自1995年Schena等
[6]首次报道基因表达谱芯片以来,基因芯片已广泛地用于基因功能的研究。实验结果充分体现了基因芯片技术能够低消耗、高灵敏度、高通量地分析细胞内基因表达谱的特点,通过比较分析正常婴儿皮肤与正常成人皮肤之间的差异表达基因,可为研究胎儿创伤无瘢痕愈合的机制提供新线索与新思路。
基因芯片也称为基因微阵列,是指在有限的载体上加载大量基因信号,可以用有限的标本,在短时间内、条件几乎一致的情况下,检测大量基因的表达情况,从而提供全面可靠的基因表达谱[7]。基因芯片的开发和应用不仅更新了瘢痕研究的理念,而且为基因水平上探索瘢痕的发生机制及防治方法提供了简单、高效、精确的研究手段。课题组通过建立动物模型比较胎兔与成兔皮肤瘢痕基因差异表达,共分析10大类基因得出差异表达基因117个,其中上调的基因89个,下调28个,为研究皮肤无瘢痕愈合的机制及实现基因水平调控皮肤创伤修复和组织再生及瘢痕形成中寻找直接的预防和干预手段奠定了基础[8]。
早期妊娠胎儿皮肤创面愈合后一般不形成瘢痕,而妊娠晚期和出生后机体皮肤伤口愈合常为有瘢痕愈合,这一变化的机制目前尚不明确。有研究表明,妊娠早期胎儿皮肤显著无瘢痕愈合能力不受胎儿所处的无菌、湿润和低氧环境的影响,而皮肤细胞以及其调节基因表达的变化则在其中可能起着十分重要的作用[9-10]。Chin等[11]发现在胎儿发育早期,皮肤伤口不发生收缩,愈合后也不形成瘢痕;在妊娠中期,皮肤伤口开始出现收缩,愈合后形成类似瘢痕样结构;在妊娠晚期胎儿以及出生后机体皮肤中,创面愈合后伴随着瘢痕的形成。实验应用基因芯片技术发现在早期妊娠胎儿的皮肤组织中,mkk6、mkk3和p38MAPK 基因表达较强;随着胎龄的增长表达逐渐减弱,其表达规律与创面愈合是否形成瘢痕的时相十分吻合。在胎儿皮肤生长和成熟过程中,P38MAPK、mkk3和mkk6基因都有表达。随着胎龄的增长其表达量逐渐降低,分析其表达产物在皮肤发生、成熟和结构功能的维持中可能起重要作用[12-14]。
实验所筛选出的差异表达基因,全面反映了瘢痕增殖形成过程中各种细胞(尤其是成纤维细胞)各方面的变化。随着芯片扫描例数的增加,最终集中到数量不多的基因上。这些基因或许就是重要或关键的相关基因,对它们在分子与蛋白水平的重新研究,将会得到新的结论。
瘢痕的形成是一个复杂的过程,受多种生长因子的调节,碱性成纤维细胞生长因子是其中一种[15]。研究发现:在碱性成纤维细胞生长因子基因的顺式调控元件上存在部分原癌基因编码的蛋白因子的结合位点,原癌蛋白与这些位点特异性亲和后,调节碱性成纤维细胞生长因子基因表达[16]。实际上,癌基因是细胞内正常基因组中的组成成分,编码生长因子、生长因子受体、蛋白激酶、信号传递分子和转录调控因子等。通过对细胞内生长调控系统中多环节的作用而影响细胞生长、增殖和分化全过程。在成人皮肤组织中c-myc基因表达和蛋白含量都高于胎儿皮肤组织,其变化规律与碱性成纤维细胞生长因子基因相接近[17]。成人机体受伤后,细胞核内的c-fos基因表达首先升高,致细胞启动基因c-myc表达增强,在高浓度碱性成纤维细胞生长因子和c-myc等细胞因子的作用下,引起肉芽组织过度增生,最终导致伤口愈合形成瘢痕[18]。而胎儿皮肤伤口无瘢痕重建可能与胎儿皮肤组织中碱性成纤维细胞生长因子、c-fos和c-myc等基因表达和蛋白含量较低密切相关[19-20]。碱性成纤维细胞生长因子和c-myc基因在胎儿皮肤细胞内都发生转录,而细胞内c-fos基因的mRNA含量很少。在成人皮肤细胞内,这3种基因转录增强,表达量明显高于胎儿皮肤细胞[18]。
胎儿无瘢痕组织愈合是成年伤口愈合的最理想目标
[21-22]。实验利用基因芯片技术对正常胎儿和成人皮肤基因表达进行检测,结果表明在胎儿和成人皮肤部分基因呈现差异表达。但是,其机制尚不能完全阐明。其原因可能主要是在创伤刺激下机体修复调节系统发生改变,某些基因表达上调、而另一些基因表达下降,从而调控效应细胞的功能改变,最后实现创伤修复的无瘢痕愈合,相关基因及其作用机制和实现途径尚待进一步研究。