压力治疗增生性瘢痕的生物学机制研究

发布时间：2020-10-13 17:23

　　 增生性瘢痕是伤口过度愈合导致的一种病理性纤维化疾病,其组织学特点为成纤维细胞的过度增殖及细胞外基质的过度沉积,常伴有瘙痒及疼痛,严重影响美观并可能导致功能障碍,是整形外科中仍未解决的重要难题。尽管国内外学者已经对瘢痕的形成及发展过程进行了深入的研究,但其具体的发病机制仍未被完全阐明。据统计,压力疗法作为一种非侵入式的治疗方法在60%~85%的患者身上获得成功,但对瘢痕的压力治疗均基于临床经验,而且由于增生性瘢痕产生缓慢、随机性强、人体样本较难连续获取等特点,所以对压力治疗增生性瘢痕的分子机制的认识尚没有明确的科学数据。利用动物模型阐明增生性瘢痕的发病机理及发展过程,揭示压力治疗增生性瘢痕的生物学机制,不仅使增生性瘢痕的发生发展过程的连续研究成为可能,同时可以为临床上压力疗法的应用提供理论依据及指导。基于此,本课题选用巴马小型猪作为研究对象,通过制造背部取皮伤建立增生性瘢痕动物模型并进行加压治疗。结合组织学分析手段和分子生物学实验方法对增生性瘢痕形成及发展过程和压力治疗过程展开系统的、连续的在体研究,从外观水平、组织学水平、转录组水平及蛋白水平分析增生性瘢痕的产生机理、发展过程及压力治疗的潜在分子机制。本研究的主要内容和结果如下:(1)成功建立了增生性瘢痕动物模型。选择巴马小型猪作为研究对象,利用电动取皮刀在其背部制造深及真皮层的取皮伤,使其自然上皮化而愈合。在取皮后第14、30、60、90和120天时观察伤口的愈合情况以及瘢痕的形成情况,并提取皮肤组织样本,行HE染色和马松染色,观察细胞的增殖以及胶原的沉积情况。结果显示,取皮后第60天时,形成的瘢痕在原始损伤边缘范围内,明显比周围正常皮肤更坚硬,中心呈深红色,且所有伤口都具有致密、纤维化、凸起但不明显的外观,组织切片染色可见细胞增殖明显、胶原纤维沉积并排列紊乱,确定巴马小型猪背部取皮伤后形成了增生性瘢痕;(2)压力治疗改善了瘢痕外观,减缓了瘢痕增生。在取皮后第60天时,利用自制压力绷带对巴马小型猪背部形成的增生性瘢痕进行加压治疗,压力大小为3.4 kPa(25.5 mmHg),每天24小时持续加压不间断,在取皮后第90天和120天时观察压力治疗对瘢痕的外观水平及组织学水平的影响。结果显示,压力治疗减轻了增生性瘢痕的色素沉着,使瘢痕表面变得平整,改善了增生性瘢痕的外观。组织切片染色可见,成纤维细胞数量减少,胶原纤维结节减少且排列方式变得整齐,几乎平行于皮肤表面,确定压力治疗具有较好的临床效果;(3)压力治疗影响了瘢痕动物模型的转录组表达水平。利用RNA-seq技术检测取皮后不同时间点皮肤组织中转录组水平的表达情况,然后采用生物信息学分析软件计算瘢痕形成及发展过程和压力治疗过程中的基因表达差异,并对差异表达基因(DEGs)进行GO功能富集分析和KEGG信号通路富集分析,最后通过qRT-PCR验证测序结果的可靠性。结果表明,加压治疗2个月后DEGs数目少于加压治疗1个月后的DEGs数目,但两组DEGs所富集的GO功能条目类似,包括细胞外基质、生长因子结合及表皮细胞迁移等;且两组DEGs所富集的KEGG信号通路也类似,包括细胞外基质-受体相互作用、蛋白质的消化和吸收等信号通路,本结果确定压力治疗影响了瘢痕动物模型转录组的表达水平;(4)压力治疗抑制了瘢痕动物模型组织中IGF-1/IGF-1R及其下游PI3K/AKT信号通路的表达。基于RNA-seq数据,计算取皮后不同时间点皮肤组织中IGF-1/IGF-1R信号通路及其下游MEK/ERK和PI3K/AKT两条信号通路的转录组表达水平,qRT-PCR和Western blot分别检测基因和蛋白的表达水平,探讨该信号通路在瘢痕形成及发展过程和压力治疗过程中发挥的作用。结果显示,加压治疗后MEK/ERK信号通路表达水平升高,但IGF-1/IGF-1R信号通路及其下游PI3K/AKT信号通路的表达水平显著降低;(5)压力治疗抑制了瘢痕动物模型组织中细胞外基质的表达。基于RNA-seq数据,计算取皮后不同时间点皮肤组织中血管内皮生长因子(VEGF)、I型胶原(Collagen I)、III型胶原(Collagen III)、纤连蛋白(FN)和α-平滑肌肌动蛋白(α-SMA)的转录组表达水平并进行qRT-PCR验证,考察VEGF及细胞外基质在瘢痕形成及发展过程中的表达变化以及压力治疗对细胞外基质分泌的影响。结果显示,压力治疗1个月后明显抑制了Collagen I、Collagen III、FN和α-SMA的基因表达,但加压治疗2个月后表达有所回升。综上所述:巴马小型猪背部取皮伤可以成功建立增生性瘢痕动物模型,IGF-1/IGF-1R及PI3K/AKT信号通路可能在压力治疗增生性瘢痕的过程中发挥重要作用。
【学位单位】：太原理工大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2018
【中图分类】：R622
【部分图文】：

人体皮肤的组织结构

图 1-2 增生性瘢痕的发病机制中所涉及的主要生长因子通路的示意图[30]. 1-2 Schematic diagram of primary growth factor pathways involved in the pathogenehypertrophic scars[30]外基质（ECM）代谢异常

前创伤部位进行加压治疗（图 2-2），并用压力传感器测量及时调整弹力绷带使压力值维持在 3.4 kPa（25.5 mmHg）， 2-1 所示。在取皮后不同时间点（14、30、60、90、120 天加压与未加压位置。提取的皮肤组织样本一部分固定于 4%学切片染色分析；一部分保存于液氮中，用于后续的分子
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本文编号：2839458