引用本文: 姚永明, 張澤敏, 閻賀, 吳彩風, 胡飛, 楊彪炳. 脂肪干細胞聯合幾丁糖對兔擴張皮膚組織即時回縮率的影響. 中國修復重建外科雜志, 2015, 29(12): 1541-1546. doi: 10.7507/1002-1892.20150329 復制
皮膚軟組織擴張術是指在皮下埋置擴張器,通過定期注水方式獲得額外的皮膚組織。該技術已廣泛用于臨床大面積皮膚創傷的修復,并獲得了良好效果。但擴張獲得的皮膚組織存在即時回縮現象,常不能達到修復需要,最終影響擴張皮瓣的移植和遠期治療效果。研究表明,干細胞可以通過旁分泌生長因子和直接參與方式促進血管生成及組織再生[1];幾丁糖可以抑制纖維包膜生成,預防包膜攣縮[2]。因此,本實驗旨在探討通過注射脂肪干細胞(adipose-derived stem cells,ADSCs)促進擴張皮膚血管化和組織再生,聯合幾丁糖協同抑制擴張組織纖維包膜形成,降低擴張皮膚組織即時回縮率的可行性,以期為提高臨床治療效果提供參考。
1 材料與方法
1.1 實驗動物及主要試劑、儀器
2~3月齡新西蘭大白兔41只,雌雄不限,體質量2.0~2.5 kg,由濰坊醫學院實驗動物中心提供。30 mL硅橡膠圓形軟組織皮膚擴張器(余姚市久盛硅橡膠制品廠)。CD31鼠抗兔單克隆抗體、羊抗鼠IgG(北京博奧森生物技術有限公司);2%醫用幾丁糖(上海其勝生物制劑有限公司);HE、Masson染色試劑盒(北京索萊寶科技有限公司)。熒光顯微鏡(Leica公司,德國);SW-CJ-1F型超凈工作臺(蘇州市安泰技術公司); KA-1000型低速離心機(鄭州南北儀器設備公司)。
1.2 ADSCs分離與鑒定
1.2.1 細胞分離培養
取1只新西蘭大白兔,耳緣靜脈注射4%異戊巴比妥鈉(1.5 mL/kg)麻醉。無菌條件下取腹股溝脂肪約5 mL,PBS緩沖液反復沖洗,眼科剪剪碎至糊狀,以128.8×g離心5 min;加入0.1%Ⅰ型膠原酶后置于搖床中,37℃消化50 min;經200目篩網過濾后,加入DMEM培養液終止消化;同上法離心3 min,棄上清;取貼壁細胞用DMEM培養液重懸并接種至培養瓶中,置于37℃、5%CO2培養箱中培養并傳代。取第3代細胞進行鑒定及實 驗。
1.2.2 細胞鑒定
① 采用免疫熒光法檢測細胞表面特異性標記物CD34、CD44、CD29及CD106的表達情況。② 采用軟骨誘導液(含50 μg/mL TGF-β1、100 ng/mL IGF-1、6.25 μL/mL胰島素、1×10-7 mol/L地塞米松、50 μg/mL 抗壞血酸的H-DMEM培養液)誘導培養2周,甲苯胺藍染色觀察。③ 采用表皮誘導液(含10 ng/mL EGF 的H-DMEM培養液)誘導培養2周,待細胞鋪滿孔底80%左右時行免疫熒光染色,觀察角蛋白19(cytokeratin 19,CK19)的表達。
1.3 皮膚擴張模型制備及分組
將40只新西蘭大白兔隨機分為4組(n=10),分別為空白對照組(A組)、ADSCs組(B組)、幾丁糖組(C組)、ADSCs+幾丁糖組(D組)。同上法麻醉后,無菌條件下于兔背部埋置30 mL硅橡膠圓形軟組織皮膚擴張器1枚,埋置前C、D組擴張器表面均勻涂抹5 mL 2%醫用幾丁糖,B、D組在埋置部位皮下多點注射1 mL濃度為5×106個/mL的第3代ADSCs細胞懸液。術后肌肉注射8萬U慶大霉素。7 d后切口愈合拆線,經擴張器注射壺注射生理鹽水擴張組織,每周2次,每次10 mL,4周完成擴張,原位維持1周后進行觀測。
1.4 觀測指標
1.4.1 一般情況
觀察埋置術后動物存活以及切口愈合情況。
1.4.2 擴張皮膚組織即時回縮率測定
各組兔同上法麻醉后,擴張皮膚脫毛,在擴張皮膚表面正上方標記一大小為3 cm×3 cm的正方形區域;然后無菌條件下取出擴張器,剪下擴張組織,平鋪于無菌紗布上,待組織不再回縮后測量標記的正方形區域面積(S),按照以下公式計算擴張皮膚組織即時回縮率: (9-S)/9×100%。
1.4.3 組織學觀察
擴張組織回縮率測定后,分離標本皮膚及纖維包膜,置于4%多聚甲醛固定,石蠟包埋切片,片厚4 μm。取部分皮膚組織及纖維包膜切片,常規HE染色,鏡下觀察皮膚組織和纖維包膜組織結構,于100倍鏡下用顯微測量尺測量皮膚組織中皮膚全層和表皮厚度以及纖維包膜厚度;取部分纖維包膜切片行Masson染色,鏡下觀察纖維包膜組織膠原纖維情況。
1.4.4 免疫組織化學染色觀察
取皮膚組織切片行CD31免疫組織化學染色,鏡下觀察皮膚組織血管內皮細胞特異性標記物CD31的表達情況,陽性染色為棕黃色。于400倍鏡下,取10個陽性表達密集的視野計數微血管,取其均值即為微血管密度(microvessel density,MVD)。
1.5 統計學方法
采用SPSS20.0統計軟件進行分析。數據以均數±標準差表示,組間比較采用單因素方差分析,兩兩比較采用SNK檢驗;檢驗水準α=0.05。
2 結果
2.1 細胞鑒定
免疫熒光染色觀察示,細胞表面抗原CD29以及CD44呈陽性表達,而CD34以及CD106呈陰性表達,符合ADSCs細胞表面標記物表達情況。細胞經軟骨誘導液誘導培養2周后,甲苯胺藍染色示細胞內基質呈均勻紫染,提示ADSCs成功誘導為軟骨細胞;經表皮誘導液誘導培養2周后,CK19免疫熒光染色呈陽性表達,提示ADSCs成功誘導為表皮細胞。見圖 1。

2.2 動物觀察
2.2.1 一般情況
實驗動物均存活至實驗完成,切口愈合良好,無感染。
2.2.2 擴張皮膚組織即時回縮率測定
A、B、C、D組擴張皮膚組織即時回縮率分別為51.12%±3.41%、30.29%±5.96%、45.78%±4.33%、25.38%±5.77%。D 組即時回縮率顯著小于其他各組,B、C組小于A組,B組小于C組,比較差異均有統計學意義(P<0.05)。
2.2.3 組織學觀察
① HE染色:鏡下觀察見A、B組成熟期成纖維細胞(即纖維細胞)較多,呈長梭形,細胞核深染,細胞質少;C、D組幼稚期成纖維細胞較多,胞體大,細胞質多,細胞核多呈圓形 。見圖 2。
B、D組皮膚全層厚度及表皮厚度均顯著高于A、C組,比較差異有統計學意義(P<0.05);B、D組間及A、C組間比較,差異均無統計學意義(P>0.05)。C、D組纖維包膜厚度顯著低于A、B組,比較差異有統計學意義(P<0.05);A、B組間及C、D組間比較,差異均無統計學意義(P>0.05)。見表 1。

② Masson 染色:鏡下觀察見C、D組中有藍色膠原纖維,形狀纖細,排列稀疏,其間可見少量灰黑色、細胞核呈長梭形的成纖維細胞,偶見紅染紅細胞;A、B組藍色膠原纖維粗大,排列規則,大量細胞核呈長梭形的成纖維細胞散在分布。見圖 3。
2.2.4 免疫組織化學染色觀察
鏡下觀察可見毛細血管內皮細胞呈棕黃色,散在分布,其中B、D組陽性染色明顯多于A、C 組(圖 4)。A、B、C、D組MVD分別為(3.21±1.15)、(8.04±1.08)、(3.30±1.17)、(8.07±1.07)個/視野。B、D組MVD 明顯高于 A、C 組,比較差異有統計學意義(P<0.05);B、D組間及A、C 組間比較,差異均無統計學意義(P>0.05) 。
3 討論
皮膚軟組織擴張術是整形外科中常見的治療手段,為皮膚缺損的患者提供了有效治療方法。但通過機械擴張獲得的皮膚組織與正常皮膚組織存在一定差異,主要原因為擴張對于皮膚是一個創傷,會影響皮膚組織的生長,導致擴張后皮膚質量差[3],直接影響治療效果。其中擴張皮膚組織即時回縮是一個需要考慮的重要問題,其與多方面因素有關,擴張組織中真皮和纖維包膜是導致即時回縮增加的主要原因[4]。通過促進擴張皮膚的再生是減少回縮的可行辦法。研究表明,干細胞療法有助于組織血管化,加強血液循環,促進組織再生[5-7]。與其他MSCs相比,ADSCs具有取材方便、來源豐富、體外增殖能力強等優點,在組織工程中獲得廣泛應用。研究表明,在含有VEGF和甲基纖維素的培養基中培養ADSCs,可以檢測到內皮細胞特異性標志物CD31的表達[8];在無血清培養條件下誘導培養ADSCs后,CD31表達量明顯增加,表明其能向血管內皮細胞分化[9]。還有研究表明,ADSCs 經誘導后能夠直接向血管內皮細胞分化,并參與血管新生[10];而且ADSCs培養基上清液也具有促進內皮細胞生長的作用[11]。所以,本研究選擇ADSCs來促進擴張皮膚組織中血管的增生,進而促進組織再生。
因為擴張皮膚組織中的纖維包膜也是回縮的重要原因[12],所以單純通過采用干細胞促進組織再生來減少擴張皮膚的回縮效果有限,而且干細胞是否能促進纖維包膜的增生也值得探討。纖維包膜的形成與擴張器作為一種異物植入體內引起機體排斥反應有關。正常情況下,纖維包膜是機體對異物的一種自然保護反應,具有隔離異物的生物學意義[13]。但纖維包膜實質上是一種瘢痕組織,其中含有的膠原纖維和成纖維細胞是擴張后組織回縮的重要原因[12]。劉學軍等[14]的動物實驗也證明了這一現象。另外,纖維包膜中包含著密集的血管網絡[15],對于移植后擴張皮瓣的成活具有促進作用。因此,一方面纖維包膜是擴張皮瓣回縮的重要原因,在皮瓣移植的過程中需要去除;但另一方面纖維包膜中包含密集血管網絡,有利于擴張皮瓣成活。所以對于是否保留擴張皮膚組織中的纖維包膜應采取個性化處理方法[16]。通過藥物抑制纖維包膜形成而不影響其中的血液循環是一個可行辦法。相關文獻顯示,罌粟堿、透明質酸鈉以及糖皮質激素曲安奈德等藥物對于擴張組織中纖維包膜的形成都具有抑制作用[17-19]。與其他藥物相比,幾丁糖不僅可以選擇性地抑制成纖維細胞的增生,還具有止血、抑菌作用[20],臨床上醫用幾丁糖已作為一種防粘連材料被廣泛應用。另外,幾丁糖作為一種可被機體降解吸收的生物材料具有無副作用、經濟安全,并且不影響纖維包膜血運的優點[21]。
本實驗通過局部注射ADSCs促進組織再生和涂抹幾丁糖抑制纖維包膜生成共同作用來抑制擴張組織的回縮。實驗中采用不同給藥方式,避免了ADSCs和幾丁糖的相互影響。結果顯示:單純皮下注射ADSCs后,纖維包膜厚度和膠原纖維含量與空白對照組無明顯變化,皮膚全層和表皮均明顯增厚,微血管數量增多,說明ADSCs在擴張皮膚中有部分向血管內皮細胞轉化,促進微血管形成,為擴張組織提供營養支持,從而一定程度上增加了擴張皮膚厚度,提高了擴張效率。因此,局部注射ADSCs對擴張皮膚中纖維包膜無明顯影響,ADSCs是通過促進微血管形成和皮膚組織形成來抑制擴張組織回縮。而幾丁糖作用后纖維包膜厚度和膠原纖維含量均明顯減少,提示幾丁糖通過抑制纖維包膜的形成和膠原纖維分泌來抑制擴張組織回縮。兩者共同作用后,抑制擴張皮膚組織即時回縮效果更顯著。但是ADSCs參與皮膚組織生成的機制以及兩者聯合用藥對擴張皮膚遠期回縮的影響等問題,有待進一步研究探討。
皮膚軟組織擴張術是指在皮下埋置擴張器,通過定期注水方式獲得額外的皮膚組織。該技術已廣泛用于臨床大面積皮膚創傷的修復,并獲得了良好效果。但擴張獲得的皮膚組織存在即時回縮現象,常不能達到修復需要,最終影響擴張皮瓣的移植和遠期治療效果。研究表明,干細胞可以通過旁分泌生長因子和直接參與方式促進血管生成及組織再生[1];幾丁糖可以抑制纖維包膜生成,預防包膜攣縮[2]。因此,本實驗旨在探討通過注射脂肪干細胞(adipose-derived stem cells,ADSCs)促進擴張皮膚血管化和組織再生,聯合幾丁糖協同抑制擴張組織纖維包膜形成,降低擴張皮膚組織即時回縮率的可行性,以期為提高臨床治療效果提供參考。
1 材料與方法
1.1 實驗動物及主要試劑、儀器
2~3月齡新西蘭大白兔41只,雌雄不限,體質量2.0~2.5 kg,由濰坊醫學院實驗動物中心提供。30 mL硅橡膠圓形軟組織皮膚擴張器(余姚市久盛硅橡膠制品廠)。CD31鼠抗兔單克隆抗體、羊抗鼠IgG(北京博奧森生物技術有限公司);2%醫用幾丁糖(上海其勝生物制劑有限公司);HE、Masson染色試劑盒(北京索萊寶科技有限公司)。熒光顯微鏡(Leica公司,德國);SW-CJ-1F型超凈工作臺(蘇州市安泰技術公司); KA-1000型低速離心機(鄭州南北儀器設備公司)。
1.2 ADSCs分離與鑒定
1.2.1 細胞分離培養
取1只新西蘭大白兔,耳緣靜脈注射4%異戊巴比妥鈉(1.5 mL/kg)麻醉。無菌條件下取腹股溝脂肪約5 mL,PBS緩沖液反復沖洗,眼科剪剪碎至糊狀,以128.8×g離心5 min;加入0.1%Ⅰ型膠原酶后置于搖床中,37℃消化50 min;經200目篩網過濾后,加入DMEM培養液終止消化;同上法離心3 min,棄上清;取貼壁細胞用DMEM培養液重懸并接種至培養瓶中,置于37℃、5%CO2培養箱中培養并傳代。取第3代細胞進行鑒定及實 驗。
1.2.2 細胞鑒定
① 采用免疫熒光法檢測細胞表面特異性標記物CD34、CD44、CD29及CD106的表達情況。② 采用軟骨誘導液(含50 μg/mL TGF-β1、100 ng/mL IGF-1、6.25 μL/mL胰島素、1×10-7 mol/L地塞米松、50 μg/mL 抗壞血酸的H-DMEM培養液)誘導培養2周,甲苯胺藍染色觀察。③ 采用表皮誘導液(含10 ng/mL EGF 的H-DMEM培養液)誘導培養2周,待細胞鋪滿孔底80%左右時行免疫熒光染色,觀察角蛋白19(cytokeratin 19,CK19)的表達。
1.3 皮膚擴張模型制備及分組
將40只新西蘭大白兔隨機分為4組(n=10),分別為空白對照組(A組)、ADSCs組(B組)、幾丁糖組(C組)、ADSCs+幾丁糖組(D組)。同上法麻醉后,無菌條件下于兔背部埋置30 mL硅橡膠圓形軟組織皮膚擴張器1枚,埋置前C、D組擴張器表面均勻涂抹5 mL 2%醫用幾丁糖,B、D組在埋置部位皮下多點注射1 mL濃度為5×106個/mL的第3代ADSCs細胞懸液。術后肌肉注射8萬U慶大霉素。7 d后切口愈合拆線,經擴張器注射壺注射生理鹽水擴張組織,每周2次,每次10 mL,4周完成擴張,原位維持1周后進行觀測。
1.4 觀測指標
1.4.1 一般情況
觀察埋置術后動物存活以及切口愈合情況。
1.4.2 擴張皮膚組織即時回縮率測定
各組兔同上法麻醉后,擴張皮膚脫毛,在擴張皮膚表面正上方標記一大小為3 cm×3 cm的正方形區域;然后無菌條件下取出擴張器,剪下擴張組織,平鋪于無菌紗布上,待組織不再回縮后測量標記的正方形區域面積(S),按照以下公式計算擴張皮膚組織即時回縮率: (9-S)/9×100%。
1.4.3 組織學觀察
擴張組織回縮率測定后,分離標本皮膚及纖維包膜,置于4%多聚甲醛固定,石蠟包埋切片,片厚4 μm。取部分皮膚組織及纖維包膜切片,常規HE染色,鏡下觀察皮膚組織和纖維包膜組織結構,于100倍鏡下用顯微測量尺測量皮膚組織中皮膚全層和表皮厚度以及纖維包膜厚度;取部分纖維包膜切片行Masson染色,鏡下觀察纖維包膜組織膠原纖維情況。
1.4.4 免疫組織化學染色觀察
取皮膚組織切片行CD31免疫組織化學染色,鏡下觀察皮膚組織血管內皮細胞特異性標記物CD31的表達情況,陽性染色為棕黃色。于400倍鏡下,取10個陽性表達密集的視野計數微血管,取其均值即為微血管密度(microvessel density,MVD)。
1.5 統計學方法
采用SPSS20.0統計軟件進行分析。數據以均數±標準差表示,組間比較采用單因素方差分析,兩兩比較采用SNK檢驗;檢驗水準α=0.05。
2 結果
2.1 細胞鑒定
免疫熒光染色觀察示,細胞表面抗原CD29以及CD44呈陽性表達,而CD34以及CD106呈陰性表達,符合ADSCs細胞表面標記物表達情況。細胞經軟骨誘導液誘導培養2周后,甲苯胺藍染色示細胞內基質呈均勻紫染,提示ADSCs成功誘導為軟骨細胞;經表皮誘導液誘導培養2周后,CK19免疫熒光染色呈陽性表達,提示ADSCs成功誘導為表皮細胞。見圖 1。

2.2 動物觀察
2.2.1 一般情況
實驗動物均存活至實驗完成,切口愈合良好,無感染。
2.2.2 擴張皮膚組織即時回縮率測定
A、B、C、D組擴張皮膚組織即時回縮率分別為51.12%±3.41%、30.29%±5.96%、45.78%±4.33%、25.38%±5.77%。D 組即時回縮率顯著小于其他各組,B、C組小于A組,B組小于C組,比較差異均有統計學意義(P<0.05)。
2.2.3 組織學觀察
① HE染色:鏡下觀察見A、B組成熟期成纖維細胞(即纖維細胞)較多,呈長梭形,細胞核深染,細胞質少;C、D組幼稚期成纖維細胞較多,胞體大,細胞質多,細胞核多呈圓形 。見圖 2。
B、D組皮膚全層厚度及表皮厚度均顯著高于A、C組,比較差異有統計學意義(P<0.05);B、D組間及A、C組間比較,差異均無統計學意義(P>0.05)。C、D組纖維包膜厚度顯著低于A、B組,比較差異有統計學意義(P<0.05);A、B組間及C、D組間比較,差異均無統計學意義(P>0.05)。見表 1。

② Masson 染色:鏡下觀察見C、D組中有藍色膠原纖維,形狀纖細,排列稀疏,其間可見少量灰黑色、細胞核呈長梭形的成纖維細胞,偶見紅染紅細胞;A、B組藍色膠原纖維粗大,排列規則,大量細胞核呈長梭形的成纖維細胞散在分布。見圖 3。
2.2.4 免疫組織化學染色觀察
鏡下觀察可見毛細血管內皮細胞呈棕黃色,散在分布,其中B、D組陽性染色明顯多于A、C 組(圖 4)。A、B、C、D組MVD分別為(3.21±1.15)、(8.04±1.08)、(3.30±1.17)、(8.07±1.07)個/視野。B、D組MVD 明顯高于 A、C 組,比較差異有統計學意義(P<0.05);B、D組間及A、C 組間比較,差異均無統計學意義(P>0.05) 。
3 討論
皮膚軟組織擴張術是整形外科中常見的治療手段,為皮膚缺損的患者提供了有效治療方法。但通過機械擴張獲得的皮膚組織與正常皮膚組織存在一定差異,主要原因為擴張對于皮膚是一個創傷,會影響皮膚組織的生長,導致擴張后皮膚質量差[3],直接影響治療效果。其中擴張皮膚組織即時回縮是一個需要考慮的重要問題,其與多方面因素有關,擴張組織中真皮和纖維包膜是導致即時回縮增加的主要原因[4]。通過促進擴張皮膚的再生是減少回縮的可行辦法。研究表明,干細胞療法有助于組織血管化,加強血液循環,促進組織再生[5-7]。與其他MSCs相比,ADSCs具有取材方便、來源豐富、體外增殖能力強等優點,在組織工程中獲得廣泛應用。研究表明,在含有VEGF和甲基纖維素的培養基中培養ADSCs,可以檢測到內皮細胞特異性標志物CD31的表達[8];在無血清培養條件下誘導培養ADSCs后,CD31表達量明顯增加,表明其能向血管內皮細胞分化[9]。還有研究表明,ADSCs 經誘導后能夠直接向血管內皮細胞分化,并參與血管新生[10];而且ADSCs培養基上清液也具有促進內皮細胞生長的作用[11]。所以,本研究選擇ADSCs來促進擴張皮膚組織中血管的增生,進而促進組織再生。
因為擴張皮膚組織中的纖維包膜也是回縮的重要原因[12],所以單純通過采用干細胞促進組織再生來減少擴張皮膚的回縮效果有限,而且干細胞是否能促進纖維包膜的增生也值得探討。纖維包膜的形成與擴張器作為一種異物植入體內引起機體排斥反應有關。正常情況下,纖維包膜是機體對異物的一種自然保護反應,具有隔離異物的生物學意義[13]。但纖維包膜實質上是一種瘢痕組織,其中含有的膠原纖維和成纖維細胞是擴張后組織回縮的重要原因[12]。劉學軍等[14]的動物實驗也證明了這一現象。另外,纖維包膜中包含著密集的血管網絡[15],對于移植后擴張皮瓣的成活具有促進作用。因此,一方面纖維包膜是擴張皮瓣回縮的重要原因,在皮瓣移植的過程中需要去除;但另一方面纖維包膜中包含密集血管網絡,有利于擴張皮瓣成活。所以對于是否保留擴張皮膚組織中的纖維包膜應采取個性化處理方法[16]。通過藥物抑制纖維包膜形成而不影響其中的血液循環是一個可行辦法。相關文獻顯示,罌粟堿、透明質酸鈉以及糖皮質激素曲安奈德等藥物對于擴張組織中纖維包膜的形成都具有抑制作用[17-19]。與其他藥物相比,幾丁糖不僅可以選擇性地抑制成纖維細胞的增生,還具有止血、抑菌作用[20],臨床上醫用幾丁糖已作為一種防粘連材料被廣泛應用。另外,幾丁糖作為一種可被機體降解吸收的生物材料具有無副作用、經濟安全,并且不影響纖維包膜血運的優點[21]。
本實驗通過局部注射ADSCs促進組織再生和涂抹幾丁糖抑制纖維包膜生成共同作用來抑制擴張組織的回縮。實驗中采用不同給藥方式,避免了ADSCs和幾丁糖的相互影響。結果顯示:單純皮下注射ADSCs后,纖維包膜厚度和膠原纖維含量與空白對照組無明顯變化,皮膚全層和表皮均明顯增厚,微血管數量增多,說明ADSCs在擴張皮膚中有部分向血管內皮細胞轉化,促進微血管形成,為擴張組織提供營養支持,從而一定程度上增加了擴張皮膚厚度,提高了擴張效率。因此,局部注射ADSCs對擴張皮膚中纖維包膜無明顯影響,ADSCs是通過促進微血管形成和皮膚組織形成來抑制擴張組織回縮。而幾丁糖作用后纖維包膜厚度和膠原纖維含量均明顯減少,提示幾丁糖通過抑制纖維包膜的形成和膠原纖維分泌來抑制擴張組織回縮。兩者共同作用后,抑制擴張皮膚組織即時回縮效果更顯著。但是ADSCs參與皮膚組織生成的機制以及兩者聯合用藥對擴張皮膚遠期回縮的影響等問題,有待進一步研究探討。