為研究大黃素搽劑(大黃素)對兔耳增生性瘢痕的影響,選擇健康兔18只,于兔耳增生性瘢痕造模成功后,隨機分為大黃素組(9只)和對照組(9只),大黃素組采用大黃素局部用藥,對照組不進行治療。4周后,測兩組瘢痕直徑、硬度、轉化生長因子-β(TGF-β)、白細胞介素-1(IL-1)含量,并在電鏡下觀察瘢痕組織成纖維細胞超微結構變化。發現用藥后大黃素組與對照組相比,兔耳增生性瘢痕直徑差異無統計學意義(P>0.05),硬度、TGF-β及IL-1表達水平明顯降低(P<0.05,P<0.01,P<0.05),電鏡觀察,大黃素組瘢痕成纖維細胞及細胞器減少,膠原纖維溶解。研究指出大黃素在瘢痕形成早期,可降低兔耳增生性瘢痕硬度,具有抑制局部成纖維細胞增殖的能力,有望成為防治增生性瘢痕的方法之一。
引用本文: 陶英霞, 屈云. 大黃素搽劑對兔耳增生性瘢痕的影響. 生物醫學工程學雜志, 2015, 32(4): 862-866. doi: 10.7507/1001-5515.20150154 復制
引言
增生性瘢痕(hypertrophic scar,HS)是皮膚受損愈合形成瘢痕,并持續增殖而成的一種病理性改變,嚴重影響皮膚的功能及美觀。然而,此類瘢痕的處理是一項常見的臨床難題[1-2] ,至今沒有一種完全證明有效的方法來克服其為人類健康帶來的影響。
Morris于1997年提出兔耳動物實驗模型[3],填補了增生性瘢痕細胞和分子生物學研究的空白。李薈元等[4]也證實了Morris的研究結論,兔耳的瘢痕模型更接近于人類自身瘢痕的發生、發展與轉歸[5]。因此學者們更傾向于選用其來研究增生性瘢痕的預防和治療[6-7]。
大黃素是傳統中藥大黃提取出的一種有效成分,既往研究發現大黃素可抑制肺、腎成纖維細胞的增殖并阻礙其正常的細胞周期[8-9]。近年來,大黃素對增生性瘢痕的作用進一步得到關注[10]。鑒于大黃素對增生性瘢痕的潛在應用前景,本實驗以大黃素搽劑作用于瘢痕局部,觀察治療后對兔耳損傷瘢痕形態學的影響,同時測定瘢痕組織轉化生長因子-β(transforming growth factor-β,TGF-β)和白細胞介素-1(interleukin-1,IL-1)的含量,并探討其作用機制。
1 材料和方法
1.1 實驗動物模型建立
選用健康、成年大耳白兔18只,雌雄不拘,2.3~2.8 kg(四川大學實驗動物中心);30 g/L戊巴比妥鈉(1.5 mg/kg)靜脈注入耳緣靜脈麻醉,在兔耳腹側面用圓形鉆刀產生6 mm直徑全層皮膚缺損創面,每耳4處,創面間距2 cm以上,每兔共8個創面,同時將其深面軟骨一并切除,形成耳腹面全層皮及軟骨缺損圓形創面[3],所有創面均無菌包扎。待創面全部上皮化后,對模型兔進行編號,利用計算機進行隨機分組,分為大黃素組9只,對照組9只。大黃素組創面局部每日用大黃素搽劑涂抹一次,對照組局部每日用醫用凡士林涂抹一次,在同等環境下分籠,同一飼料喂養4周后肉眼觀察瘢痕形態,檢測瘢痕組織硬度,電鏡觀察瘢痕細胞,測定瘢痕組織TGF-β和IL-1含量。
1.2 實驗設備及主要試劑
游標卡尺(靖江量具有限公司),TH220邵氏硬度計(北京時代之峰科技有限公司),Thermo全波長自動酶標儀(Thermo電子公司),JY96-Ⅱ超聲波細胞粉碎機(寧波新芝科器研究所),德國leica EM UC6切片機,日本H7650型透射電子顯微鏡,兔TGF-β、IL-1定量ELISA試劑盒(上海西唐生物科技有限公司)。
1.3 大黃素搽劑制備
選取成都市藥物研究所提供的大黃素(分析純),濃度選擇按照既往研究[8],采用天平稱量大黃素5 mg,配醫用凡士林10 g,超聲攪拌均勻后滅菌并于4 ℃冰箱冷凍備用。
1.4 觀察指標
大黃素組用藥4周后與對照組同時采集標本,測定以下指標:
1.4.1 肉眼觀察瘢痕形態
肉眼觀察瘢痕治療前后的基本形態。
1.4.2 測定瘢痕直徑
每兔各選取四處瘢痕,采用游標卡尺測定瘢痕直徑,由2名實驗員分別測定同一瘢痕取其平均值。
1.4.3 測定瘢痕硬度
利用邵氏硬度計測定每兔一處瘢痕正中硬度,由2名實驗員分別測定后取其平均值,測量數據結果采用邵氏單位。
1.4.4 測定瘢痕組織TGF-β和IL-1含量
每兔各選取兩處瘢痕分別進行ELISA法測定TGF-β、IL-1含量。切取增生塊組織0.1 g,剪碎后加入注射用水0.9 mL為10%勻漿,于冰面超聲攪拌6 s,吸上清液,自動酶標儀492 nm波長分別測TGF-β、IL-1含量。
1.4.5 電鏡觀察瘢痕組織
每兔選取一處瘢痕切取瘢痕組織,切成2 mm3小塊,放入3%戊二醛,4 ℃冰箱內固定2 h,1%鋨酸固定2 h。PBS緩沖液漂洗2次,梯度丙酮脫水、包埋、切片、染色后在透射電子顯微鏡下觀察細胞超微結構。
1.5 統計學方法
實驗結果以
2 結果
2.1 兩組治療后形態比較
大黃素組用藥后與對照組相比,肉眼粗略觀察兔耳瘢痕外觀形態上厚度有所減小,與周圍皮膚交界處稍平滑,且瘢痕顏色較對照組更淺,如圖 1所示。

2.2 游標卡尺測定直徑
大黃素組用藥前后與對照組相比,其差異無統計學意義(P>0.05),如表 1所示。

2.3 硬度計測定瘢痕硬度
大黃素組用藥前與對照組相比,瘢痕硬度差異無統計學意義(P>0.05)。大黃素組用藥后和對照組相比硬度降低,差異有統計學意義(P<0.05),如表 2所示。

2.4 ELISA法測定TGF-β,IL-1含量
通過ELISA法測定瘢痕組織TGF-β和IL-1含量,用藥后大黃素組與對照組相比TGF-β和IL-1含量降低,其差異有統計學意義(*P<0.01,**P<0.05),如表 3所示。

2.5 透射電鏡觀察
對增生性瘢痕進行透射電鏡觀察,對照組可見大量成纖維細胞,細胞呈長梭形,突起較多,核大且核仁明顯,細胞質中內質網豐富,網池呈擴張狀態,線粒體較多、分布較均勻,細胞周圍分布大量密集的顆粒狀或細絲狀膠原纖維。而大黃素組成纖維細胞相對較少,部分細胞出現凋亡,細胞突起較少,核固縮變小,細胞表面呈內陷趨勢,成偽足樣突起,細胞質中可見內質網減少,線粒體腫脹、空泡變性,部分細胞周圍膠原呈溶解狀態,如圖 2所示(圖中不同顏色箭頭所指分別代表細胞的不同結構)。

紅箭:細胞突起;橙箭:細胞核;綠箭:內質網;藍箭:線粒體;紫箭:膠原纖維
Figure2. Transmission electron microscopy for fibroblasts of hypertrophic scars in the two groups (1 200×)red arrow: cell process; orange arrow: nuclear; green arrow: endoplasmic reticulum; blue arrow: mitochondria; purple arrow: collagen fiber
3 討論
瘢痕的形成是創傷自然愈合過程中正常且必然的生理反應,也是修復的必要條件,但引起了正常皮膚組織結構及功能的改變,增生性瘢痕則屬于瘢痕過度增生的一種特殊表現,嚴重者往往對人體造成功能障礙,其防治研究一直為創傷外科、整形外科、皮膚科和康復科研究的熱點及難點。
目前國內外常用預防和治療增生性瘢痕的方法各有利弊:外科手術切除治療瘢痕是最經典的模式之一,但單純手術切除復發率高,術后仍需聯合應用其他治療手段;放射療法單獨應用效果不佳,存在一定危險性,對治療的放射劑量和強度要求極高;壓力療法適用于早期瘢痕,但顯效慢,易復發,對兒童患者正常的生長發育也有一定阻礙;皮質類固醇治療是目前臨床常用的藥物治療手段,多為局部應用,但易見皮膚萎縮、組織壞死等不良反應,停藥后部分會逆轉;激光治療對較深的瘢痕組織療效不明顯,且易復發;硅膠等局部外敷貼主要通過“水合作用”維持損傷部位的濕度從而減緩瘢痕的形成,但其本身缺乏抑制成纖維細胞的增殖作用。基于以上方案都不能達到治療增生性瘢痕的最佳效果,且多數研究提示中醫藥在預防和治療增生性瘢痕方面有著廣闊的前景,傳統中藥具備作用緩和、效力持久等特色引起本文作者的思考。大黃素的多種藥理作用已被許多實驗研究所證實,有望進一步應用于臨床。Wang等[11]曾將大黃提取物作用于增生性瘢痕發現具有抑制其成纖維細胞增殖的作用,其中包括大黃素在內的蒽醌類化合物為主要有效活性成分,但未進一步探討其作用機制。
瘢痕的形成機制一般認為主要由修復細胞、膠原及細胞因子三者相互作用所構成。當皮膚受到一定程度的損傷后,創面會出現急性炎癥反應,多種細胞因子被釋放,成纖維細胞大量增殖并合成更多的膠原和基質,最終造成膠原纖維的代謝異常和基質沉著,從而促進瘢痕的形成。研究發現皮膚創面愈合過程中受若干調節性肽類分子的影響[12],局部細胞因子系多功能分子,作用于靶細胞影響細胞的增殖,調節細胞活性。在纖維增殖失調疾病中局部過量表達的細胞因子與促纖維形成作用有關,其中包括TGF-β可刺激創面收縮,以致瘢痕攣縮[13],是當前已知與瘢痕增生最密切、最具有代表性的細胞因子。Nowak等[14]證實通過抑制TGF-β能夠減少皮膚創傷產生的瘢痕,在抗纖維化的治療中具有重要作用。而IL-1通過上調內皮細胞黏附分子(ICAM-1)的表達誘導炎性細胞黏附和遷移[15],誘導來源于間質細胞的金屬蛋白酶釋放從而調節成纖維細胞的代謝[16]。故阻斷或抑制瘢痕形成過程中TGF-β和IL-1的過度表達是抑制增生性瘢痕形成的關鍵之一。
本實驗觀察治療后兩組兔耳增生性瘢痕的外觀形態學發現,大黃素組瘢痕的顏色較對照組有相對變淺的趨勢,厚度也稍有降低。硬度計檢測瘢痕硬度結果表明,用藥后大黃素組的瘢痕硬度低于對照組,硬度數據表現出統計學差異,這與人體瘢痕研究評定瘢痕好轉的表現是一致的,顏色(色素沉著情況)、厚度、硬度(柔軟度)都有一定程度的改善[17-18]。同時,大黃素組用藥后瘢痕組織內TGF-β、IL-1含量低于對照組,差異較明顯,得到與Gallant-behm等[19]利用硅膠治療兔耳瘢痕相近的實驗結果,抑制TGF-β和IL-1的表達可以控制瘢痕的形成。在透射電鏡下觀察到大黃素組的成纖維細胞形態學改變,表明大黃素在作用于瘢痕組織中成纖維細胞細胞因子的同時,誘導了部分成纖維細胞的凋亡及膠原纖維的溶解。故大黃素對增生性瘢痕成纖維細胞TGF-β、IL-1表達的抑制和誘導成纖維細胞凋亡的作用可能是其抑制瘢痕增生的機制。
本研究仍存在一些不足,損傷的上皮局部組織通過大黃素治療作用,TGF-β和IL-1表達受到抑制,是直接還是間接的作用,其機制尚待一步探索。而與人體增生性瘢痕臨床表現不同之處是動物模型瘢痕不能從主觀上反應瘙癢和疼痛的程度變化,對此還需進一步研究來證實。綜上所述,大黃素可在兔耳增生性瘢痕形成早期,通過抑制局部成纖維細胞的增殖和溶解膠原纖維的作用,達到治療瘢痕的目的,本文或可為以后大黃素應用于臨床治療增生性瘢痕提供一定的支持。
引言
增生性瘢痕(hypertrophic scar,HS)是皮膚受損愈合形成瘢痕,并持續增殖而成的一種病理性改變,嚴重影響皮膚的功能及美觀。然而,此類瘢痕的處理是一項常見的臨床難題[1-2] ,至今沒有一種完全證明有效的方法來克服其為人類健康帶來的影響。
Morris于1997年提出兔耳動物實驗模型[3],填補了增生性瘢痕細胞和分子生物學研究的空白。李薈元等[4]也證實了Morris的研究結論,兔耳的瘢痕模型更接近于人類自身瘢痕的發生、發展與轉歸[5]。因此學者們更傾向于選用其來研究增生性瘢痕的預防和治療[6-7]。
大黃素是傳統中藥大黃提取出的一種有效成分,既往研究發現大黃素可抑制肺、腎成纖維細胞的增殖并阻礙其正常的細胞周期[8-9]。近年來,大黃素對增生性瘢痕的作用進一步得到關注[10]。鑒于大黃素對增生性瘢痕的潛在應用前景,本實驗以大黃素搽劑作用于瘢痕局部,觀察治療后對兔耳損傷瘢痕形態學的影響,同時測定瘢痕組織轉化生長因子-β(transforming growth factor-β,TGF-β)和白細胞介素-1(interleukin-1,IL-1)的含量,并探討其作用機制。
1 材料和方法
1.1 實驗動物模型建立
選用健康、成年大耳白兔18只,雌雄不拘,2.3~2.8 kg(四川大學實驗動物中心);30 g/L戊巴比妥鈉(1.5 mg/kg)靜脈注入耳緣靜脈麻醉,在兔耳腹側面用圓形鉆刀產生6 mm直徑全層皮膚缺損創面,每耳4處,創面間距2 cm以上,每兔共8個創面,同時將其深面軟骨一并切除,形成耳腹面全層皮及軟骨缺損圓形創面[3],所有創面均無菌包扎。待創面全部上皮化后,對模型兔進行編號,利用計算機進行隨機分組,分為大黃素組9只,對照組9只。大黃素組創面局部每日用大黃素搽劑涂抹一次,對照組局部每日用醫用凡士林涂抹一次,在同等環境下分籠,同一飼料喂養4周后肉眼觀察瘢痕形態,檢測瘢痕組織硬度,電鏡觀察瘢痕細胞,測定瘢痕組織TGF-β和IL-1含量。
1.2 實驗設備及主要試劑
游標卡尺(靖江量具有限公司),TH220邵氏硬度計(北京時代之峰科技有限公司),Thermo全波長自動酶標儀(Thermo電子公司),JY96-Ⅱ超聲波細胞粉碎機(寧波新芝科器研究所),德國leica EM UC6切片機,日本H7650型透射電子顯微鏡,兔TGF-β、IL-1定量ELISA試劑盒(上海西唐生物科技有限公司)。
1.3 大黃素搽劑制備
選取成都市藥物研究所提供的大黃素(分析純),濃度選擇按照既往研究[8],采用天平稱量大黃素5 mg,配醫用凡士林10 g,超聲攪拌均勻后滅菌并于4 ℃冰箱冷凍備用。
1.4 觀察指標
大黃素組用藥4周后與對照組同時采集標本,測定以下指標:
1.4.1 肉眼觀察瘢痕形態
肉眼觀察瘢痕治療前后的基本形態。
1.4.2 測定瘢痕直徑
每兔各選取四處瘢痕,采用游標卡尺測定瘢痕直徑,由2名實驗員分別測定同一瘢痕取其平均值。
1.4.3 測定瘢痕硬度
利用邵氏硬度計測定每兔一處瘢痕正中硬度,由2名實驗員分別測定后取其平均值,測量數據結果采用邵氏單位。
1.4.4 測定瘢痕組織TGF-β和IL-1含量
每兔各選取兩處瘢痕分別進行ELISA法測定TGF-β、IL-1含量。切取增生塊組織0.1 g,剪碎后加入注射用水0.9 mL為10%勻漿,于冰面超聲攪拌6 s,吸上清液,自動酶標儀492 nm波長分別測TGF-β、IL-1含量。
1.4.5 電鏡觀察瘢痕組織
每兔選取一處瘢痕切取瘢痕組織,切成2 mm3小塊,放入3%戊二醛,4 ℃冰箱內固定2 h,1%鋨酸固定2 h。PBS緩沖液漂洗2次,梯度丙酮脫水、包埋、切片、染色后在透射電子顯微鏡下觀察細胞超微結構。
1.5 統計學方法
實驗結果以
2 結果
2.1 兩組治療后形態比較
大黃素組用藥后與對照組相比,肉眼粗略觀察兔耳瘢痕外觀形態上厚度有所減小,與周圍皮膚交界處稍平滑,且瘢痕顏色較對照組更淺,如圖 1所示。

2.2 游標卡尺測定直徑
大黃素組用藥前后與對照組相比,其差異無統計學意義(P>0.05),如表 1所示。

2.3 硬度計測定瘢痕硬度
大黃素組用藥前與對照組相比,瘢痕硬度差異無統計學意義(P>0.05)。大黃素組用藥后和對照組相比硬度降低,差異有統計學意義(P<0.05),如表 2所示。

2.4 ELISA法測定TGF-β,IL-1含量
通過ELISA法測定瘢痕組織TGF-β和IL-1含量,用藥后大黃素組與對照組相比TGF-β和IL-1含量降低,其差異有統計學意義(*P<0.01,**P<0.05),如表 3所示。

2.5 透射電鏡觀察
對增生性瘢痕進行透射電鏡觀察,對照組可見大量成纖維細胞,細胞呈長梭形,突起較多,核大且核仁明顯,細胞質中內質網豐富,網池呈擴張狀態,線粒體較多、分布較均勻,細胞周圍分布大量密集的顆粒狀或細絲狀膠原纖維。而大黃素組成纖維細胞相對較少,部分細胞出現凋亡,細胞突起較少,核固縮變小,細胞表面呈內陷趨勢,成偽足樣突起,細胞質中可見內質網減少,線粒體腫脹、空泡變性,部分細胞周圍膠原呈溶解狀態,如圖 2所示(圖中不同顏色箭頭所指分別代表細胞的不同結構)。

紅箭:細胞突起;橙箭:細胞核;綠箭:內質網;藍箭:線粒體;紫箭:膠原纖維
Figure2. Transmission electron microscopy for fibroblasts of hypertrophic scars in the two groups (1 200×)red arrow: cell process; orange arrow: nuclear; green arrow: endoplasmic reticulum; blue arrow: mitochondria; purple arrow: collagen fiber
3 討論
瘢痕的形成是創傷自然愈合過程中正常且必然的生理反應,也是修復的必要條件,但引起了正常皮膚組織結構及功能的改變,增生性瘢痕則屬于瘢痕過度增生的一種特殊表現,嚴重者往往對人體造成功能障礙,其防治研究一直為創傷外科、整形外科、皮膚科和康復科研究的熱點及難點。
目前國內外常用預防和治療增生性瘢痕的方法各有利弊:外科手術切除治療瘢痕是最經典的模式之一,但單純手術切除復發率高,術后仍需聯合應用其他治療手段;放射療法單獨應用效果不佳,存在一定危險性,對治療的放射劑量和強度要求極高;壓力療法適用于早期瘢痕,但顯效慢,易復發,對兒童患者正常的生長發育也有一定阻礙;皮質類固醇治療是目前臨床常用的藥物治療手段,多為局部應用,但易見皮膚萎縮、組織壞死等不良反應,停藥后部分會逆轉;激光治療對較深的瘢痕組織療效不明顯,且易復發;硅膠等局部外敷貼主要通過“水合作用”維持損傷部位的濕度從而減緩瘢痕的形成,但其本身缺乏抑制成纖維細胞的增殖作用。基于以上方案都不能達到治療增生性瘢痕的最佳效果,且多數研究提示中醫藥在預防和治療增生性瘢痕方面有著廣闊的前景,傳統中藥具備作用緩和、效力持久等特色引起本文作者的思考。大黃素的多種藥理作用已被許多實驗研究所證實,有望進一步應用于臨床。Wang等[11]曾將大黃提取物作用于增生性瘢痕發現具有抑制其成纖維細胞增殖的作用,其中包括大黃素在內的蒽醌類化合物為主要有效活性成分,但未進一步探討其作用機制。
瘢痕的形成機制一般認為主要由修復細胞、膠原及細胞因子三者相互作用所構成。當皮膚受到一定程度的損傷后,創面會出現急性炎癥反應,多種細胞因子被釋放,成纖維細胞大量增殖并合成更多的膠原和基質,最終造成膠原纖維的代謝異常和基質沉著,從而促進瘢痕的形成。研究發現皮膚創面愈合過程中受若干調節性肽類分子的影響[12],局部細胞因子系多功能分子,作用于靶細胞影響細胞的增殖,調節細胞活性。在纖維增殖失調疾病中局部過量表達的細胞因子與促纖維形成作用有關,其中包括TGF-β可刺激創面收縮,以致瘢痕攣縮[13],是當前已知與瘢痕增生最密切、最具有代表性的細胞因子。Nowak等[14]證實通過抑制TGF-β能夠減少皮膚創傷產生的瘢痕,在抗纖維化的治療中具有重要作用。而IL-1通過上調內皮細胞黏附分子(ICAM-1)的表達誘導炎性細胞黏附和遷移[15],誘導來源于間質細胞的金屬蛋白酶釋放從而調節成纖維細胞的代謝[16]。故阻斷或抑制瘢痕形成過程中TGF-β和IL-1的過度表達是抑制增生性瘢痕形成的關鍵之一。
本實驗觀察治療后兩組兔耳增生性瘢痕的外觀形態學發現,大黃素組瘢痕的顏色較對照組有相對變淺的趨勢,厚度也稍有降低。硬度計檢測瘢痕硬度結果表明,用藥后大黃素組的瘢痕硬度低于對照組,硬度數據表現出統計學差異,這與人體瘢痕研究評定瘢痕好轉的表現是一致的,顏色(色素沉著情況)、厚度、硬度(柔軟度)都有一定程度的改善[17-18]。同時,大黃素組用藥后瘢痕組織內TGF-β、IL-1含量低于對照組,差異較明顯,得到與Gallant-behm等[19]利用硅膠治療兔耳瘢痕相近的實驗結果,抑制TGF-β和IL-1的表達可以控制瘢痕的形成。在透射電鏡下觀察到大黃素組的成纖維細胞形態學改變,表明大黃素在作用于瘢痕組織中成纖維細胞細胞因子的同時,誘導了部分成纖維細胞的凋亡及膠原纖維的溶解。故大黃素對增生性瘢痕成纖維細胞TGF-β、IL-1表達的抑制和誘導成纖維細胞凋亡的作用可能是其抑制瘢痕增生的機制。
本研究仍存在一些不足,損傷的上皮局部組織通過大黃素治療作用,TGF-β和IL-1表達受到抑制,是直接還是間接的作用,其機制尚待一步探索。而與人體增生性瘢痕臨床表現不同之處是動物模型瘢痕不能從主觀上反應瘙癢和疼痛的程度變化,對此還需進一步研究來證實。綜上所述,大黃素可在兔耳增生性瘢痕形成早期,通過抑制局部成纖維細胞的增殖和溶解膠原纖維的作用,達到治療瘢痕的目的,本文或可為以后大黃素應用于臨床治療增生性瘢痕提供一定的支持。