综述：实验室、临床试验和市场中的表皮角质形成细胞：一篇叙述性综述

《Health Science Reports》：Epidermal Keratinocyte Cells in Laboratory, Clinical Trials, and Market: A Narrative Review

角蛋白细胞在皮肤再生与修复中的生物学特性及其临床应用研究表明，自体和同种异体角蛋白细胞移植可有效治疗烧伤、糖尿病溃疡等皮肤损伤，促进表皮再生和伤口愈合，同时生物工程皮肤替代品（如Epicel、Apligraf）通过结合纤维细胞和三维支架技术显著提高修复效率。

　　皮肤作为人体最大的器官，不仅承担着重要的保护功能，还在调节体温、防止水分流失以及防御外界病原体方面发挥着关键作用。在严重创伤如烧伤的情况下，表皮细胞——尤其是角质形成细胞（keratinocytes）——在皮肤再生过程中起着至关重要的作用。角质形成细胞是表皮的主要细胞类型，它们通过分泌生长因子和细胞因子，在组织修复和再生中扮演核心角色。本文旨在探讨角质形成细胞的生物学特性及其在治疗皮肤疾病和开发皮肤替代物方面的应用潜力。

角质形成细胞在皮肤表层持续脱落，以确保表皮的不断更新。这些细胞在表皮中分为三种类型：基底层细胞、暂时增殖细胞以及完全分化的角质形成细胞。基底层细胞紧贴基底膜，是表皮再生的主要来源。它们通过有丝分裂不断增殖，将新生细胞推向表皮上层，最终形成角质层（stratum corneum）。这一过程受到多种信号通路的调控，如Notch、Wnt/β-catenin和Hippo通路，这些通路在角质形成细胞的增殖、分化和凋亡中发挥重要作用。此外，角质形成细胞还表现出昼夜节律，其增殖高峰通常出现在夜间，这一现象反映了机体环境和系统性信号对皮肤再生功能的深远影响。

在维持皮肤稳态和提供屏障功能方面，角质形成细胞的作用不可忽视。它们不仅能够合成和积累角蛋白，还在细胞外基质（ECM）重塑和与皮肤微生物群的双向交流中起到关键作用。角质形成细胞通过分泌基质金属蛋白酶（MMPs）来调控ECM的降解与重组，从而促进表皮的再生。同时，它们还能通过释放细胞因子和趋化因子，吸引并激活免疫细胞，增强皮肤的免疫防御能力。这种动态的调节机制使角质形成细胞在应对感染、炎症和组织损伤时表现出高度的适应性。

角质形成细胞在皮肤再生中的应用主要体现在细胞治疗和组织工程领域。在烧伤和慢性伤口的治疗中，自体角质形成细胞移植（如自体皮肤移植）已被证明具有显著的疗效。然而，当患者缺乏足够的供体皮肤时，利用角质形成细胞培养技术结合胶原凝胶和成纤维细胞的替代方法也展现出良好的前景。这些技术不仅能够加速伤口愈合，还能有效减少瘢痕形成，提高患者的生存率。此外，随着生物工程和3D生物打印技术的进步，皮肤替代物的研发也取得了重大突破。例如，Apligraf作为一种FDA批准的活体双层皮肤替代物，由新生儿包皮来源的角质形成细胞和成纤维细胞组成，嵌入在牛型I胶原基质中，被广泛应用于治疗难以愈合的伤口和烧伤。

在糖尿病患者的治疗中，角质形成细胞的应用同样具有重要意义。糖尿病足溃疡是糖尿病患者常见的并发症之一，往往因神经病变和微血管障碍而难以愈合。近年来，通过将角质形成细胞和成纤维细胞移植到溃疡部位，研究人员发现这种治疗方法能够显著提高溃疡愈合率。例如，一项2004年的研究显示，6/9例糖尿病足溃疡在接受角质形成细胞移植后在6至20周内完全愈合。另一项2002年的研究则表明，使用培养的角质形成细胞和成纤维细胞治疗慢性溃疡，可以在60天内实现完全愈合，并在16个月的随访中未观察到复发情况。这些结果表明，角质形成细胞的治疗效果不仅限于烧伤，也适用于其他类型的慢性伤口。

目前，角质形成细胞在临床中的应用主要依赖于其培养和移植技术。这些技术包括将角质形成细胞喷洒或注射到伤口部位，或者将其与成纤维细胞共同培养，形成具有多层结构的皮肤替代物。例如，Epicel是一种由患者自体角质形成细胞制成的敷料，已被批准用于治疗大面积深度烧伤。Kerahea和ReCell则是另一种形式的角质形成细胞治疗产品，它们以喷雾形式使用，能够快速覆盖伤口表面，促进表皮再生。JACE是一种通过小面积皮肤样本提取角质形成细胞并培养形成的细胞片，适用于大面积烧伤或缺乏足够供体皮肤的患者。这些产品不仅提高了治疗的可及性，还降低了感染和排斥反应的风险。

尽管角质形成细胞疗法在皮肤修复方面展现出巨大潜力，但其应用仍面临诸多挑战。首先，角质形成细胞的存活率受伤口床状态的影响较大，研究表明，当伤口床为慢性肉芽组织时，移植细胞的存活率仅为15%，而在新鲜肉芽组织中则可达到28%–47%，而在坏死组织覆盖的伤口中，存活率可提高至45%–75%。这提示，移植前对伤口床的准备至关重要，必须确保其处于适合细胞生长和迁移的状态。其次，虽然自体细胞移植具有较低的排斥风险，但其准备时间较长，通常需要3周才能获得足够的细胞数量，这在烧伤患者中可能增加脱水和感染的风险。此外，合成和生物合成材料在某些情况下仍难以完全替代角质形成细胞，因为它们缺乏与天然皮肤相似的结构和功能特性。

为了克服这些局限，科学家们正在探索新的策略，如3D生物打印技术。该技术利用水凝胶作为基质，将角质形成细胞和成纤维细胞精确排列，形成类似天然皮肤的结构。例如，Cubo等人在2016年的研究中使用3D生物打印机制造了包含角质形成细胞和成纤维细胞的皮肤替代物，其结构和功能与人类皮肤高度相似。这种技术不仅提高了皮肤替代物的生物相容性，还使得细胞移植更加高效和可控。此外，一些研究还表明，通过喷雾或注射的方式移植角质形成细胞，可以更快速地覆盖伤口表面，促进组织修复。例如，在2008年的一项研究中，Fredriksson等人发现单细胞悬液移植是一种简单且成本效益高的方法，能够显著提高伤口愈合率。

角质形成细胞的治疗效果还受到多种因素的影响，包括FOXO1等转录因子的调控。FOXO1在调节角质形成细胞介导的伤口愈合过程中起着关键作用，它能够激活多种促进愈合的因子，如TGF-β、整合素和抗氧化剂。然而，在糖尿病等慢性疾病中，FOXO1的活性可能受到干扰，导致其对伤口愈合的促进作用减弱。例如，高血糖水平、衰老和促炎因子如TNF-α的增加可能会降低FOXO1与TGF-β1启动子的相互作用，从而影响细胞的再组织化和结缔组织形成。此外，糖尿病还可能促进FOXO1与其他基因启动子的结合，导致某些蛋白（如MMP9、CCL20和IL-36γ）的过度表达，这会抑制角质形成细胞的迁移，破坏细胞聚集，进而影响伤口的愈合过程。

尽管存在这些挑战，角质形成细胞疗法在临床中的应用前景依然广阔。随着生物工程技术的不断发展，越来越多的皮肤替代物被开发出来，以满足不同患者的需求。例如，Apligraf、Epicel、Kerahea和JACE等产品已经在临床试验中显示出良好的效果，为烧伤和慢性伤口的治疗提供了新的选择。同时，这些技术的应用也促进了皮肤再生医学的进步，使得医生能够更有效地治疗复杂和难以愈合的皮肤损伤。

在实际应用中，角质形成细胞疗法的优势体现在多个方面。首先，它能够显著降低感染风险，因为自体细胞移植减少了外来材料的引入。其次，这种方法可以加快伤口愈合过程，避免长期依赖传统皮肤移植技术。此外，由于角质形成细胞来源于患者自身，因此其排斥反应的风险较低，提高了治疗的安全性。然而，这些优势并不意味着角质形成细胞疗法没有局限性。例如，细胞培养和移植过程可能需要较长的时间，这在紧急情况下可能影响治疗效果。此外，不同类型的烧伤和伤口对治疗的反应可能存在差异，因此需要进一步的研究来优化治疗方案，提高其在不同患者群体中的适用性。

为了进一步提升角质形成细胞疗法的临床效果，科学家们正在探索新的材料和技术。例如，一些研究正在尝试使用更先进的生物材料作为细胞移植的载体，以提高细胞的存活率和功能表现。这些材料不仅能够提供良好的细胞附着环境，还能促进细胞迁移和分化，从而加快伤口愈合。此外，一些研究还关注如何通过调控细胞因子和信号通路，增强角质形成细胞的再生能力。例如，通过干预Notch、Wnt/β-catenin和Hippo通路，可以更精确地控制角质形成细胞的增殖和分化，提高其在组织修复中的作用。

在未来的皮肤再生研究中，角质形成细胞的潜力将进一步被挖掘。科学家们不仅关注其在烧伤和慢性伤口治疗中的应用，还希望探索其在其他皮肤疾病中的治疗价值。例如，角质形成细胞可能在遗传性皮肤疾病、免疫相关皮肤病以及某些癌症的治疗中发挥重要作用。此外，随着个性化医疗的发展，角质形成细胞疗法也可能被用于定制化治疗，以满足不同患者的特定需求。例如，通过基因编辑技术，可以调整角质形成细胞的某些特性，使其更适合特定类型的伤口修复。

综上所述，角质形成细胞在皮肤再生和修复中的作用已经得到了广泛认可。它们不仅能够促进伤口愈合，还能通过调节免疫反应和细胞外基质重塑，提高治疗效果。尽管目前仍面临一些技术挑战，但随着生物工程和细胞治疗技术的不断进步，角质形成细胞疗法有望成为治疗严重皮肤损伤的重要手段。未来的研究应继续探索如何优化细胞培养和移植过程，提高其在不同患者群体中的适用性，并进一步验证其在临床中的安全性和有效性。这将为皮肤再生医学带来新的突破，为患者提供更有效的治疗方案。