疤痕减少和再生皮肤伤口愈合的新疗法.doc

疤痕减少和皮肤再生愈合的新疗法J.Matthew 白瑞德1、 Gautam S.Ghatnekar1,2,6，约瑟夫 A.Palatinus1,Michael OQuinn1Michael J.约斯特7和罗伯特 G.Gourdie1,3,4,51部的细胞生物学和解剖学、 171 阿什利大道，查尔斯顿，SC 29425，美国南卡罗莱纳医科大学2部与比较医学，171 阿什利大道，查尔斯顿，SC 29425，美国南卡罗莱纳医科大学3小儿心内科，171 阿什利大道，查尔斯顿，SC 29425，美国南卡罗莱纳医科大学4联合克莱姆森大学 医科大学学习生物工程专业，171 阿什利大道，查尔斯顿，SC 29425，美国南卡罗莱纳医科大学5心血管发育生物学中心，171 阿什利大道，查尔斯顿，SC 29425，美国南卡罗莱纳医科大学6FirstString 研究公司，涉农三叉戟研究中心，5300 国际大道，建筑 C.、 套房 201、 查尔斯顿，SC 29418，美国7外科部、 哥伦比亚，SC 29208，美国南卡罗莱纳州大学医学院纤维化的疤痕沉积在皮肤伤口愈合过程中可能导致毁容和真皮功能丧失。瘢痕分化涉及的多种细胞的类型其可预测和重叠序列中的细胞的活动，包括炎症、迁移和增殖和细胞外基质的沉积。越来越多的新的治疗方法促进了胚胎和成人创伤的分子机制的研究，为改善瘢痕外观的发展作出了贡献。本次报道讨论了关于疤痕在非病理性伤口环境下的愈合的平衡转换的新的策略。特别被关注的是基于转化生长因子 (TGF) 的潜在疗法-b信号，最近出人意料的发现是涉及目标差距的缝隙连接蛋白。在促进皮肤无瘢痕愈合的皮肤损伤可学到的是可能提供在其他场景中可再生愈合的基础，如脊髓破裂或心肌梗死的再生愈合。 介绍 促进皮肤创面愈合的方法已经存在几千年了。 舔的伤口 这句话可能在科学地证明了哺乳动物的唾液含有的抗菌剂和生长因子在伤口愈合方面起的帮助作用1。鉴于这段历史，令人惊讶的是在提高愈合外观的方面在现代临床的缺点仍然很大程度上是由于缺乏以药物为基础的疗法。在临床上没有特许的已被证明可改善过度沉积的疗法用于瘢痕组织 手术和非手术治疗对皮肤损伤频繁程度和不良结果一致性. 皮肤疤痕的伤口愈合的进展涉及一系列复杂的许多类型的细胞、细胞外基质成分和信号分子之间的相互作用结果。有几个极高的评价，详细介绍了细胞、分子和信号转导生物学的正常和非正常的伤口愈合2-7。这篇文章具体讨论了的重点放在了健康个体的非病理性创面愈合的伤疤愈合的概念。对药物疗法治疗疤痕的减少的最新进展作出了评述。最近研究表明这有潜力的治疗所引起的转化生长因子(TGF) 操纵-b 信号针对差距缝隙连接蛋白可能会提供无痕愈合意外的路径。 伤口愈合和瘢痕分化的基本方面这幅漫画所示提供的愈合皮肤伤口成人定型的概览图 1 5。停止出血 (止血) 和血凝块形成的过程可以分为三个相互重叠的阶段: 炎症、 增生和瘢痕成熟。皮肤损伤的炎症数分钟内第一的炎症反应细胞是血液中性粒细胞 白血细胞或白细胞的类型 局部血管的内皮细胞。后来，单核细胞 另一种白细胞和巨噬祖细胞 通过类似的机制进入伤口。增殖期通常是未来的五到十四天，涉及皮肤的表皮和真皮层的开始修复。成纤维细胞、 巨噬细胞和血管组织协调进入伤口后开始新的真皮复合 肉芽组织的形成。这种复合材料是由成纤维细胞和肌成纤维细胞富含胶原的结缔组织组成的，成纤维细胞还可促进伤口收缩。同时，其还被称为再上皮细胞，角质形成细胞在伤口边缘迁移在肉芽组织区分化新的外层的表皮。伤口的愈合最后进入到一个成熟的阶段，在那段时间颗粒组织细胞继续分化成组成细胞。图 1。伤口愈合阶段，正常的伤口愈合的过程可以分为一系列可预测的三个相互重叠阶段: 炎症 (a)，其次是扩散 (b)最后是正在进行的瘢痕成熟 (c) 5。炎症是以中性粒细胞首先渗出为特点，随后是单核细胞和巨噬细胞，它们在细菌破坏、吞噬和组织清创渗透中起作用。增值期包括，协调巨噬细胞、 血管内皮细胞和成纤维细胞迁移到创面。在此期间，胶原蛋白开始堆积和伤口收缩发生。成熟期描述了伤口愈合处构成细胞持续的胶原积累和重塑。 在这最后的阶段，合成结构蛋白，如胶原蛋白，继续持续到六到十二个月 8，疤痕最多只能达到无创伤皮肤拉伸强度的70% 5。 瘢痕愈合进展到关键期的外观受多种细胞和组织特异性因素的影响。组织和纤维组织沉积量是其中一个因素。结疤过程中胶原组织的中断导致此处皮肤着色改变，col-lagen纤维光散射是这种颜色变化的重要决定因素9。虽然异常伤口愈合不是这次观察的主题肥厚性瘢痕疙瘩是与肉芽组织特异过量表达有关的 10。在病理性瘢痕中与周围皮肤的区别可能进一步突出了对皮肤的血管模式的中断;然而，在正常愈合的伤口中瘢痕血管与正常皮肤没有不同 11。皮肤损伤的位置和病人年龄也在决定纤维化和伤口愈合反应程度中发挥作用12。奇怪的是，现有证据表明，在有关黑素细胞生成相关联的损伤变化中，这些细胞负责皮肤色素沉着，通常对瘢痕外观 不起作用13。表皮由肉芽组织中的附器分化而来，包括汗水和皮脂腺，这种表皮和正常的皮肤组织相比是特征性减少的3，14。稀疏的头发也可能加剧瘢痕差异，虽然最近从小鼠的证据中表明，与Wnt 信号通路有关联的伤口，诱导毛囊从表皮的祖细胞重新合成 15。最后，覆盖愈合伤口的再生表皮可能有别于光滑的皮肤外观 16。这起因于新形成的表皮相邻的正常皮肤相比包含低密度的起伏，称为钉突， 也可能会影响组织的力学性能的变化 16。损伤愈合中的疤痕减少和炎症阶段 愈合的初始炎症阶段 (见图 1)受到学者们的广泛关注，他们的兴趣在于改善损伤愈合后的外观。对损伤初期无瘢痕愈合的开创性调查使他们对于炎症阶段的兴趣更加浓厚4,14。早期的研究者注意到损伤初期无瘢痕愈合的倾向与发育过程中逐步成熟的细胞免疫应答成负相关 14,17。随后，这种认为炎症可能对损伤愈合有反作用的观点又在基因敲除及转基因小鼠模型损伤愈合试验18,19、无胸腺小鼠的研究20、活体反义基因敲除试验21，22 及胎儿血管内皮对中性粒细胞移行相对不透性的调查中被证实 23。在基于基因靶点技术的2组小鼠中，众所周知被敲除Smad3和PU.1基因后的成年小鼠在炎症应答方面会有所不同，但与同窝野生型小鼠相比其损伤后的伤口收缩速度更快、瘢痕纤维化沉积更少18,19。值得一提的是，本文前言中指出的唾液对皮肤损伤的有益影响也指向表皮生长因子可介导炎性中性粒细胞减少的结论。 进一步的证据表明，造血微生物是疤痕形成的关键，这些证据源于大量的数据研究，这些研究表明炎症细胞在血液中迁移为肉芽组织的生成和纤维化的产生提供激活信号，这些信号包括活性氧、趋化因子和细胞因子，它们能促进成纤维细胞的趋化及胶原沉积，它们还有可能提示信号级联与其他至关重要的肉芽组织分化的细胞群对下游的影响。然而，现今的工作和出现的新数据也在某种程度上提示里疤痕与炎症细胞之间是有因果联系的。环氧合酶-2是负责产生前列腺素的一种酶，它是炎症反应的一种特异性中介。在一篇文章中，皮肤损伤后抑制环氧合酶-2可以减少瘢痕的沉积，但是其他研究表明，拮抗环氧合酶-2对愈合伤口的宏观和微观形态并无影响。在周密的研究中，抗中性粒细胞抗体被用于诱导小鼠的瞬态中性粒细胞减少，尽管一些报道认为炎性中性粒细胞侵润与加速伤口愈合有关，在对照组和中性粒细胞减少组的小鼠中发现伤口的胶原纤维是没有区别的，而且，炎性祖细胞不是促进创面修复机制的唯一血源性细胞。有大量数据表明，肉芽组织部分来源于循环成纤维样细胞（纤维），这些循环成纤维样细胞在血管中以与中性粒细胞和单核细胞相同的方式迁移到损伤部位。因此，早期的观念认为细胞免疫系统在疤痕形成中起一定的作用，而新的研究信息表明这种作用被扩展了，研究者开始倾向认为除了那些促使炎症细胞生成的物质之外，疤痕的形成还可以归因于其他的骨髓造血系统。上述的观点和数据确定提出了一些问题，解决这些问题最终能为促进疤痕减少提供一个新方向。基于靶向性的疤痕减少策略。 TGF-b信号转到途径 人们对于炎症细胞能够补充到胚胎的和成人的伤口上差异有了重新的认识，这种新认识被认为造血干细胞的鉴定对于疤痕的形成有影响-就像之前讨论的那样，无论在晚期表皮或产后阶段胚胎期伤口的环境在很多重要方面都不同，胚胎期伤口愈合环境的分子生物学方面的摘要为成人伤口愈合过程中某些治疗转换的方法提供一个基本原理，这种方法包括基于透明质酸和纤维调节素的操纵-目前细胞外基质成分位于胚胎期伤口研究的先进水平。话虽如此，迄今为止，朝这个方向努力致力于改变TGF-bs的潜力来提升成年哺乳动物胚胎样愈合模式。TGF b1、TGF b2和TGF b3是分泌信号分子TGF-b大家族的成员，虽然在文献中，TGF b1、TGF b2和TGF b3的报道是有差异的，在成人伤口愈合的表达中，这三个TGF-b均表现出明显差异。TGF-b家族在皮肤损伤中能分泌血小板、成纤维细胞和巨噬细胞，TGF-b家族作为角质形成细胞、成纤维细胞和炎症细胞迁移的引诱剂和/或拮抗剂所起的作用是不同的，上调的胶原合成和基质代谢的调整，通过对基质金属蛋白酶和基质蛋白酶抑制剂的抑制作用。此外，TGF b1诱导分化肌成纤维细胞，一类细胞对伤口收缩极其重要，这类细胞被肉芽组织的活跃成分标记。 1991年惠特比和弗格森的报道TGF b检测不到胚胎期伤口愈合，后来有同一团队的分析证实：与成人皮肤相比TGF b1能降低胎儿皮肤的损伤，但此外，他们报告说在胎儿表皮中TGF b3的升高是有重要意义的，通过中和内源性TGF b1和TGF b2抗体的综合研究或通过外源性TGF b3的治疗用于评估TGF b家族的胚胎型伤口治疗，最终被发现可用来减少成人疤痕的形成。有趣的是，抗体中TGF b1或TGF b2独自不能影响瘢痕组织分化，虽然后来有其他人的研究报告，只敲下来TGF b1表达水平使用反义RNA是有效降低皮肤损伤后的纤维组织沉积。在相关的研究中发现并提出了抑制内源性TGF b1占肝细胞生长因子在皮肤伤口上介导病毒基因高表达纤维减少影响。 图-2 TGF b在创面修复过程中信号转导。TGF b在皮肤愈合过程中影响许多事件：角质形成细胞、成纤维细胞和炎症细胞迁移、胶原合成和基质代谢的调整及肌成纤维细胞伤口收缩。图表显示了相对方差的TGF b1（红色）、TGF b2（蓝色）、TGF b3（绿色）mRNA水平的皮肤伤口愈合。应该指出的是，对TGF-bs 数据体一直不一致的重点是操纵这些生长因子对创面愈合的影响，在20世纪80年代后期的模型中基于从外植体猪皮肤细胞生长的实验得出的结论是TGF-bs刺激角化细胞向体外迁移，在明显同意这种结论下，在同时期关于大鼠的研究人员生动性的指出，外源性的TGF-b1促进加速伤口愈合，增加胶原的沉积和改进皮肤伤口的抗拉强度，同一实验组在缺血性兔耳模型的一系列研究证实以TGF-b1为治疗可促进肉芽组织形成，尽管它可抑制伤口再上皮化，其他的研究学者得出了类似的结论，TGF-b1抑制再上皮化，在器官模型中使用人类角化细胞旨在模拟体外细胞性能的流行形式，这些差异是可被理解的，TGF-b1自从被证实有激活除外表皮细胞的其他关于伤口愈合的有关细胞的趋化作用，包括单核细胞，淋巴细胞，中性粒细胞，成纤维细胞，外源性的TGF-b1可能依赖于局部基质和细胞环境。研究转基因和基因敲除小鼠对TGF-的伤口愈合及瘢痕分化中的作用的理解提供了进一步的细微差别，意外发现超量TGF-表达在血浆蛋白启动子下的转基因小鼠比控制组伤口愈合更快和更少的留下疤痕，Smad3在TGF-信号转导通路中是一个关键的细胞质介质，尽管已经删除Smad3基因的小鼠的切口皮肤伤比基因正常的同窝出生的小鼠愈合的速度更快，疤痕留下的更少，切口伤口Smad3基因空值成为扩大相对控件的耳朵，另一个例子证明，抑制TGF-1信号可能不能总是导致有益的结果，缺乏TGF-1基因的SCID敲除小鼠伤口愈合时被大大延迟在免疫缺陷中。而拥有正常TGF-1基因的SCID敲除小鼠在愈合过程中没有这种延迟，这从有针对性的基因小鼠的结果中目前还不能完全理解。然而，这些数据确实表明基于操纵TGF-信号的未来治疗策略可能必然考虑到几个变量，包括急性慢性暴露治疗，身体定位和患者的免疫状况，这种疗法的研究结果将会被优化。基于针对TGF-的潜力瘢痕减少法，目前用在生物技术管道并且已经完成了临床第一阶段和第二阶段安全性和有效性实验，包含这些的产品正在被Renovoletd公司开发从曼彻斯特大学的弗格森实验室分拆公司-重组的TGF-b3多肽是Renove的领先候选药物，在英国这种产品的配方已经完成期疗效实验，根据公司网站，TGF-b3的人类创口治疗法在瘢痕显示时表现出了显著的改善。由外科医生和业外人士组成的小组评估中，有超过百分之七十的人在试验中表现出对治疗的反应。Renovoe公司正在开发的其他疗法包括甘露糖-6-磷酸（M6P）和基于其他专有成分的雌二醇，M6P被认为通过抑制TGF-b1和TGF-b2激活来发挥作用，并且据说在M6PIGF-2基因敲除小鼠中可以促进伤口愈合，减少瘢痕形成。已经表明了雌二醇通过降低TGF-1在伤口处的表达水平来在伤口愈合中调解有益影响。 基于针对缝隙连接和连接蛋白的疤痕减少战略 像TGF-bs等这样的多肽生长因子是绑定外部细胞表面受体的分泌配体。分泌配体可以影响相对较大组织视野上的细胞信号。缝隙连接介导的细胞之间的直接细胞质联轴器为生物信息在组织内的传播提供另一途径47。任何两个相邻单元格之间的通讯涉及到一个本地化的对话框，但缝隙连接也可以支撑耦合蜂窝网络的形成，这是为了调节和远程传输的信号而提供的。在心脏跳动期间，动作电位的传导也许是最广为人知的和缝隙连接功能这方面有形的例子48。缝隙连接也被认为是在胚胎发育期间的形态发生和细胞分化、 增殖和迁移中扮演着关键角色47.单元格之间的缝隙连接接头是由细胞间渠道的集料组成的，这个细胞间渠道是由被蛋白多基因家族编码的蛋白质缝隙连接的48。缝隙连接介导的细胞间通讯现在已被公认为皮肤损伤反应的一个重要方面 (图 3)。虽然有关具体机制的细节仍无特点，但是连接蛋白似乎是有作用的，这其中包括协调炎症反应，细胞之间损伤的信号传播，伤口闭合和损伤后疤痕组织的形成21,22,49-56。几个不同的连接蛋白基因家族成员在皮肤被表达，包括连接蛋白 26 (连接蛋白 26)，连接蛋白30、 连接蛋白31.1 和连接蛋白4321,52,57-59。这些亚型，针对 连接蛋白43 的提高愈合进展成果的潜力已被最广泛地研究了21,22,58。连接蛋白 43 在表皮和真皮的皮肤层被表达21,52,57-59。在啮齿动物模型中皮肤损伤后的第一或二天，连接蛋白 43 的表达及细胞间的通讯据报道已在伤口边缘的表皮细胞中瞬间减少。 52,57。这种减少对细胞间耦合的影响可能会被更进一步加强，通过连接蛋白 43 在丝氨酸368的磷酸化的增加，这种改进已被证明是与减少的缝隙连接通讯级别相关联的60.这种减少对细胞间耦合的影响可能会进一步加强由磷酸化连接蛋白43在 serine368的作用，这种证据显示出其与缝隙连接介导通讯的减少相关联60.对于Cx43反义寡核苷酸在小鼠创面的应用由据由Green、 贝克尔和他们的同事报道，他们的目的就是为了减少炎性细胞浸润，加速愈合，减少小鼠皮肤伤后肉芽组织形成的整体面积 21。假定的机制方面是进一步减少内源性 Cx43 所造成的毗邻伤口表皮损伤的减少。随后的工作证明，Cx43 反义技术对减少疤痕皮肤有好处61，还对于伤口在糖尿病模型啮齿动物的上皮的细胞的增生加强62。最近其他的工作，从同一组 Cx43 反义的影响提供了意料之外的新信息: 据报道，Cx43 反义治疗大大增加的 TGF b1 mRNA 水平22。此外，观察了胶原表达增强和提高利率的肉芽组织形成了证据。 突破性发现 Cx43 反义可以提高创面的愈合的外观21和提高尚未增加的TGF b1 表达，促进肉芽组织形成22是被别人发现的很有意思的结论33,63,64。显然，潜在 TGF-b 信号和 Cx43 功能之间的相互影响在这里提出的问题将需要进一步的工作。尽管如此，还有其他证据支持 Cx43 缺乏对皮肤有损伤反应的研究，敲除小鼠Cx43 基因能够显示增强创面愈合的有益影响概念58。进一步的工作表明，为瘢痕形成中的连接蛋白和 (或) 差距来自埃利希等人，虽然合成的 I 型胶原蛋白下降在细胞间通讯的化学偶联，奇怪的是，胶原蛋白 I 型 mRNA 水平没有受到这些治限制50。相反，与抑制的观察效果一致，锂氯化增强的缝隙耦合皮肤伤口成纤维细胞似乎提前成熟的肉芽组织54。此外值得一提，在这种情况下模拟肽，是被认为直接与缝隙连接蛋白分子的胞外环域进行交互，从而抑制通道功能组装的蛋白质65。在近代史研究中使用活细胞成像技术，马丁和同事们最近展示了从目标 Cx43 的缝隙连接蛋白模拟肽增强伤口闭合率在角质形成细胞单一和器官 活体皮肤等效 的模型66. 目前正在进行的 Gourdie 实验室工作为Cx43调制伤口愈合提供了数据并进一步形成相关的探讨 49,56。2005 年，我们报道的膜渗透肽组成的 antennapedia 内化序列合成已经到了最后一个九个氨基酸的羧基端 Cx43 RPRPDDLEI的链接67(图 4)。这合理短序列旨在抑制肌动蛋白 ZO-1 (紧密拼装-1) 与连接蛋白 43 的相互作用。实验结果表明抑制肽 (指我们现在作为 -缝隙连接蛋白羧基端肽 1 或 ACT1 肽) 减少到 ZO 1 定位在边缘的差距缝隙连接斑块组成 Cx43，导致对斑块的大小影响67。基于这些数据，得出 ACT1 肽影响斑块组织是通过抑制缝隙连接通道的吸积率。 后来，我们发现ACT1肽能为损伤愈合带来好处49,56。它可以绑定ZO-1中的PDZ2结构域67。然而，未与ZO-1绑定的Cx43尾端羧基末端68,69，是与其他蛋白物质相互作用的，这些蛋白有CCN33(一种与胶质瘤和组织损伤应答相关的蛋白)70,71、14-3-3类蛋白72、SH3介导的相互作用白蛋73以及各种蛋白激酶74。近期有报道称氨基酸的多数羧基末端可与其自身中细胞质循坏域发生相互作用75。和Cx43基因反转录21及敲除58假说机制不同，ACT1肽不会改变Cx43的表达67，这意味着Cx43基因功能缺失不是ACT肽作用机制的一方面。最后，就作用方式而言，（值得一提的是最近缺乏此类研究的报道），ACT样序列是由作为心肌梗死后自然损伤应答部分的Cx43羧基端裂解下的蛋白酶产生的76。这提高了将Cx43可能释放结构上与外源性ACT肽酶相似的配体样肽酶用于我们当前研究的这一有趣的可能性。 同TGF-靶点一样，缝隙连接蛋白相关性瘢痕减少疗法在技术转化方面也取得了新进展。基于Cx43反义基因治疗 (NexagonTM) 为 CoDa治疗公司提供了一个技术平台： ()，该平台由San Diego生物技术公司与英国伦敦大学及新西兰奥克兰大学联合成立。从CoDa官网上可知，该公司已获得支持他们进行本品牌龙头产品临床试验的风险投资。FirstString研究公司()，是附属南卡罗来纳州查尔斯顿南