干细胞疗法和再生手术逆转疤痕和皮肤纤维化的前景
干细胞疗法和再生手术逆转疤痕和皮肤纤维化的前景
皮肤疤痕和纤维化是全球数百万人面临的严重问题，给患者带来了身体和心理上的挑战。干细胞疗法和再生手术是一种新的治疗方式，旨在促进人体自然修复受损组织的能力。脂肪干细胞（ASC）因其丰富、来源便利、不易引起免疫反应且患者接受程度高而成为实用再生医学的首选。本文将探讨基于ASC的再生策略治疗疤痕和皮肤纤维化的证据，包括不同的手术方法及其在多种皮肤纤维化疾病中的应用。
纤维化和疤痕的细胞功能障碍
疤痕和纤维化是一组异质性疾病的标志，可在所有组织或器官中发生。它表现为在受损组织内部和周围过度积累的一系列纤维结缔组织，导致永久性疤痕、器官功能障碍，甚至可能导致死亡。真皮纤维化是皮肤过度疤痕的结果，是过度愈合反应的一种，特别是真皮中不成比例的成纤维细胞增殖和细胞外基质（ECM）产生。尽管疤痕组织的形成是伤口愈合过程和组织修复的关键方面之一，但其发展在病理性、慢性伤口愈合反应中具有重要意义，可由感染、炎症、自身免疫性疾病、退行性疾病、肿瘤和损伤等多种因素引发，对患者在身体和心理上都构成挑战。
皮肤纤维化的发展可能是由于对单一重大损伤的异常反应引起的，尽管更常见的是由于持续性或重复性损伤而发生。不论损伤部位、组织类型或损伤性质如何，愈合过程通常包括炎症、增殖和重塑三个主要阶段。
图1. 伤口愈合反应。受伤后伤口愈合的阶段包括止血、炎症、增殖和重塑。成纤维细胞在受伤后皮肤疤痕的形成中起着至关重要的作用。抑制这些细胞会导致更具再生性的表型，从而减少疤痕形成。
纤维化和瘢痕的常规疗法
急性或全身性损伤后，炎症细胞从血液和局部迁移到受损部位，通过释放大量生长因子来启动组织修复。这些生长因子与机械应力和粘附蛋白结合，激活驻留和迁移的成纤维细胞。成纤维细胞的一种活化形式，称为肌成纤维细胞，增加了化学信号的分泌，如细胞因子、趋化因子和生长因子。
它们的作用是双重的：一方面，刺激了在组织损伤部位的过度积累的ECM成分，包括纤维状胶原蛋白、纤连蛋白、蛋白聚糖、糖胺聚糖和透明质酸；另一方面，抑制了基质金属蛋白酶（MMP）的活性。MMP是锌依赖性金属内肽酶家族的成员，可降解或裂解组织的多种成分、ECM和多种其他细胞外蛋白。这种综合效应导致ECM沉积异常，使组织硬度增加。虽然皮肤伤口的快速有效愈合对维持皮肤的重要屏障功能至关重要，但病理性伤口愈合反应可能导致ECM沉积异常和降解减少，最终导致疤痕和纤维化。
图2. 皮肤纤维化的细胞机制。成纤维细胞活化在纤维化的发展中起着关键作用。
皮肤疤痕通常是外伤、医源性疾病或自身免疫性疾病的结果，给患者带来身体和心理上的影响。全球数百万人因皮肤伤口修复问题而患有病理性疤痕和纤维化，其中每年约有1100万人受烧伤影响，其中71%的人会出现严重的疤痕和纤维化。然而，对于这些不良疤痕，我们仍然缺乏有效的治疗方法。
纤维化和疤痕细胞疗法
为寻找纤维化治疗方法，科学界做出了巨大努力，但目前仍然缺乏有效疗法。治疗手段多样，包括非侵入性和侵入性方法。非侵入性方法如压迫疗法、疤痕按摩和硅胶片，但它们的效果有限。侵入性方法包括手术修正、皮质类固醇注射和激光治疗，但存在一些并发症和不确定的疗效。微针治疗是一种有希望的选择，但仍需要更多研究支持其有效性。
在细胞疗法领域，干细胞的应用越来越受到关注。成体自体间充质干细胞（MSC）是一种常见的选择，尤其是脂肪源性干细胞（ASC）。相比于其他来源的干细胞，ASCs更易于获取，数量充足，且不具免疫原性。研究表明，ASCs在减少皮肤纤维化方面可能比其他干细胞更有效。因此，ASCs在再生医学中具有广泛的应用前景，为寻找治疗疤痕和纤维化的新途径提供了希望。
脂肪干细胞疗法的分类
脂肪移植
自体脂肪移植（FG）是一种手术，它涉及从身体某些部位取出多余的脂肪组织，经过处理后再将其注射到需要治疗的区域。随着人们认识到脂肪组织含有脂肪干细胞（ASC），并将其纳入标准临床实践中，这种手术已被广泛应用于修复由于癌症切除、创伤或慢性伤口造成的软组织缺损。脂肪移植（FG）的组织成分主要包括成熟脂肪细胞、前脂肪细胞、干细胞和生长因子。由于其生物相容性、微创性、易获取性、缺乏免疫原性和强大的再生潜力，FG 被认为是理想的软组织填充剂。它已被用于多种临床应用，包括治疗疤痕和纤维化，以及增加组织体积和促进组织再生。
为了最大化脂肪移植的效果，提出了多种手术方法。这些方法可能会影响脂肪干细胞的数量、活力和分化潜力，以及脂肪抽吸物的粘度。科尔曼描述的方法被认为是标准的脂肪移植手术。
图3. 脂肪移植技术。脂肪组织取自腹部、大腿内侧、膝盖或臀部（A）；通过每 3 分钟 3000 rpm 的离心处理，浓缩富含 ASC 的级分 ( B )；丢弃上部和下部后，富含ASC的纯化脂肪组织即可移植到受体部位（C）。
治疗疤痕和纤维化组织的原理很简单易懂，主要包括三个方面：
- 填充凹陷的疤痕，弥补皮下脂肪的损失；
- 释放受损皮肤或疤痕的束缚，促进底层皮肤的修复；
- 通过组织重塑和再生，改善疤痕的质量。这些效果主要依赖于脂肪组织中的多能细胞（ASC）。
治疗过程分为三个阶段：首先是从供体部位取出脂肪，如臀部、大腿内侧等；然后对脂肪进行处理，浓缩富含ASC的成分；最后将处理后的脂肪移植到需要的部位，如面部、手部等。
处理脂肪可以采用离心的方式，也可以用洗涤、过滤等方法。这种从脂肪组织提取再生产品的过程相对简单，并能提供丰富的多能细胞。
图4. SVF 和 ASC。该图说明了处理脂肪组织以获得祖细胞（SVF、基质血管部分或 ASC、脂肪源性干细胞）的不同选项。选项 ( A )（绿色）显示以胶原酶消化 (1) 开始的通道，导致酶促获得 SVF (e-SVF)，这是一种异质细胞群，主要由 ASC、血管周围细胞、内皮细胞、炎症细胞、胶原酶消化后从脂肪抽吸物中获得的细胞碎片和红细胞。培养扩增后 (3)，e-SVF 产生同质的塑料贴壁细胞群，即 ASC，被描述为 CD31−、CD34+、CD45−、CD90+、CD105− 和 CD146−。选项 ( B )（蓝色）显示了另一种选择机械获得的 SVF (m-SVF) 的方法，该 SVF 悬浮在主要由破碎的脂肪细胞和细胞碎片组成的溶液中。
SVF是从脂肪中提取的一组细胞，包括脂肪干细胞（ASC）、血管周围细胞、内皮细胞、炎症细胞、细胞碎片和红细胞。它可以通过胶原酶消化处理后的脂肪抽取得到。经培养扩增后，SVF会生成一种同质的塑料贴壁细胞群，即ASC，其特点是 CD31−、CD34+、CD45−、CD90+、CD105−和CD146−。
目前存在多种提取干细胞成分并将其与脂肪一同应用的方法。但这些方法需要专门设备来储存脂肪组织、使用胶原酶等化学试剂进行处理，以及在重新植入前对脂肪干细胞进行体外扩增。由于成本高昂且需要符合严格的监管规定，这些程序通常不太现实。因此，目前正在研究机械方法来浓缩SVF，例如脂肪乳化（又称纳米脂肪），因为它们不需要实验室设施，并且符合人体组织操作法规。纳米脂肪是一种由Tonnard引入的技术，是复杂SVF分离方案的替代方案。
纳米脂肪提取的SVF细胞数量与使用胶原酶相似，但需要更少的脂肪组织，且不需要进行实质性的组织操作。
另一种方法是将富含血小板的血浆（PRP）与脂肪移植结合。这种方法旨在通过利用PRP中的生长因子和血液制品来增强移植物的血管化和活力，从而促进脂肪生成。然而，临床结果对于PRP与脂肪移植结合时的脂肪存活率增加并不一致。PRP自20世纪70年代以来就被广泛应用于临床，因其刺激组织修复和再生过程的能力而知名。PRP治疗特性源于其中的高浓度生长因子，包括PDGF、TGF-β、IGF、EGF、FGF-2和CTGF。PRP已被证明可以增强细胞增殖、胶原蛋白生成、血管生成以及MMP1和3等，从而促进细胞和激素激活，类似于愈合过程的炎症阶段。
图5. PRP 包括外周血采集 ( A )；离心将血液分离成不同的成分（B）；以及选择富含血小板的血浆部分用于在受体部位注射（C）
PRP治疗涉及采集血液，通常通过手臂中的注射器和针头进行。采集后，血液被离心分离成三种成分：血浆、PRP层以及含有红细胞和白细胞的细胞层。然后，提取PRP层进行临床使用。在局部麻醉后，将PRP注射到受损组织中。虽然PRP本身不具备体积填充效果，但与脂肪移植结合使用时，可以增强疤痕形成。
在治疗纤维化皮肤病方面的应用
利用脂肪干细胞的疗法已成功用于逆转多种纤维化皮肤病中的真皮纤维化和疤痕。其中，增生性疤痕是不同组织损伤后常见的并发症之一。过度的结缔组织与疤痕组织的不足重塑相结合，会导致疤痕不仅在美观上不理想，还可能带来疼痛、瘙痒等问题，严重影响功能。最近的一项综合分析包括九项关于脂肪移植治疗增生性疤痕的随机对照试验，表明这种治疗方法能够成功减少疤痕。与注射盐水对照组相比，接受脂肪移植的患者疤痕愈合率更高。此外，研究还涉及到含有m-SVF的乳化脂肪，也称为纳米脂肪。动物研究表明，将m-SVF注入伤口表面可以有效加速伤口愈合。
临床试验也证明了纳米脂肪移植对乳房手术造成的疤痕有良好的治疗效果。另一项对照试验则将标准脂肪移植与富含m-SVF的标准脂肪移植进行了比较，结果显示纳米脂肪混合脂肪移植实现了更好的疤痕减少效果。
在联合疗法方面，一项试验显示，脂肪移植结合富含血小板血浆（PRP）可以成功减少疤痕。另外，一项回顾性研究证实了纳米脂肪移植结合点阵CO2激光在减少凹陷性面部疤痕方面的效果。通过脂肪移植逆转疤痕的代表性图像如图所示。
图7. 用于逆转疤痕的脂肪移植。
烧伤后疤痕
烧伤会造成各种各样的疤痕，包括凹凸不平的疤痕和厚厚的疤痕，这是因为伤口愈合过程中出现了异常。烧伤后疤痕是烧伤的一个主要后遗症，其严重程度取决于烧伤的深度。除了浅表烧伤外，较深的烧伤通常会导致疤痕愈合。尽管有许多物理治疗和整形外科手术的方法，但要完全消除这种疤痕是不可能的。这种局限损害了患者的功能和外貌，对他们的生活造成了不利影响。
对于脂肪移植治疗烧伤后疤痕的系统评价表明，几项研究描述了不同的脂肪移植治疗方法。一项研究报道了一组接受两种标准大脂肪移植治疗的患者。所有患者的面部运动、皮肤质地、柔软度、厚度和弹性都有所改善。临床结果得到了组织学分析的支持，显示新的胶原蛋白沉积、局部血管增多和真皮增生。另一组患者的临床改善也得到了报道，疤痕收缩减少，疤痕厚度减少，弹性改善，并且组织学分析进一步证实了临床结果，显示新的血管生成、胶原沉积和真皮增生。其他临床研究表明，脂肪移植对面部和手部疤痕有积极作用。
针对小鼠的实验研究显示，传统脂肪移植可以加速烧伤部位的血液循环重建，同时减少纤维化。关于乳化脂肪，多项临床研究显示其在改善皮肤僵硬和面部烧伤疤痕方面有效。一项针对三度烧伤小鼠的实验研究表明，纳米脂肪能促进伤口愈合，增加新血管生成，并加速肉芽组织形成。对于SVF和ASC，多项临床研究使用市售试剂盒获得的e-SVF治疗烧伤疤痕，取得了积极的结果。这些临床结果在小鼠的比较烧伤疤痕中的脂肪移植和ASC的实验研究中得到了进一步的验证，结果显示接受脂肪移植和/或ASC治疗的小鼠烧伤创面深度和面积都减少了。
ASC治疗真皮纤维化的作用机制
直接机械效应：脂肪组织注射到纤维化皮肤中，脂肪细胞填充作用稀释了纤维化组织内的胶原纤维，降低了其硬度。
图8. 作用机制。该图说明了脂肪移植和基于 ASC 的疗法如何结合机械 (1) 和旁分泌 (2) 效应来减少疤痕和皮肤纤维化。
再生作用：主要由脂肪来源的干细胞（ASC）驱动，无论是在培养物中提取和扩增，还是在脂肪抽吸物或SVF中。ASC减少纤维化的机制包括刺激新血管生成、调节免疫反应以及对细胞外基质（ECM）的营养作用。
抑制TGF-β1：ASC通过抑制TGF-β1的表达和活性发挥抗纤维化作用。TGF-β1是参与皮肤纤维化的关键分子之一，其活化会促进纤维化。
调节ECM：ASC能够抑制ECM的产生并促进其成分的分解，重塑纤维化细胞外基质。
免疫调节：ASC通过减少促炎细胞因子的产生，建立了一个“良性循环”，减轻组织炎症、增强血管生成和减轻氧化应激，从而减少随后的慢性炎症和纤维化。
结论
大量证据显示，利用脂肪干细胞治疗纤维化和疤痕可以有效改善患者的状况。人类和动物研究表明，脂肪移植和ASC细胞疗法对治疗不同类型的纤维化病症有着很好的潜力。通过软化纤维化组织，可以显著提高患者的功能和整体生活质量。
抗纤维化作用可能主要由ASC发挥，ASC是一种丰富且易于培养的细胞，能够在体外分化成多种类型的细胞，包括脂肪细胞、骨细胞、软骨细胞、神经细胞和肌肉细胞。但是，ASC的确切机制尚不清楚，这涉及到多种细胞成分之间复杂的相互作用，包括脂肪细胞、ASC、周围细胞以及各种细胞因子和生长因子等生物分子。这些因素促进了血管生成、调节了免疫反应并发挥了营养作用。
目前，我们还不清楚单独使用标准脂肪移植、PRP还是ASC联合治疗更有效。总之，虽然这些新兴疗法表现出了希望，但我们仍然需要进行更多的随机对照试验和定量分析，以证实它们在控制纤维化和疤痕方面的功效和成本效益。