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创伤愈合的细胞生物学研究进展

来源:创伤外科杂志 作者:丁韧汤雪明 2004-9-27
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摘要: 〔摘要〕以皮肤创伤愈合为主,从创伤愈合各阶段中多种细 胞的生物学特性变化角度,综述了创伤愈合机制的研究进展。创伤愈合是一个非常复杂的过程。创伤不仅使生物体局部发 生一系列变 化,同时还可引发不同程度的全身性反应。在这一过程有许多细胞参与,每种细胞又分泌多 种因子,这些细胞之间、因子之间、细胞和因子之间......


 〔摘要〕 以皮肤创伤愈合为主,从创伤愈合各阶段中多种细 胞的生物学特性变化角度,综述了创伤愈合机制的研究进展。

  创伤愈合是一个非常复杂的过程。创伤不仅使生物体局部发 生一系列变 化,同时还可引发不同程度的全身性反应;在这一过程有许多细胞参与,每种细胞又分泌多 种因子,这些细胞之间、因子之间、细胞和因子之间存在错综复杂的关系,因此它涉及细胞 运动、粘附、通讯、增殖和分化等细胞生物学的各个方面。然而创伤愈合又是一个十分有序 的过程。为叙述方便将其分为止血和炎性反应、增殖、成熟和重塑三个阶段,三个阶段互相 交叉,难以截然分开。现以皮肤创伤愈合为主综述创伤愈合细胞生物学机制研究进展。

  1 止血和炎性反应阶段

  创伤后首先启动的是止血过程。凝血块不仅可起止血、防止细菌侵入的作用,更重要的 是其内部激活的血小板不断分泌各种趋化因子和生长因子,可引发进一步的炎性反应并影响 参与创伤愈合的其它细胞。而互相交叉、包裹血小板的纤维蛋白则可作为愈合过程中细胞 移动的支架。

  几乎与止血过程同时,创伤区血管内皮细胞上细胞间粘附分子(ICAM)、E-选择素、P-选 择素等粘附分子大量表达〔1〕;血液中中性粒细胞、单核细胞、淋巴细胞受创伤区 趋化因子趋化和细胞因子、生长因子、缺氧环境等刺激,膜表面粘附分子CD11/CD18〔 2〕、L-选择素表达也显著升高,这些细胞与内皮细胞粘附分子互相作用后,运动减慢 ,滚动、聚集并粘附于内皮层,进而穿过血管壁到达创伤区。

  中性粒细胞是最早进入创伤区的炎性细胞,约在创伤后几分钟,其分泌的细胞因子可 能是激活局部成纤维细胞和角质细胞的最早信号。中性粒细胞积聚后,单核-巨噬细胞也开 始增多。它所释放的生物活性物质比中性粒细胞更多,作用也更强。有实验表明没有巨噬细 胞参与,伤口不能愈合。目前对这些活性物质的作用,以及作用途径进行了大量研究,如: 一氧化氮,细胞集落因子等。巨噬细胞在伤口处保留几天到几周后通过局部淋巴结排出,影 响抗原递呈〔3〕。

  2 增殖阶段

  细胞增殖阶段主要表现为角质细胞、内皮细胞、成纤维细胞的迁移增殖分化,达到再上皮 化,形成肉芽组织。

  2.1 角质细胞与再上皮化

  哺乳动物表皮有多层细胞,在静息状态下细胞主要通过整合素α2β1和α3β1互 相 连接,通称角质细胞,最下层为基底细胞,基底细胞通过整合素α6β4使细胞内角质素 细胞骨架与基底膜中的层粘蛋白(laminin),缰蛋白(nicein/kalinin)连接形成半桥粒。伤 后约12小时,创伤部位胶原酶〔4〕、纤溶酶原激活物(PA)〔5〕等蛋白水解 酶分解细胞周围的坏死组织和细胞外间质,为细胞迁移清除障碍,便于细胞在创面迁移。同 时伤口边缘的基底细胞形态及内部成分开始发生变化,一些在静息细胞中不表达的基因开始 表达,例如:早期即刻基因Egr-1、NAK-1、gro和c-myc〔6〕。细胞变平,α6 β4消失,细胞与基膜失去连接,间隙连接增加,迁移端出现α5β1,αvβ6纤 维结合蛋白(Fn)/肌腱蛋白(tenascin)受体,αvβ5玻连蛋白受体,α2β1胶原受 体和CD44透明质酸受体〔7〕,从而粘附细胞外间质向前移动〔8〕。细胞运 动时张力丝收缩,细胞内肌动蛋白肌丝插入新的粘附复合物中,收缩时使细胞运动〔9 〕。

  角质细胞迁移的方式有多种,培养的单个角质细胞的迁移呈缓慢平移、快速多向运动和飘 移。最近有研究表明创伤后角质细胞的迁移可能有两种形式:滑动方式和蛙跳方式(leapfro g)。滑动方式是指创伤边缘的基底细胞带动其后面的与上面的细胞以细胞块的方式一起向前 移动,如果阻断迁移细胞对底物的粘附,迁移层即缩回。哺乳动物的表皮迁移还有蛙跳方式 ,即创缘细胞不迁移而其后面和上面的细胞越过创缘细胞移动,以此循环往复,直到两侧细 胞接触,有逆病毒标记证明除了基底细胞本身,基底上层细胞也能“蛙跳”过基底细胞 〔10〕。

  引起角质细胞迁移的条件过去认为是游离边缘,但原代角质细胞在刚培养时虽有游离缘, 而不迁移,说明细胞需要被基质活化的过程。培养一段时间后表皮细胞在有游离端时就迁移 ,此时细胞迁移可以不再依赖基质,甚至在塑料上也能迁移〔7〕,这两个实验说明 游离缘和基质都是启动迁移所必需的条件。但是迁移是通过什么机制启动的尚待进一步研究 。

  很多因素可调控再上皮化过程。生长因子如TGF-β、TGF-α、EGF、HB-EGF〔11 ,12〕、KGF等主要促进角质细胞的增殖;细胞外间质如胶原基质,FN,纤维蛋白, 层粘蛋白等主要在再 上皮化过程的不同阶段促进或抑制角质细胞的迁移〔14〕。此外,也有报道Mg2+ ,Ca2+浓度〔15〕对角质细胞迁移和分化也有影响。

  目前对创伤如何启动角质细胞迁移,细胞如何适时停止迁移转而增殖和分化〔16〕 又适时停止增殖的机制尚不清楚。

  2.2 内皮细胞与新生血管化

  在创伤愈合过程中创伤部位可能产生新生血管,新生的血管为创伤部位提供氧、营养物质 和生物活性物质,因此对创伤修复起了重要作用。创伤后皮肤中新生血管化的研究几乎还是 个空白,现有的结果大多来自于无血管的角膜和胚胎发育的研究结果。创伤后新生血管化与 胚胎中血管形成起源于成血管细胞不同,是直接由内皮细胞形成,但随后内皮细胞迁移, 形成毛细血管的过程是类似的。

  残存的血管内皮细胞在新生血管化剌激因子作用下伸出伪足,释放蛋白酶,如:胶原酶, PA降解基底膜,然后迁移,迁移前沿的细胞不增殖,后面的细胞增殖不断提供迁移的细胞〔17〕,逐渐形成毛细血管芽。阻断内皮细胞DNA复制后新生血管芽仍可形成 〔18〕,这表明血管芽主要是由迁移而不是细胞增殖形成的。现在发现新生血管化除发 芽形式外还有一种非发芽形式,即内吸收形式(intussusception)〔19〕,但在皮 肤创伤后的新生血管化过程中是否存在尚不清楚。

  新生血管化的刺激因子有低氧,乳酸,生物胺和生长因子。前三者的作用虽早已了解,但 作用机制还不十分明确。VEGF(血管内皮生长因子)是内皮细胞专一的有丝分裂刺激因子和 趋化因子,由角质细胞、巨噬细胞等细胞分泌,其受体是酪氨酸激酶Flt-1(VEGFR-1)和Fl k-1(小鼠)/KDR(人)(VEGFR-2),广泛分布于内皮细胞〔20〕,常与VEGF同步分泌 〔21〕,VEGF在体外可使内皮细胞PA〔22〕和胶原酶合成增加〔23 〕,也可使毛细血管融合成血管的能力增加。


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