機制不盡相同，既可以激活M1型巨噬細(xì)胞發(fā)揮促炎的作用，也可以活化M2型巨噬細(xì)胞起到抗炎的作用。

2.2 ANGPTL4在創(chuàng)面愈合增殖期的作用

在創(chuàng)面愈合過程中，增殖期主要包括再上皮化和真皮的修復(fù)。參與再上皮化的細(xì)胞主要是角質(zhì)形成細(xì)胞。角質(zhì)形成細(xì)胞是傷口完成再上皮化中最為關(guān)鍵的細(xì)胞，任何影響角質(zhì)形成細(xì)胞遷移、增殖和分化的因素均能對傷口最后的愈合造成影響[29]。研究[30]發(fā)現(xiàn)，在野生型小鼠皮膚傷口造模后, ANGPTL4的表達迅速升高，第3天到達高峰; 隨著傷口的愈合, ANGPTL4的表達逐漸減弱，直至恢復(fù)到初始水平，傷口約在第7天完全愈合;ANGPTL4基因敲除的小鼠在第10天完成傷口的再上皮化，再上皮化過程中的表皮組織厚度和新生上皮的長度、面積均明顯低于野生型小鼠，并且表皮組織Ki67陽性細(xì)胞數(shù)也明顯降低，其機制與ANGPTL4調(diào)控整合素信號有關(guān)。整合素是一種細(xì)胞膜蛋白，由其介導(dǎo)的細(xì)胞外基質(zhì)黏附在皮膚創(chuàng)傷愈合中起著重要而復(fù)雜的作用; 整合素在愈合的每個階段調(diào)節(jié)多種細(xì)胞并能激活眾多信號途徑，包括調(diào)控細(xì)胞周期、細(xì)胞遷移、細(xì)胞凋亡等，而且能在創(chuàng)傷愈合中與生長因子協(xié)同產(chǎn)生作用[31]。GOH Y Y等[30]發(fā)現(xiàn)ANGPTL4可以與整合素β1和β5相互作用，通過調(diào)節(jié)整合素-FAK-Src-PAK1信號通路的活性，促進角質(zhì)形成細(xì)胞的遷移，進而促進皮膚傷口愈合。PAL M等[32]研究證實ANGPTL4可激活JunB和c-jun, 并分別與蛋白激酶C和轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶1基因的啟動子區(qū)域結(jié)合，促進角質(zhì)形成細(xì)胞的分化。上述證據(jù)表明, ANGPTL4可以通過促進角質(zhì)形成細(xì)胞的遷移和分化，促進傷口的再上皮化。

創(chuàng)面愈合增殖期真皮的修復(fù)包括肉芽組織的出現(xiàn)、瘢痕的形成等，參與修復(fù)的主要細(xì)胞是成纖維細(xì)胞。在細(xì)胞因子等因素的調(diào)控下，成纖維細(xì)胞發(fā)生增殖、遷移并合成分泌膠原蛋白、細(xì)胞外基質(zhì)以及膠原酶等，參與肉芽組織的形成、傷口的收縮、瘢痕的形成及組織重建的過程[33]。JAMIL S等[34]觀察到在ANGPTL4基因敲除的小鼠中，肌腱的愈合速度減緩，隨后在分離的小鼠肌腱成纖維細(xì)胞中，通過MTS和細(xì)胞劃痕實驗證實了ANGPTL4可以促進肌腱成纖維細(xì)胞的增殖和遷移。癌相關(guān)成纖維細(xì)胞是近些年腫瘤研究的熱點，在癌細(xì)胞分泌的生長因子或細(xì)胞因子的刺激下，正常的成纖維細(xì)胞可以分化為癌相關(guān)成纖維細(xì)胞，后者轉(zhuǎn)而促進癌細(xì)胞的增殖和轉(zhuǎn)移。ANGPTL4可以誘導(dǎo)腫瘤微環(huán)境中癌癥相關(guān)成纖維細(xì)胞的活化，并通過ERK信號通路促進結(jié)腸癌(CRC)細(xì)胞發(fā)生上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化，進而促進結(jié)腸癌細(xì)胞的侵襲和轉(zhuǎn)移[35]。

在皮膚創(chuàng)傷中，成纖維細(xì)胞生成的膠原蛋白可幫助重建皮膚屏障，但由此產(chǎn)生的瘢痕卻影響了功能和美觀。TEO Z等[36]發(fā)現(xiàn)ANGPTL4可與鈣黏蛋白-11結(jié)合，釋放膜結(jié)合的β-連環(huán)蛋白，后者轉(zhuǎn)位到細(xì)胞核，并在轉(zhuǎn)錄水平上調(diào)ID3的表達，從而抑制成纖維細(xì)胞生成瘢痕相關(guān)膠原蛋白1α2和3α1, 減少了瘢痕的形成，為瘢痕的預(yù)防性治療提供新思路。

新生血管的形成也是傷口愈合增殖過程中重要的階段之一。在表皮細(xì)胞、巨噬細(xì)胞和血管內(nèi)皮生長因子信號等的作用下，血管前緣或尖端的內(nèi)皮細(xì)胞可分支或萌發(fā)形成新的血管。在血管生成過程中，內(nèi)皮細(xì)胞允許免疫細(xì)胞及其他循環(huán)細(xì)胞通過并滲入傷口，而ANGPTL4有顯著的促腫瘤血管增殖和增加血管滲透性的作用。有研究[37]發(fā)現(xiàn)，相比野生小鼠移植瘤模型，血管內(nèi)皮細(xì)胞標(biāo)記物CD31在ANGPTL4基因敲除的小鼠體內(nèi)腫瘤中持續(xù)低表達，提示ANGPTL4可促進腫瘤血管生成。WU Y X等[38]報道, ANGPTL4在卵巢癌細(xì)胞中過表達，而敲減ANGPTL4則對腫瘤血管的生成、腫瘤細(xì)胞的生長和體內(nèi)轉(zhuǎn)移表現(xiàn)出顯著的抑制作用。在傷口愈合方面, CHONG H C等[39]發(fā)現(xiàn)糖尿病小鼠的皮膚傷口處ANGPTL4表達減少，傷口愈合延遲; 局部應(yīng)用重組ANGPTL4蛋白可使傷口愈合的速度加快。進一步研究發(fā)現(xiàn)，外源性ANGPTL4可增加糖尿病小鼠皮膚傷口中CD31的表達和CD31+內(nèi)皮細(xì)胞的數(shù)量，此機制是通過ANGPTL4刺激STAT3介導(dǎo)的iNOS表達，進而促進血管生成來實現(xiàn)的。因此, ANGPTL4在創(chuàng)面愈合的增殖期發(fā)揮重要作用。

3 展 望

在皮膚組織中，有一類表皮干細(xì)胞具有自我更新和強大的增殖分化潛能，是皮膚發(fā)生和穩(wěn)態(tài)維持的關(guān)鍵細(xì)胞，尤其是皮膚創(chuàng)傷愈合中的再上皮化過程，由表皮干細(xì)胞啟動和負(fù)責(zé)[38]。本課題組前期研究已發(fā)現(xiàn)ANGPTL4基因敲除小鼠與野生型小鼠相比，皮膚傷口愈合延遲，組織學(xué)實驗結(jié)果顯示皮膚表皮層厚度變薄，再上皮化受損，表皮干細(xì)胞數(shù)量減少，相關(guān)的機制正在進一步研究中。探討ANGPTL4對表皮干細(xì)胞的作用及機制，不僅能完善ANGPTL4的功能，還能加深對皮膚組織穩(wěn)態(tài)維持機制的理解，為臨床治療皮膚創(chuàng)面提供有價值的策略。