关亚琳 孔豫苏 汪显耀 刘忠山

放射疗法是治疗恶性肿瘤的一种基本方式，辐射引起的皮肤黏膜溃疡是肿瘤放射疗法的常见并发症。放射性溃疡是皮肤软组织在放射性作用下造成的溃疡，放射性作用于皮肤黏膜及深部组织，溃疡周围新生肉芽组织及血管网形成困难，其特征是长期反复发作、剧烈疼痛和具有癌症发展倾向。现阶段对放射性溃疡的治疗多为综合性的，包括创面的换药疗法、对原发疾病的治疗、对症治疗等，外科手术仍为不可或缺的方式，最直接有效的办法就是植皮或皮瓣修复。皮瓣移植需要创面基底血运丰富、肉芽组织生长良好，并在无感染的条件下才能进行，存在移植皮片、皮瓣坏死的风险，因此寻找一种新型有效的治疗方案迫在眉睫。间充质干细胞(mesenchymal stem cells，MSC)是一类中胚层来源的具有自我更新、多向分化潜能、低免疫原性和免疫调节性的细胞，随着现代医学的不断发展和细胞治疗领域的持续深入，MSC被认为是多种疾病研究的“种子细胞”，在再生医学和组织工程中有着广泛的应用前景，干细胞疗法作为新型的治疗方案被日益关注。MSC的生物学特征及其在创面治疗领域的研究，为放射性溃疡创面的治疗提供了新思路，其在皮肤修复和再生过程中扮演重要角色。现就MSC通过直接分化、旁分泌、细胞间相互作用、与机体微环境相互作用、免疫抑制及免疫调节、外泌体等方面修复放射性溃疡的可能机制作一综述。

1 放射性溃疡的发生机理及难愈机制

皮肤作为直接与外界接触的器官，具有屏障、吸收、免疫调节、代谢等多种功能。近年来，放射性溃疡的患者逐渐增多，约占难愈性创面的8.4%。放射性皮肤损伤多于放射治疗后2～3周出现，治疗结束后1～2个月仍可持续，其损伤严重程度主要与放射总剂量、治疗时间、射线类型及受累面积有关。放射性溃疡的形成主要是在恶性肿瘤的放射疗法中由X线、γ射线及β射线一次大量放射或小剂量多次反复放射所致，是一种因创面的血管损伤以及成纤维细胞功能障碍形成的一种复合型损伤。

1.1 放射性溃疡的发生机理 高速的带电粒子及X射线、γ射线等均可引起电离辐射。辐射可以引起上皮细胞凋亡、大量氧化损伤和纤维细胞因子的释放。电离辐射可以通过能量传递直接作用于细胞，或产生自由基间接作用于生物分子,导致DNA损伤、细胞蛋白变性等。当放射性物质损伤皮肤后，会使皮肤细胞的功能发生障碍、血管的管腔狭窄或闭塞、溃疡组织缺血坏死，炎症反应被抑制，造成细胞增殖和合成物质不足、成纤维细胞及新生肉芽组织减少, 使溃疡具有潜在性和不可逆的进展性。

1.2 放射性溃疡的难愈机制 创面修复是一个复杂而有序的生物学过程，主要经过炎症期、增殖期、组织重构3个阶段。创面的愈合需要各阶段相互配合，大剂量的射线会使皮肤的坏死细胞及凋亡细胞增多，使修复细胞数量减少和功能发生障碍。而放射性溃疡和一般的烧伤、切割伤等损伤不同，它是由于功能干细胞障碍和缺失，内皮细胞以及表皮细胞发生变化，多种因子参与失调的复杂过程，放射线在使内皮细胞发生改变的同时，也影响了细胞间的联系，使愈合阶段配合失调。其次，电离辐射会破坏DNA螺旋支柱的化学键，使DNA发生单链或者双链的断裂，且电离辐射会使化学键受到破坏，产生与 DNA、蛋白质和脂质有高度结合活性的活性氧(reactive oxygen species,ROS)，破坏DNA的修复机制，进而导致细胞凋亡和修复过程紊乱。而电离辐射诱导氧化应激导致ROS产生，会直接损伤DNA。Wang等研究认为放射性溃疡的发生与持续性DNA损伤灶和细胞衰老有关，功能失调的衰老细胞在组织中集聚，以及干细胞增殖能力降低，是导致长期并发症的原因。溃疡创面感染、细菌超负荷以及细菌生物膜的形成导致附近组织修复再生能力减弱，进而加剧溃疡的发展。

2 MSC的来源及特性

干细胞是一类来源丰富，广泛存在于骨髓、脂肪、脐带血等组织，具有自我更新能力及多向分化潜能的细胞,是组织工程种子细胞的主要来源。MSC是中胚层来源的一种异质细胞群，在体内分布广泛，具有免疫抑制、免疫调节及分泌多种生长因子等功能，广泛应用于难愈性创面修复的研究中。MSC具有一定的抗辐射性，具备电离辐射后对抗放射线使干细胞耗竭的能力，并能保留其干细胞特性。MSC在高辐射剂量下仍能保持其干性，潜在机制可能包括有效的DNA损伤识别和修复、辐射诱导的促生存通路的激活，从而避免细胞凋亡。

MSC被认为是修复放射性皮肤溃疡创面的新希望。Zheng等研究表明，骨髓间充质干细胞(bone marrow mesenchymal stem cells，BMSCs)可以降低转化生长因子β1(transforming growth factor-β1,TGF-β1)和前列腺素E(prostaglandin E2,PGE)的表达及增加基质细胞衍生因子-1(stromal cell-derived factor-1,SDF-1)的表达，减少局部炎症反应并在炎症反应初期参与纤维化，促进纤维连接蛋白、上皮细胞转运来修复创面。在创面修复过程中，BMSCs可以促进成纤维细胞产生SDF-1，从而促进BMSCs向损伤部位迁移。Smith等认为MSC通过旁分泌方式调节成纤维细胞促进创面愈合，并使瘢痕生成减少。Xiao等研究发现人胎儿皮肤源性干细胞在治疗大鼠放射性皮肤损伤方面具有很强的创面愈合能力。此外，Osama等研究认为MSC已用于减少和修复辐射引起的正常组织损伤；Shen等发现MSC中的CXC趋化因子受体2(CXC chemokine receptor 2，CXCR2)可加速溃疡愈合。Liu等研究发现人脐带间充质干细胞(human umbilical cord mesenchymal stem cells，Huc-MSCs)对放射性皮肤溃疡创面的修复有显著效果，Huc-MSCs可促进相关角蛋白的生长及再上皮化，并推测Huc-MSCs对放射性皮肤溃疡创面的修复是通过分泌相应生长因子激活PI3K/Akt信号通路实现的。Schmidt等认为MSC可促进再生因子释放，达到修复放射性口腔溃疡的目的。MSC通过改变组织微环境的能力可能比它们的直接分化起到的作用更显著。

3 MSC修复放射性溃疡的机制

MSC修复放射性溃疡的机制目前尚未完全明确，现阶段认为主要通过直接分化、旁分泌、细胞间相互作用、与机体微环境相互作用、免疫抑制及免疫调节、外泌体等机制进行。

3.1 直接分化作用 MSC是一类具有多项分化潜能的细胞，当皮肤受损时，供体MSC可发挥多向分化潜能，直接分化为表皮细胞、毛囊细胞、血管内皮等多种皮肤细胞修复创面，使皮肤和毛囊组织得以再生，可向结缔组织迁移分化，最后发展为成纤维细胞。

3.2 旁分泌作用 MSC应用于皮肤创面后，可分泌生长因子、粒细胞集落刺激因子(colony-stimulating factor，G-CSF)等细胞因子吸引和趋化修复细胞向创面迁移，启动修复，增加难愈性创面中的成纤维细胞、血管内皮细胞等修复细胞的数量。有研究发现，脂肪干细胞(adipose-derived stem cells，ADSCs)可间接通过旁分泌胰岛素样生长因子(insulin-like growth factors，IGF)、TGF-β1、血管内皮生长因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)、肝细胞生长因子(hepatocyte growth factor,HGF)和碱性成纤维细胞生长因子-2(basic fibroblast growth factor-2,bFGF-2)等多种生长因子和抗炎细胞因子，刺激血管形成，激活皮肤的角质形成细胞和成纤维细胞生成，促进创面愈合。

3.3 细胞间的相互作用 注入机体的MSC可促进溃疡创面处表皮干细胞增殖、分化。当皮肤基底层完整时，基底层表皮干细胞逐渐自下而上脱离壁龛，通过自我增殖分化进行创面修复。当皮肤基底层破坏严重时，创面边缘附属器内的表皮干细胞向伤口分化、增殖、迁移。MSC促进溃疡创面产生成纤维细胞，成纤维细胞可作为诱导剂,诱导MSC向上皮细胞分化。

3.4 创面微环境与MSC之间相互影响 MSC可通过直接或间接分泌细胞因子、生长因子和其他旁分泌分子进而影响不同种类的组织损伤再生。创面局部微环境与MSC相互作用后，MSC在创面微环境的影响下直接分泌细胞外基质或直接分化为成纤维细胞参与组织修复，机体内I型胶原基因表达升高。创面微环境可影响MSC的分化方向，MSC也可分泌多种细胞因子改变机体及创面的微环境。MSC修复放射性溃疡是由MSC和机体微环境共同决定的。

3.5 免疫调节和免疫抑制作用 当溃疡创面形成后，免疫系统活化产生多种炎性因子贯穿于创面修复的整个过程。但过于强烈的炎性反应不利于创面修复，MSC可以通过免疫调节和免疫抑制作用使创面的炎性反应减弱。Lauren等研究表明MSC可以通过旁分泌的作用减少T细胞增殖，并可分泌多种因子阻止细胞毒性T 细胞增殖和B淋巴细胞分化为浆细胞，阻碍树突状细胞的分化、发育、成熟和功能。Diane等发现MSC可以刺激皮肤病变部位的血管化，从而增加氧气供应，帮助免疫细胞的募集。为辐照小鼠系统性注入MSC治疗时，MSC可发挥出巨大的免疫调节特性，减少CD80激活巨噬细胞,降低CD163巨噬细胞在皮肤水平的表达，降低白细胞介素-10和促炎白细胞介素1β的水平。Franquesa等认为MSC具有强大的免疫调节特性,通过影响免疫细胞的增殖分化与免疫系统相互作用。Lee等认为MSC除了抑制T细胞和单核细胞的聚集，其还涉及诱导多种调节性免疫细胞参与免疫体调节，例如调节性T细胞、调节性B细胞、调节性NK细胞和抗原呈递细胞等。

3.6 外泌体修复作用 外泌体是细胞分泌的一种具有转运功能的囊泡，是细胞与细胞间传递信息、交换物质的重要媒介。MSC可通过外泌体对创面的炎性反应进行调控，促进创面的血管再生、皮肤细胞增殖和再上皮化、胶原重塑和减少瘢痕的生成，从而达到对创面的修复目的。

放射性皮肤溃疡属于难治程度较高的一种创面，采用MSC上清液、上清液冻干粉或直接稀释的干细胞，通过局部涂抹、注射或静脉输注等方法，对放射性动物溃疡模型均有较好的治疗效果，但其具体机制仍需进一步证实。供体MSC移植后存活率降低，其治疗潜能难以得到充分发挥，如何通过基因修饰等处理方式提高MSC移植后的存活率及治疗能力，可能是下一步的研究方向。