综述：解析纤维化瘢痕在脊髓损伤后病灶塑造及神经修复中的作用

《Cells》：Understanding the Role of Fibrotic Scarring in Shaping the Lesion Site and Neural Repair After Spinal Cord Injury

　　

脊髓损伤（SCI）发生后，损伤部位会形成复杂的病灶瘢痕，该瘢痕在数周内逐渐成熟并发生重塑，深刻影响神经修复与功能恢复。病灶由核心部的纤维化瘢痕及外周的星形胶质细胞瘢痕（或称边界）共同构成。尽管星形胶质细胞瘢痕已获数十年广泛研究，纤维化瘢痕直至近期才被确认为损伤后病理生理过程中的关键参与者。纤维化瘢痕具有双重作用：其既参与组织稳定、限制继发性损伤，但其持续存在亦会成为阻碍轴突再生、抑制功能恢复的屏障。尽管相关研究兴趣日益增长，纤维化瘢痕的形成机制与功能仍存在诸多关键认知空白。本综述整合了当前关于SCI后纤维化瘢痕的研究进展，涵盖其时间演化进程、细胞组成、分子调控机制及其与病灶内其他细胞类型的相互作用，并讨论了靶向纤维化的新兴治疗策略。研究人员进一步强调了关键的知识缺口，并展望了未来的研究方向，旨在明确纤维化瘢痕如何塑造损伤微环境并影响神经修复。

脊髓损伤后的纤维化瘢痕研究是当前中枢神经损伤修复领域的核心议题之一。本文围绕纤维化瘢痕的细胞身份、调控信号、动态演变、细胞互作、干预策略及跨模型比较展开系统论述，具体内容如下：

1. 1.
   纤维化瘢痕形成细胞的细胞身份
   纤维化瘢痕的细胞起源长期存在争议。早期研究认为其源自浸润的脑膜细胞，但非穿透性SCI模型中完整的硬脊膜与脑膜结构挑战了这一观点，目前成纤维细胞和周细胞被认为是主要来源。由于二者转录谱高度重叠且分离纯化存在技术局限，单细胞RNA测序（scRNA-seq）、谱系示踪及改进的细胞分离技术推动了认知的深化。
   1.1 成纤维细胞与周细胞的遗传标记
   成纤维细胞是维持细胞外基质（ECM）稳态与结构支持的间充质细胞，富集表达I型胶原α2链（Col1a2）、血小板衍生生长因子受体α（PDGFRα），以及Decorin、Lumican、LamA1、Pi16、Periostin、Fibronectin 1、Mmp2、Matn2、Cyp1b1、Clmp等ECM相关基因。周细胞是包绕中枢神经微血管内皮的壁细胞，对血脑屏障完整性、血管稳定性及脑血流调节至关重要，经典标记包括CSPG4（NG2）、Desmin、Anpep（CD13）、RGS5、Dlk1、Cd248，后续研究补充了Atp13a5、Abcc9、Kcnj8等富集标记。值得注意的是，PDGFRβ、Anpep、Slc1a3（GLAST）等标记在两类细胞中均有表达，限制了其特异性，未来需结合谱系示踪、空间转录组与功能验证进一步明确标记特异性。
   1.2 周细胞在纤维化瘢痕中的作用
   研究发现一类GLAST⁺周细胞亚群在SCI后3天即可从血管壁脱落，迁移至病灶核心并长期存活，被称为“A型周细胞”。但该类细胞是否独立于成纤维细胞仍存争议，因成纤维细胞同样表达CD13/Anpep、PDGFRα、PDGFRβ及GLAST。scRNA-seq与拟时序分析显示，周细胞可向成纤维样状态转化，伴随周细胞标记Atp13a5、Cspg4下调及成纤维标记Col1a1、Col8a1、Fn1上调。此外，血管平滑肌细胞（αSMA⁺）与周细胞（NG2⁺）在实验性自身免疫性脑脊髓炎（EAE）模型病灶中贡献有限，其在SCI中的精确作用仍需深入探究。
   1.3 成纤维细胞在纤维化瘢痕中的作用
   未损伤脊髓中，成纤维细胞主要定位于大直径血管旁，表达Col1a1、PDGFRβ及CD13。SCI后4天，成纤维细胞迅速迁移至损伤部位并与PDGFRβ完全共定位。通过双报告系统（Col1a1-GFP; NG2CreER^T2; tdTomato）可将其与周细胞区分：Col1a1⁺细胞定位于大血管且不表达周细胞标记NG2，而NG2⁺周细胞主要分布于小血管且在SCI后位于病灶外。scRNA-seq证实病灶中存在活化的成纤维细胞与肌成纤维细胞簇，富集Pi16及多种ECM相关基因，且在损伤后5天及14天的比例显著高于周细胞与血管平滑肌细胞，且与巨噬细胞存在IL1α/β、Vegfa/b、PDGFA、TGFβ1等信号互作。
2. 2.
   调控成纤维细胞活化的信号通路
   成纤维细胞在损伤后从静息监测状态向活化的ECM分泌表型转化，受多种信号通路精密调控。
   2.1 转化生长因子-β（TGF-β）
   TGF-β是组织损伤后成纤维细胞活化与肌成纤维细胞分化的经典介导因子，在肺、肾、皮肤等外周器官病理性纤维化中起核心驱动作用，该作用同样延伸至中枢神经系统。SCI后损伤部位TGF-β mRNA迅速诱导表达，空间与单细胞转录组研究显示，SCI后5天及14天的成纤维细胞中TGF-β信号通路显著富集，且配体-受体互作评分远高于周细胞与血管平滑肌细胞，凸显其对纤维化瘢痕形成的特异性调控。
   2.2 血小板衍生生长因子（PDGF）
   PDGF信号是组织修复与纤维化的已知介导因子，通过作用于成纤维细胞与周细胞表面的受体发挥作用，在肾、肝、皮肤等多器官纤维化中与TGF-β功能相似。SCI后PDGF受体（PDGFRα、PDGFRβ）表达细胞大量聚集于损伤部位，scRNA-seq显示损伤后5天及14天，周细胞、内皮细胞、小胶质细胞与巨噬细胞中PDGF信号均显著升高，其在纤维化中的具体功能有待体内扰动实验验证。
   2.3 CXCL4
   除TGF-β与PDGF外，炎症趋化因子也调控成纤维细胞的招募与活化。CXCL4信号可通过驱动细胞向肌成纤维细胞转化参与纤维化疾病。在SCI中，巨噬细胞来源的CXCL4可促进周细胞向肌成纤维细胞转化：体外实验中CXCL4处理可上调周细胞的肌成纤维细胞标记Acta2与Col1a1，下调周细胞标记PDGFRβ与NG2；体内中和CXCL4抗体可减少α-SMA、I型胶原、层粘连蛋白与纤连蛋白的表达，减弱纤维化瘢痕形成。
   2.4 其他信号通路
   Eph/ephrin信号、整合素β1、N-钙黏蛋白、PlexinB1/B2等通路也被证实参与SCI后纤维化瘢痕调控。例如Ephrin-B2/EphB2参与维持星形胶质细胞瘢痕与纤维化瘢痕之间的清晰边界；整合素β1与N-钙黏蛋白介导星形胶质细胞与成纤维细胞对纤维化ECM的黏附；PlexinB1/B2信号支持伤口约束与损伤边界的组织形成，但其调控成纤维细胞活化、增殖、迁移或ECM合成的具体机制仍需阐明。
3. 3.
   SCI中纤维化瘢痕的动态演变
   纤维化瘢痕是损伤部位动态重塑的最终产物，经历急性期、成熟期与慢性期三个阶段。
   3.1 急性期（0–7天）
   损伤后前3天，病灶处缺乏血管、成纤维细胞与周细胞，伴随大量细胞死亡、碎片清除与免疫细胞浸润。第3天起血管开始出芽，A型周细胞与成纤维细胞开始出现于损伤部位，纤连蛋白水平轻度弥漫升高。第5天时A型周细胞脱离血管壁，表达增殖标记并上调肌成纤维细胞标记，PDGFRβ⁺细胞亦出现于病灶并表达肌成纤维细胞标记Acta2，处于活化增殖状态。
   3.2 成熟期（7–14天）
   此阶段成纤维细胞、A型周细胞与ECM蛋白快速扩增与组织化。A型周细胞在第9天左右达丰度峰值，伴随星形胶质细胞瘢痕的结构收缩与病灶内细胞的圈闭。PDGFRβ⁺细胞数量在5至14天显著增加，挫伤模型中第7天成纤维细胞已被周围GFAP⁺星形胶质细胞限制在病灶核心，纤连蛋白沉积从弥漫转为致密纤维状，标志活跃的基质组装。此时纤维化瘢痕与星形胶质细胞边界形成清晰分隔，基底膜结构的形成被认为参与这一分隔过程。
   3.3 慢性期（14天及以后）
   瘢痕结构基本稳定，极少发生进一步重塑扩张。纤维化瘢痕仍与周围星形胶质细胞边界清晰分隔，Col1a1⁺成纤维细胞的数量、分布与形态保持稳定。在背侧半切模型中，A型周细胞数量在损伤后7个月内逐渐下降约50%，伴随病灶轻微缩小，但整体结构持续存在，成纤维细胞/周细胞始终局限于病灶内并被星形胶质细胞边界包绕。二者间的双向互作及边界维持信号仍有待完全阐明。
4. 4.
   SCI病灶部位的多细胞互作
   4.1 成纤维细胞与免疫细胞的互作
   SCI后免疫细胞迅速浸润，通过细胞因子与趋化因子信号招募成纤维细胞等参与瘢痕形成。时空动态显示，第3天时周细胞与成纤维细胞稀疏，免疫细胞较少；第7天二者均大幅增加，第14天形成结构化纤维化瘢痕。第14天时CD11b⁺免疫细胞、Mac2⁺巨噬细胞与CD68⁺活化巨噬细胞均与成纤维细胞紧密关联，且骨髓嵌合模型证实浸润的巨噬细胞而非驻留小胶质细胞主要与纤维化核心时空共定位。伤后3天脊髓组织中Cxcl4显著上调，主要由Spp1⁺Fn1⁺促纤维化巨噬细胞表达，提示其通过促进周细胞招募与肌成纤维细胞转化驱动纤维化。
   4.2 成纤维细胞与星形胶质细胞的互作
   星形胶质细胞瘢痕与纤维化瘢痕的空间邻近性深刻影响病灶微环境的修复 permissivity。成熟瘢痕中，GFAP⁺星形胶质细胞表达ephrin-B2配体，而纤维化瘢痕中的纤连蛋白⁺成纤维细胞表达其受体EphB2，介导二者间的分子对话。反应性星形胶质细胞主要与I型胶原阴性区域相关，而瘢痕形成性星形胶质细胞则与I型胶原高度共定位，提示成纤维细胞来源的I型胶原可能通过整合素介导的ECM感知促进反应性星形胶质细胞向瘢痕形成性表型转化。阻断整合素β1或N-钙黏蛋白均可减少星形胶质细胞瘢痕形成并改善轴突再生与功能恢复。此外，Plexin信号参与星形胶质细胞、巨噬细胞与成纤维细胞的互作：小胶质细胞/巨噬细胞中条件性敲除PlexinB2可增加病灶体积、破坏伤口约束与边界形成；星形胶质细胞中敲除PlexinB1则会破坏边界形成并增强成纤维细胞活性。
5. 5.
   既往靶向SCI纤维化瘢痕的干预策略
   5.1 药理干预
   早期策略多直接靶向伤后形成的胶原基底膜，多数可改善轴突再生与行为学恢复。骨膜素（Periostin）敲除可降低PDGFRβ表达、减少周细胞增殖、改善运动功能并增加跨越病灶的轴突数量；其拮抗单抗也可改善运动恢复并减小纤维化瘢痕，但该效应具有时间依赖性，延迟至伤后2周给药则无功能获益，提示急性期存在关键治疗窗口。TGF-β中和抗体可降低血清与脊髓组织中TGF-β1水平，减少pSmad2⁺PDGFRβ⁺周细胞数量，增加跨越病灶的5-HT与βIII-微管蛋白阳性轴突密度，增强胶质瘢痕形成并改善功能恢复。PDGFRβ信号抑制剂SU16f可减少PDGFRβ表达、纤连蛋白与层粘连蛋白沉积及病灶体积，但会破坏星形胶质细胞-纤维化边界的有序性；PDGF信号抑制剂伊马替尼则可促进运动恢复、增加跨越病灶的轴突数量、保护神经元并减少ECM标记与FSP1⁺成纤维细胞。
   5.2 遗传干预
   遗传策略可实现精准的细胞与基因操控。靶向星形胶质细胞-成纤维细胞界面的Eph/ephrin信号干预中，星形胶质细胞特异性敲除ephrinB2可使皮质脊髓束轴突更接近病灶中心，减小星形胶质细胞瘢痕并加速运动恢复；成纤维细胞中RNAi敲低EphB2可阻止星形胶质细胞在损伤边界聚集，增加病灶内神经丝表达与有髓纤维数量，但不影响星形胶质细胞总体反应性或粗大运动恢复。靶向免疫细胞的研究显示，清除血液来源巨噬细胞可减少Col1a1⁺成纤维细胞密度并损害基底膜形成；条件性敲除巨噬细胞中的TGFB1可减少纤连蛋白沉积、增加病灶区神经纤维密度并降低TGF-β1水平。直接靶向瘢痕形成细胞的干预中，A型周细胞中条件性敲除TGF-β受体2可减少III型胶原沉积、增加5-HT与βIII-微管蛋白阳性神经纤维、改善感觉与运动恢复，但会增加星形胶质细胞增生；通过“Rasless”系统抑制A型周细胞增殖的效果呈重组效率依赖性：高效重组导致严重组织缺陷与纤维化瘢痕完全缺失，无法闭合损伤部位；中等效率则可减少但未消除纤维化瘢痕，促进皮质脊髓束与红核脊髓束轴突自发再生并改善功能恢复。
6. 6.
   其他SCI模型的比较启示
   6.1 新生小鼠
   新生小鼠具有强大的再生能力，SCI后可实现近完全功能恢复且无持续瘢痕形成。出生后第2天（P2）损伤的新生鼠几乎无I/III型胶原与纤连蛋白沉积，PDGFRβ与免疫细胞极少，病灶可被轴突、星形胶质细胞、小胶质细胞与血管再填充，接近未损伤组织；而P12损伤则出现pSMAD2与PDGFRβ表达及可检测的纤维化瘢痕，提示存在狭窄的无瘢痕愈合发育窗口。P2损伤小鼠中清除小胶质细胞会破坏再生桥形成、阻滞轴突再生并诱导瘢痕样改变，提示小胶质细胞在无瘢痕愈合中起关键作用。
   6.2 刺毛鼠（Acomys cahirinus）
   刺毛鼠是成年哺乳动物再生模型，皮肤、肾脏、心脏等多组织损伤后均可实现少瘢痕修复。SCI后其纤维化瘢痕减少，胸段完全横断后8周即可恢复运动与膀胱功能，βIII-微管蛋白阳性轴突可穿透并跨越新生桥接组织。其胶原沉积、病灶面积、GFAP表达及NGAL/LCN2表达均低于普通小鼠，但因缺乏可靠的抗体与转基因工具，成纤维细胞等瘢痕形成细胞的详细特征仍有待解析。
   6.3 斑马鱼
   斑马鱼SCI后可实现无瘢痕神经修复，其PDGFRβ⁺细胞在伤后1天即从血管脱落迁移至损伤部位，与小鼠行为类似。但其GFAP⁺放射状胶质样细胞可形成跨越病灶的胶质桥，而哺乳动物星形胶质细胞仅形成围绕纤维化核心的静态边界。核心差异在于斑马鱼的PDGFRβ⁺细胞来源ECM发生促生长转换：上调cthrc1a、col12a1a/b、Tenascin-C等促生长成分，下调Lumican、mfap2、Periostin、IV型胶原等抑制分子，避免形成持久抑制性纤维化瘢痕。
   6.4 大鼠
   大鼠SCI模型更具临床转化相关性，与小鼠相比存在显著差异：伤后2天即出现病灶空洞形成，病灶更大、血-脊髓屏障破坏更严重；小鼠病灶核心充满免疫与纤维化成分，而大鼠空腔中心普遍缺乏ECM与细胞；大鼠中GFAP⁺星形胶质细胞区域与纤连蛋白⁺/PDGFRβ⁺纤维化区域重叠更多，瘢痕交织程度更高。
   6.5 非人灵长类与人类
   人类尸检样本显示SCI瘢痕富含PDGFRβ⁺细胞，常被反应性胶质包围，与慢性多发性硬化脊髓组织表现一致；TGF-β1与TGF-β2在巨噬细胞、小胶质细胞与星形胶质细胞中上调，提示TGF-β信号在人类病灶动态中同样发挥作用。恒河猴横断模型中scRNA-seq鉴定出异质性成纤维细胞与周细胞群体，ECM表达模式呈现动态变化，证实周细胞与成纤维细胞驱动的瘢痕形成及ECM动态调控在物种间保守。
7. 7.
   非SCI中枢神经系统模型的比较启示
   创伤性脑损伤（TBI）、多发性硬化（MS）与卒中等其他中枢疾病模型中也存在类似的星形胶质细胞胶质增生与纤维化瘢痕。TBI中Col1a2谱系示踪显示成纤维细胞向损伤区扩增并产生ECM，GLAST⁺A型周细胞亦参与瘢痕形成，抑制其可减少纤维化并缩小病灶体积。MS病灶中富含纤维胶原与层粘连蛋白等ECM成分，EAE模型中Col1a1⁺成纤维细胞在免疫细胞浸润后迅速定位于病灶，主要源自伤前已表达I型胶原的细胞，干扰素-γ（IFN-γ）信号是关键的驱动因素，免疫-成纤维细胞互作而非单纯星形胶质细胞信号是纤维化的核心。卒中模型中Col1a2谱系示踪显示成纤维细胞为主要瘢痕来源，其扩增、ECM分泌及长期存续过程与SCI类似，髓系细胞来源的TGF-β1是关键的成纤维细胞活化信号，阻断TGF-β信号可减少纤维化但可能增加病灶体积与神经元变性。

综上，纤维化瘢痕是脊髓损伤后病灶微环境的核心可调控因素，兼具组织保护与再生抑制的双重作用。未来需进一步明确成纤维细胞/周细胞的精确标记、异质性特征、边界维持信号及最优干预时机与程度，以开发兼顾保护与抑制功能的精准治疗策略，这不仅将为SCI修复提供新思路，也将惠及TBI、卒中与多发性硬化等其他纤维化性中枢疾病。