《International Journal of Molecular Sciences》：The Zinc–Senescence Axis in Skin Aging and Wound Healing: A Narrative Review
全球约有十亿人受到急性或慢性皮肤伤口的影响，给医疗系统带来了沉重负担。随着人口老龄化，这一负担进一步加重，因为老年人的组织修复因与年龄相关的改变而受损，导致伤口愈合能力下降。与衰老和伤口愈合相关的皮肤结构和功能改变已被广泛描述，包括细胞衰老和炎症性衰老。然而，关于老年皮肤中的锌稳态及其在衰老过程中对皮肤再生的影响，目前知之甚少。锌缺乏在老年人中较为常见，可能损害伤口愈合并促进慢性伤口的发展。本综述聚焦于皮肤中锌稳态的年龄相关改变，以及锌在皮肤再生和伤口愈合中的作用。
1. 引言
伤口愈合是全球重大公共卫生挑战和经济负担。除手术和创伤性伤口外，压疮、静脉溃疡和糖尿病足溃疡等伤口类型的患病率持续增加，主要归因于人口老龄化和肥胖及2型糖尿病发病率的上升。伤口愈合是一个高度协调的过程，依次经历止血、炎症、增殖和重塑阶段。锌作为必需微量元素，通过其酶学、结构和调节功能参与上述每个阶段。
锌有助于多种人体组织的修复、再生、分化和再上皮化。约十分之一的人类蛋白质以锌作为辅因子或结构成分。锌参与转录调控、脱氧核糖核酸（DNA）修复、细胞外基质（ECM）稳态、凋亡调节、抗氧化防御和代谢调节。血浆中Zn
2+浓度为12-16 μM，但白蛋白和α
2-巨球蛋白等血浆蛋白的结合使游离不稳定部分降至纳摩尔范围。细胞内代谢活跃的不稳定锌维持在皮摩尔至纳摩尔浓度，而细胞外水平通常为低纳摩尔范围。体内大部分锌储存在骨骼肌（60%），骨骼（约30%）以及皮肤和肝脏（各5%）也有显著储库。
在生理浓度下，细胞外锌与G蛋白偶联孤儿受体GPR39结合，该受体广泛表达于脑、结肠细胞、角质形成细胞、成纤维细胞、成骨细胞以及胰腺、肝脏、胃肠道、前列腺和唾液腺细胞。GPR39对锌的亲和力受Ca
2+调节，该受体介导细胞外Zn
2+浓度变化与细胞内Ca
2+信号之间的联系。
由于锌离子具有亲水性，其跨膜运动由特异性转运系统介导。SLC39（ZIP）家族进口蛋白通过将锌转运至胞质或从细胞内区室释放锌来增加胞质锌可用性，而SLC30（ZnT）家族出口蛋白通过将锌运出细胞或转运至细胞器及锌储存区室来减少胞质锌。除亚细胞分布外，ZIP和ZnT转运体还表现出组织特异性表达谱，与不同器官的锌需求差异相对应。除这些转运体外，锌稳态还受金属硫蛋白（MT）调节，MT提供细胞内锌储库并根据生理需求控制锌释放。锌也是基质金属蛋白酶（MMPs）、整合素和锌指转录因子的重要组成部分，所有这些均参与伤口愈合和真皮再生。
锌缺乏与生长迟缓、青春期延迟、免疫应答受损、炎症性疾病、皮肤病和伤口愈合延迟相关。锌缺乏在全球普遍存在，可能源于营养因素或遗传性疾病如肠病性肢端皮炎。老年人是特别易受影响的群体。尽管伤口愈合延迟是锌缺乏的公认后果，但锌在伤口修复中的作用，尤其是在衰老背景下，仍未完全阐明。因此，更好地理解皮肤衰老的分子、细胞和生理学方面对于伤口护理研究和临床实践至关重要。本综述讨论锌对伤口愈合的贡献，特别强调衰老。
2. 锌在皮肤生理学中的作用
皮肤是人体最大的器官，也是仅次于肌肉和骨骼的第三大富锌器官。皮肤约含体内总锌的5%；表皮含锌约50-70 μg/g，而真皮约10-50 μg/g。皮肤通过其神经内分泌系统在感知环境信号和协调适当反应以维持机体稳态中发挥关键作用。此外，皮肤执行保护和体温调节功能，防止经表皮水分丢失，并参与维生素D合成。皮肤由三层组成：表皮、真皮和皮下组织（下皮），包含约20种具有不同增殖能力的细胞类型。
2.1. 表皮
表皮是无血管的外层皮肤，作为抵御污染物、病原体、脱水和紫外线（UV）辐射的屏障。表皮由角化复层鳞状上皮组成，包含五个主要层次：基底层、棘层、颗粒层、透明层和角质层。表皮主要由不同分化阶段的角质形成细胞（90-95%）组成，以及黑色素细胞（3%）、朗格汉斯细胞（2%）、具有免疫功能的T淋巴细胞（0.3-1.3%）和作为机械感受器的梅克尔细胞（0.5%）。表皮最外层即角质层由死亡、扁平的角质细胞组成，维持最佳皮肤水合作用并作为抵御外部损伤的主要屏障。角质层深面为透明层，由扁平角质细胞组成，仅存在于厚皮肤中；随后是颗粒层，含有正在终末分化为角质细胞的角质形成细胞。棘层含有成熟角质形成细胞，可见颗粒，通过桥粒相互连接并积极产生角蛋白。表皮最深层即基底层含有增殖的角质形成细胞、黑色素细胞、梅克尔细胞和表皮干细胞。
表皮基底部为基底膜，表皮干细胞驻留于此，确保表皮的高增殖能力。紧邻表皮下方的是真皮-表皮交界处，促进营养交换、细胞信号传导和表皮代谢废物的清除。真皮-表皮交界处以网状嵴形成的起伏轮廓为特征，这些上皮延伸将表皮突入真皮并加强两层之间的连接。网状嵴的尺寸随身体部位和年龄而变化，并在炎症性皮肤病中增加。
表皮通常含有比真皮更高浓度的锌，锌在棘层特别富集。角质形成细胞增殖主要发生在基底层，而基底层上方的角质形成细胞逐渐分化。真皮是富含胶原的结缔组织，成纤维细胞是其主要驻留细胞。锌是正常角质形成细胞增殖和分化所必需的，并可能参与调节皮肤炎症。特别是，锌已被报道可减弱NF-κB活化并降低促炎介质（包括TNF和IL-1β）的表达。此外，锌可抑制细胞因子诱导的诱导型一氧化氮合酶（iNOS）表达和一氧化氮（NO）产生，从而可能有助于限制皮肤炎症反应。
表皮发育需要锌结合蛋白，包括酶和转录因子。p63蛋白是关键角色，它是一种锌指转录因子，标记表皮祖细胞并调节参与表皮形成的细胞程序。表皮中表达的锌转运体包括ZIP1、ZIP6和ZIP10。然而，ZIP10似乎是表皮发育过程中锌稳态的关键调节因子。ZIP10在毛囊和基底表皮细胞中高表达。实验数据表明，ZIP10可能是负责锌流入表皮前体细胞的主要锌转运体，因此可能参与皮肤上皮及其附属器的发育。在表皮发育过程中，ZIP10为p63提供锌，p63是表皮祖细胞增殖和分化的主调节因子，从而增强其活性。
2.2. 真皮
真皮是支撑表皮并将其与下皮连接的皮肤层。真皮在维持皮肤结构和稳态中执行多项重要功能。通过富含胶原和弹性纤维的丰富ECM提供机械支持和弹性，赋予皮肤强度和韧性。此外，真皮通过其血管和淋巴网络为无血管表皮提供营养功能，支持营养输送和代谢交换。真皮还通过血管反应和汗腺活动在体温调节中发挥关键作用，并通过容纳负责检测触觉、压力、疼痛和温度的神经末梢和特殊受体参与感觉感知。此外，真皮有助于皮肤免疫防御和伤口修复，因为它包含成纤维细胞、免疫细胞、血管和协调组织再生及ECM重塑的信号分子。
真皮由两个不同层组成：上部乳头层和下部网状层。乳头层位于浅表，由疏松纤维结缔组织组成；网状层位于更深部，由致密不规则结缔组织形成。两层在胶原纤维组织上有所不同：乳头层中I型胶原纤维松散排列，而网状层中形成大束。胶原是皮肤中最关键的蛋白质之一，约占其干质量的75%。迄今已鉴定约28种遗传类型胶原，其表达随生命过程而变化。此外，真皮含有不同类型的弹性纤维，包括弹性蛋白、原纤维蛋白微纤维、 elaunin纤维和oxytalan纤维。真皮还包含毛囊、汗腺、皮脂腺、淋巴管、神经和血管。真皮富含免疫细胞，包括巨噬细胞、树突状细胞、自然杀伤（NK）细胞、T和B细胞以及肥大细胞。真皮的主要细胞是成纤维细胞，合成胶原、弹性蛋白和ECM的基质。ECM由I型胶原、弹性纤维、蛋白聚糖和透明质酸（HA）组成。真皮ECM在结构支持、免疫、循环和感觉感知中发挥重要作用。
真皮的关键生物学特性由黏附蛋白（纤连蛋白、层粘连蛋白和原纤维蛋白）、糖胺聚糖（HA、硫酸肝素和硫酸软骨素）和蛋白聚糖决定。
真皮中，锌在上层浓度高于下层，因为富含锌的肥大细胞更丰富，这些细胞是细胞因子产生所必需的。皮肤中锌水平失调损害成纤维细胞功能，导致ECM缺陷和组织修复延迟。成纤维细胞中的锌稳态由ZIP4、ZIP6、ZIP7、ZIP10、ZIP13和ZIP14调节。
2.3. 下皮
下皮，即皮下组织，是皮肤最深层，将真皮锚定至下方肌肉。该组织由脂肪细胞、大血管、神经和脂肪基质细胞以及几乎所有类型的免疫细胞（包括肥大细胞、巨噬细胞、记忆T细胞和朗格汉斯细胞）组成。下皮在体温调节中发挥关键作用，保护血管、神经、肌肉和骨骼，作为祖细胞储库，并参与旁分泌和内分泌信号传导以及能量储存。下皮的间充质干细胞在伤口愈合和再上皮化中发挥重要作用。
3. 锌与皮肤衰老的机制
皮肤提供抵御外部环境的物理屏障，因此永久暴露于环境攻击者和内部应激源。与时间性衰老一起，这些因素驱动皮肤衰老，这是一个多因素生物学过程，以表型改变和生理功能下降为特征。皮肤衰老导致细胞过程失调和ECM纤维丢失或碎片化，临床表现为皱纹、松弛和色素改变。
3.1. 皮肤衰老的分子机制
随着年龄增长，皮肤发生代谢改变和内源性抗氧化防御逐渐下降，增加其对外部应激源（特别是UV辐射、环境污染和微生物暴露）的易感性。过量活性氧（ROS）产生，源于年龄相关抗氧化能力丧失，激活丝裂原活化蛋白激酶（MAPK）通路、PI3K/mTOR/S6K信号轴以及核因子-κB（NF-κB）、核因子红细胞2相关因子（Nrf2）、c-Jun N末端激酶（JNK）和激活蛋白1（AP-1）等转录因子，从而放大氧化应激和炎症信号。在分子水平，皮肤衰老与线粒体电子传递链蛋白表达降低、受损线粒体积累和线粒体网络碎片化相关。线粒体功能障碍通过涉及AMP活化蛋白激酶（AMPK）、哺乳动物雷帕霉素靶蛋白（mTOR）和钙依赖性调节因子的信号通路整合。值得注意的是，哺乳动物雷帕霉素靶蛋白复合物1（mTORC1）作为整合多种应激信号并调节细胞生长的中枢信号枢纽，其激活与促进细胞衰老的刺激相关。
除ROS产生增加和线粒体功能障碍外，衰老细胞还表现出染色质组织和基因表达的深刻变化，并获得独特的分泌表型，即衰老相关分泌表型（SASP）。SASP包含广泛的促炎细胞因子、趋化因子、生长因子和其他生物活性介质，包括白细胞介素-6（IL-6）、IL-1α、IL-1β、IL-8、肿瘤坏死因子（TNF）、干扰素-γ（IFN-γ）和转化生长因子-β（TGF-β），共同导致慢性低度炎症、组织功能障碍和年龄相关病理。此外，SASP使衰老细胞能够激活、抑制、调节和/或逃避免疫系统。已证明SASP产生被NF-κB信号放大，并有助于在组织中建立促炎微环境以及慢性低度炎症的发展，同时也是组织稳态失调的主要驱动因素之一。衰老皮肤中炎症标志物的存在可能表明免疫系统更复杂的功能障碍，即使仅限于局部表现。通过旁分泌信号，SASP还改变邻近细胞的微环境，抑制ECM产生，并促进衰老在组织内传播。这一现象已在异时共生实验中得到优雅证明，表明年轻和年老全身环境的循环因子分别发挥促年轻和促衰老作用，尽管这些循环介质的精确性质仍未完全阐明。自1961年Hayflick和Moorhead发现细胞衰老以来，科学界一直在寻找能够可靠定义衰老状态的通用标志物。然而，由于衰老表型的复杂性和高度异质性衰老程序的存在，这些标志物的鉴定仍然具有挑战性。因此，建议使用组合标志物面板以及SASP因子表达来准确识别衰老细胞。最广泛使用的标志物包括p16
INK4a、p14
ARF/p19
ARF和p21
CIP1/WAF1，它们作为细胞周期抑制剂发挥作用。其中，p16
INK4a被认为是细胞衰老最具信息量且研究最深入的标志物之一。其他生物标志物包括SA-β-半乳糖苷酶活性增加、lamin B1水平改变和端粒相关聚焦。
3.2. 皮肤衰老的细胞机制
细胞衰老是对随衰老积累的分子损伤的保护性反应。细胞可响应多种应激源进入衰老，通常分为四大类：（1）DNA损伤；（2）代谢应激，包括高糖、渗透应激、氧化或饱和脂肪酸、神经酰胺和ROS；（3）炎症；（4）损伤信号，如损伤相关分子模式（DAMPs），包括核苷酸、尿酸盐、染色质片段、错误折叠或聚集蛋白及相关因子。细胞衰老发生在皮肤的所有层。在30至70岁之间，表皮细胞更新显著下降。这导致黑色素细胞和朗格汉斯细胞数量减少，这些细胞处理微生物抗原并将其呈递给其他免疫细胞。这些变化伴随着T和B细胞功能改变以及被称为炎症性衰老的促炎状态。真皮-表皮交界处变得平坦，乳头真皮被抚平，导致真皮和表皮之间接触减少。这损害营养交换和代谢废物清除，从而促进其积累和ROS产生增加。随着表皮更新下降，脱屑变得不那么有效，伤口愈合受损。
角质形成细胞：衰老角质形成细胞经历与内在衰老特征相关的分子和功能变化，并表现出自噬活性增加迹象。在皮肤衰老过程中，角质形成细胞分化受损，其数量减少，黏附分子和细胞间连接蛋白表达降低。这些变化导致表皮变薄、屏障功能降低、抵御环境损伤的能力减弱以及损伤后恢复皮肤屏障的能力下降。鉴于角质形成细胞在皮肤屏障形成和细胞因子产生中的重要作用，这些细胞通路的失调可能是皮肤衰老的关键因素。同时，鉴于角质形成细胞的高度增殖特性，其获得衰老表型的观点受到质疑。
黑色素细胞：黑色素细胞是衰老表皮中主要的衰老细胞群体。在其生命周期的大部分时间里，它们保持静止状态，并可响应邻近角质形成细胞的信号重新进入细胞周期。研究表明，p16
INK4a表达在衰老黑色素细胞中增加，且这些细胞的衰老表型主要通过端粒损伤获得，该损伤独立于端粒长度。此外，黑色素细胞端粒损伤聚焦与年龄相关皮肤特征如真皮-表皮交界处扁平化呈正相关。衰老皮肤中黑色素细胞的分子改变导致可见的色素减退或沉着区域，以及其他与蛋白酶体活性受损和自噬增强相关的色素性疾病。黑色素细胞衰老还以黑素积累为特征，由于黑素体运输缺陷和糖酵解途径激活。色素区域积累的成纤维细胞可能进一步刺激黑素生成。总体而言，衰老黑色素细胞对年龄相关皮肤变化的贡献主要与色素沉着有关。
成纤维细胞：随着年龄增长，成纤维细胞的数量和功能能力同步下降。成纤维细胞是结缔组织的主要细胞成分，对胶原的合成、组织和重塑至关重要；它们也在维持ECM完整性方面发挥关键作用。成纤维细胞在伤口愈合中尤为重要，它们在损伤部位增殖并沉积胶原形成临时基质。在衰老成纤维细胞中，蛋白质合成、折叠和降解以及翻译后修饰变得失调，导致蛋白质稳态受损和衰老生物标志物积累，如衰老相关β-半乳糖苷酶（SA-β-gal）、p16
INK4a、p21
CIP1/WAF1和p53。与黑色素细胞类似，衰老成纤维细胞显示糖酵解增加和lamin B1表达减少。此外，衰老成纤维细胞表达MMP-1和MMP-9——皮肤衰老的关键介质，促进胶原降解、上皮-间质转化、血管生成和炎症。
衰老皮肤中的成纤维细胞表现出细胞质塌陷和圆形形态，与年轻皮肤中成纤维细胞的铺展形态形成对比。这些细胞合成I型胶原的能力降低，导致胶原产生从I型向III型转变。衰老皮肤还以真皮胶原和弹性蛋白碎片化为特征，这导致弹性和膨胀度降低。在衰老成纤维细胞中，TGF-β介导的信号减弱，进一步减少胶原合成。胶原变得无序且密度降低。此外，衰老成纤维细胞沿周围胶原网络的迁移能力降低，而MMP表达增加损害其与ECM的黏附并降低细胞延伸性。
衰老真皮成纤维细胞的积累，这些细胞失去细胞特性，减少胶原产生，并增强SASP释放，显著加速皮肤衰老。总之，成纤维细胞中衰老、应激和SASP信号的累积效应导致年龄相关皮肤变化，包括皱纹形成、ECM成分如胶原和弹性蛋白丢失、全身炎症以及疾病相关改变。
脂肪组织：下皮的脂肪组织随年龄发生显著结构变化，包括脂肪库重新分布：皮下白色脂肪组织（sWAT）总体积减少，而内脏脂肪组织体积增加。皮下脂肪进行性丢失导致皮肤机械支持减少、皮肤张力降低、下垂和皱纹形成。下皮的年龄相关功能障碍加速皮肤衰老过程，包括慢性低度炎症、免疫衰老、伤口愈合延迟和细胞间相互作用受损。
因此，皮肤衰老代表随时间的累积生化、机械和环境变化的复合体。这些过程导致显著的形态学改变和与皮肤再生和修复能力降低相关的功能损伤。特征性表型包括表皮变薄、胶原含量减少和弹性纤维紊乱，共同导致萎缩、脆性增加和皱纹形成。总之，年龄相关变化破坏皮肤的结构组织和生物力学特性，增加其对机械损伤的易感性并减慢伤口愈合过程。因此，老年人损伤、伤口感染和慢性伤口发展的风险升高。
4. 锌在皮肤伤口愈合中的作用
4.1. 伤口愈合的阶段
皮肤伤口愈合是复杂的生化信号级联，包含四个主要阶段：止血（从损伤至数小时后）、炎症（1-3天）、增殖（4-21天）和ECM重塑（从21天至1年）。血管损伤后，止血阶段立即开始：受损血管血管收缩和血小板聚集导致血小板栓形成，而凝血级联激活导致纤维蛋白凝块，阻止出血并提供随后的细胞迁移临时基质。激活的血小板和受损内皮细胞释放细胞因子和生长因子，启动炎症细胞募集。同时，血管内皮生长因子（VEGF）增加血管通透性，导致原发性水肿形成。随后是继发性水肿，由组织内胶体渗透压和晶体渗透压增加以及液体重新分布至间质间隙驱动。这些过程启动炎症阶段，旨在通过首先恢复止血和对抗病原体，随后促进组织修复来防止生理紊乱。炎症阶段，中性粒细胞是最先浸润伤口的白细胞，随后是巨噬细胞，清除细胞碎片和细菌，释放更多生长因子，并协调向组织修复的转变。
增殖阶段包括三个关键过程：再上皮化（涉及角质形成细胞在伤口床上的增殖和迁移）、肉芽组织形成（以成纤维细胞增殖、迁移和ECM合成为特征）和新生血管化。肉芽形成期间，成纤维细胞迁移至纤维蛋白凝块，增殖并合成I型和III型胶原、纤连蛋白和蛋白聚糖，从而促进角质形成细胞迁移至肉芽组织。重塑阶段涉及肉芽组织被结构和功能成熟的皮肤替代。该过程比前期阶段长得多，可持续长达6个月。伤口愈合的最后阶段通过完全再上皮化恢复皮肤屏障功能。
每个阶段的持续时间取决于多种因素，包括伤口类型和大小、患者年龄、整体健康状况、合并症、伤口位置和治疗策略。伤口愈合的所有阶段由各种细胞类型（血小板、白细胞、角质形成细胞、成纤维细胞、上皮细胞和干细胞）和生物活性分子（细胞因子、生长因子、ROS和ECM蛋白）以高度复杂的序列协调活动介导。值得注意的是，必需微量元素锌在伤口愈合的所有阶段发挥关键作用。
近半个世纪前，有报道称再生组织中锌浓度比完整皮肤增加约20%。锌缺乏可能加剧炎症性皮肤病并导致伤口愈合延迟。在此背景下，衰老成纤维细胞中游离锌离子水平升高和ZnT1表达增加表明锌稳态失调有助于促炎分泌表型的发展。锌代谢与细胞衰老之间的这种关联强调了锌稳态改变在促进炎症性衰老中的潜在作用。
4.2. 锌在伤口愈合不同阶段的作用
止血：锌在血小板活化和聚集中中的作用长期被低估。然而，早在20世纪中叶，锌就被确定为重要的止血因子，增强血小板活化和聚集，并与钙协同作用。动脉粥样硬化斑块和血管损伤部位锌浓度升高（源自血小板颗粒释放）强调了其作为血小板活化和血栓形成过程中跨膜信号介质的功能。锌缺乏在动物模型和人类中均导致出血时间延长。
在100 μM浓度下，Zn
2+作为血小板激动剂，通过调节细胞内信号通路，导致颗粒分泌、蛋白激酶C（PKC）依赖性酪氨酸磷酸化、整合素α
IIbβ
3活化和血小板聚集。在较低浓度（30 μM）下，锌作为共激活剂，增强血小板聚集。由于主动转运机制，血小板可从血浆摄取Zn
2+并在α-颗粒内积累大量锌。为维持锌稳态，巨核细胞膜表达多种ZIP和ZnT转运体；然而，需要进一步研究阐明血小板中锌摄取、储存和释放的分子机制，以及单个ZIP/ZnT亚型对锌稳态的具体贡献。Taylor和Pugh（2016）提出了描述锌依赖性血小板活化机制的模型。根据该模型，血管损伤和初始胶原诱导的血小板活化导致细胞内Zn
2+水平显著增加。这种增加被认为源于膜离子通道和转运体的活性，以及部分从细胞内储存释放。支持该模型，近期研究表明血小板中Zn
2+内流及其活化与瞬时受体电位（TRP）通道、Na
+/Ca
2+交换体（NCX1）和ZIP7相关。
除α-颗粒外，锌还以金属硫蛋白结合和游离形式存在于血小板胞质中。血管损伤后，血小板释放的Zn
2+增加糖蛋白VI（GPVI）受体对胶原的亲和力，从而诱导原发性血小板活化、血栓素A
2（TxA
2）释放和α-颗粒分泌。锌与PKC的相互作用促进信号蛋白的酪氨酸磷酸化以及随后糖蛋白IIb/IIIa（GPIIb/IIIa）的构象变化，促进纤维蛋白结合和血栓形成。
锌离子调节凝血级联的多个步骤：结合因子XII，诱导构象变化，并与纤维蛋白原、高分子量激肽原（HMWK）和富含组氨酸糖蛋白（HRG）相互作用。锌诱导的因子XII构象变化激活激肽释放酶-激肽系统，导致缓激肽释放并在内皮表面积累，促进炎症免疫细胞黏附。锌缺乏已被证明损害凝血级联和纤维蛋白形成，导致出血时间延长。锌还调节多种α-颗粒成分的生物发生和释放，包括纤维蛋白原、凝血酶原、凝血因子V、XI和XIII、血管性血友病因子（VWF）、纤连蛋白、P-选择素（CD62P）、血小板衍生生长因子（PDGF）、表皮生长因子（EGF）、β-血栓球蛋白、白蛋白、激肽释放酶和α
2-抗纤溶酶。
因此，锌通过多种机制促进止血，调节血小板活化、凝血和纤维蛋白网络形成。然而，需要进一步研究阐明Zn
2+进入血小板胞质的途径以及下游锌依赖性信号机制。
炎症：伤口愈合的炎症阶段旨在通过细胞激活和炎症介质释放恢复受损组织，其相互作用驱动局部和全身急性炎症反应。此阶段，角质形成细胞迅速迁移至伤口床并启动再上皮化，该过程由修饰的ECM蛋白和细胞因子刺激。细胞因子的主要生产者是巨噬细胞和其他免疫细胞。
锌是胸腺素（一种胸腺生成激素）的必需成分，对T辅助细胞的增殖和分化至关重要。通过ZIP6和ZIP8转运体分别从细胞外和细胞内来源的锌内流有助于T细胞活化。ZIP6介导的细胞内锌增加促进CD4 T细胞分化为多个亚群，包括Th1、Th2、Th17和调节性T（Treg）细胞。ZIP8介导的锌水平增加抑制钙调磷酸酶活性，从而促进cAMP反应元件结合蛋白（CREB）磷酸化和IFN-γ转录。此外，ZIP8是NF-κB的转录靶标，并通过锌依赖性下调IκB激酶（IKK）活性在体外作为促炎反应的负调节因子。与单核细胞、巨噬细胞和树突状细胞中ZIP8上调相关的锌水平增加负调节NF-κB信号，而锌缺乏则相反促进过度炎症。ZIP10对B细胞存活和体液免疫的正常功能至关重要。
锌可能通过增加过氧化物酶体增殖物激活受体（PPARs）和锌指蛋白TNF-α诱导蛋白3（TNFAIP3，也称为A20）的表达来影响细胞因子产生，这两者均抑制NF-κB信号。
现已充分确定锌参与巨噬细胞活化，是脱颗粒和细胞因子产生所必需的。此外，巨噬细胞可能是锌调节伤口愈合的关键细胞之一，可能通过促进从M1表型向M2表型极化。锌缺乏不利影响IL-2和IFN-γ表达，并增加促炎细胞因子IL-1β、IL-6和TNF的产生，这些因子参与伤口愈合，可能通过GPR39介导的信号通路。
增殖：对于伤口愈合，尽早抑制炎症反应并防止其发展为慢性状态非常重要。Treg细胞有助于炎症消退以及再上皮化和伤口收缩。多项研究表明，锌补充通过调节Treg信号通路促进其诱导和稳定性。在胶原酶、纤溶酶原激活剂和锌依赖性MMPs作用下，纤维蛋白凝块被降解，从而为细胞增殖、迁移和血管生成创造空间。已知X连锁锌指蛋白（ZFX）促进角质形成细胞增殖和迁移。此外，锌是SMAD蛋白正常功能所必需的辅因子，SMAD蛋白是TGF-β受体信号传导的关键介质。伤口后8小时至3天锌浓度增加，以及角质形成细胞中GPR39和ZIP4的高表达，表明锌在增殖过程中发挥重要作用。角质形成细胞增殖期间，MTs（氧化还原敏感抗氧化蛋白）含量增加，这对伤口愈合很重要。已显示约20%的细胞内锌与MTs结合，MTs根据生理需求调节其分布。在再上皮化同时，内皮细胞迁移至伤口部位并增殖，形成新生血管。这样，新生细胞获得生存和生长所需的氧气和营养。已知锌依赖性蛋白ZEB2在受损心肌细胞中表达增加。将治疗剂量的ZEB2递送至心肌细胞可诱导血管生成并增加新生血管网络密度，导致瘢痕形成减少和心脏功能保留。然而，锌在调节血管生成中的确切作用仍知之甚少。
重塑：重塑阶段在再上皮化完成后开始，旨在用更成熟和功能更全的皮肤替代肉芽组织。该阶段代表组织合成和降解之间的动态平衡，由蛋白水解酶调节。重塑和组织恢复中的关键过程是由MMPs介导的ECM多种蛋白质降解。MMPs属于锌依赖性内肽酶家族，在多种组织中被鉴定，由包括炎症细胞、角质形成细胞、内皮细胞、成纤维细胞、血管平滑肌细胞（VSMCs）等多种细胞类型分泌。所有MMP家族成员均含有催化结构域，其中锌对蛋白水解活性至关重要。在皮肤中，MMPs参与众多细胞、分子和生化过程，调节细胞因子、生长因子和其他被隔离在ECM中的生物活性剂的释放。在人类急性伤口模型中，当MMP活性被抑制时，新上皮形成受损。小鼠和细胞模型研究已证明MMP-1、MMP-7和MMP-9有助于再上皮化，并在伤口愈合过程中被激活。MMPs可水解几乎所有ECM蛋白，包括胶原和弹性蛋白，从而促进真皮和表皮的结构组织和再生。它们还参与血管重塑、细胞生长、迁移和分化以及组织侵袭和血管化。此外，MMPs可影响内皮细胞功能、VSMC迁移、增殖、Ca
2+信号和肌肉收缩。MMP激活的触发因素包括组织损伤、氧化应激、炎症细胞因子、激素、生长因子和UV辐射。在MMP家族酶中，胶原酶因其水解天然胶原的能力尤为重要。这些胶原溶解酶是有效的蛋白水解复合物，因为它们降解胶原——伤口和瘢痕的主要成分。研究表明，胶原酶影响修复过程，包括体外细胞迁移、增殖和血管生成反应，以及体内增强伤口愈合。因此，在重塑阶段，伤口再上皮化完成，真皮逐渐恢复其强度和机械弹性。
总体而言，锌在伤口愈合的所有阶段发挥重要且多方面的作用，尽管其精确机制仍未完全阐明。
4.3. 锌与GPR39
皮肤损伤后，细胞外Zn
2+释放并作为第一信使，通过Gαq偶联的Zn
2+感应受体mZnR/GPR39诱导细胞内Ca
2+信号。由此产生的Ca
2+增加激活角质形成细胞中的ERK/MAPK和PI3K/AKT通路，促进细胞存活和增殖。除角质形成细胞外，GPR39在成纤维细胞和下皮中表达上调，强调Zn通过mZnR/GPR39在伤口修复中的直接作用。mZnR/GPR39的激活还刺激Na
+/H
+交换体（NHE1），导致细胞外酸化。这种细胞外酸化可能促进角质形成细胞迁移和屏障形成。皮肤浅层的酸性环境对渗透屏障形成至关重要，而锌缺乏则加剧炎症反应。对于角质形成细胞，NHE介导的胞质pH稳定至关重要，因为它支持迁移、增殖和对组织损伤的反应。在伤口愈合背景下，GPR39可能作为修复反应的放大器：它刺激角质形成细胞增殖，同时通过NHE依赖性pH调节帮助细胞管理代谢酸负荷。
相反，在酸中毒或碱中毒条件下，GPR39依赖性NHE1激活减弱，保护细胞免受过度pH降低或升高。因此，mZnR/GPR39信号提供了一种稳态适应机制，调节细胞内和细胞外pH的变化。值得注意的是，ZnR/GPR39对邻近细胞发挥旁分泌效应，表明Zn
2+即使在缺乏受体表达的细胞中也能调节组织反应的机制。
此外，GPR39激活可导致角质形成细胞中三磷酸腺苷（ATP）释放，并通过旁分泌信号增加邻近成纤维细胞的增殖。
根据近期发现，肥大细胞可能通过ZnT2依赖性Zn
2+释放以及随后真皮成纤维细胞中GPR39介导的细胞因子诱导来促进伤口愈合。
5. 伤口愈合的年龄相关变化
细胞衰老在发育期间和损伤后通过促进组织重塑发挥进化上有利的作用。它也有助于伤口愈合，正常急性修复过程中发生短暂的衰老细胞诱导可能是有益的。在小鼠模型中，衰老成纤维细胞和内皮细胞的出现被证明通过分泌血小板衍生生长因子AA（PDGF-AA）（一种关键的SASP相关因子）刺激肌成纤维细胞分化。此外，来自衰老细胞的SASP可促进角质形成细胞再生和获得干细胞样特征。然而，急性和慢性衰老可介导相反效应，这已在多种伤口愈合模型中得到证实。细胞衰老可能通过诱导炎症和纤维化损害组织再生。在伤口愈合后期阶段保留衰老细胞导致慢性不愈合伤口（如糖尿病中所见）或过度ECM沉积和纤维化发展。在延迟糖尿病伤口愈合的小鼠模型中，观察到衰老细胞数量增加，其中巨噬细胞占显著比例。老年人伤口愈合较慢，通常伴有并发症，且再生组织强度低于年轻人。结合免疫系统受损，这导致老年患者继发感染风险增加。伤口愈合后炎症细胞因子水平升高以及MMP和组织MMP抑制剂水平改变可导致老年人愈合不完全和慢性伤口复发。
伤口愈合的每个阶段均表现出年龄相关差异。影响血小板活化和血液凝固的因子水平增加，以及胶原交联积累，通常导致出血时间缩短。老年小鼠伤口愈合的炎症阶段发生较晚，可能由于糖胺聚糖含量降低、机械刚度和机械转导变化以及巨噬细胞功能下降。透明质酸水平降低（其调节表皮和真皮中的细胞增殖和迁移，并维持水合基质以促进损伤后迁移和再上皮化）也延迟炎症阶段开始。
氧化应激在伤口愈合中发挥关键作用。体内自由基和抗氧化剂之间的不平衡导致过量ROS产生，引起细胞和组织损伤并延迟伤口愈合。ROS在伤口再生的所有阶段发挥病理作用。具体而言，炎症阶段，大量ROS连同促炎细胞因子和蛋白水解酶由中性粒细胞和巨噬细胞释放。ROS还通过激活EGF和角质形成细胞生长因子（KGF）受体并诱导成纤维细胞中TGFα产生参与上皮形成。ROS信号在血管生成中的作用现已充分了解。中等H
2O
2水平调节VEGF产生并加速血管生成。相反，过量ROS水平抑制血管生成。总体而言，过量ROS表明氧化还原稳态失衡并损害伤口愈合。
锌的抗氧化作用通过多种机制发生：与铁和铜离子竞争结合细胞膜和蛋白质，取代这些氧化还原活性金属；结合分子的巯基（–SH）基团，保护其免受氧化；激活抗氧化蛋白、分子和酶，包括谷胱甘肽、过氧化氢酶和超氧化物歧化酶；与MTs结合；稳定细胞膜；以及通过锌依赖性转录因子调节抗氧化酶基因表达。这些机制提供全面的细胞保护以抵抗氧化应激，这在伤口愈合过程中尤为重要，因为氧化应激可破坏修复过程。
6. 锌补充的临床意义
锌补充的临床意义对老年人和慢性或延迟愈合伤口患者尤其相关。已记录锌缺乏、饮食摄入不足、吸收不良、慢性炎症、糖尿病或代谢需求增加的患者可能是最有可能从锌替代中受益的人群。在这些患者中，恢复锌可用性可能支持角质形成细胞增殖和迁移、成纤维细胞活性、免疫调节、抗氧化防御和ECM重塑。因此，锌补充作为辅助干预在压疮、糖尿病足溃疡、术后伤口和其他慢性皮肤病变的管理中可能具有潜在价值。在一项随机、双盲、安慰剂对照试验中，60名40-85岁患有3级糖尿病足溃疡的患者，每日补充220 mg硫酸锌（提供50 mg元素锌）持续12周，与溃疡长度显著减少和代谢参数改善相关。一项30名患者的双盲随机研究显示，静脉内锌补充（30 mg/天持续3天）纠正了术后血清锌下降，特别是其非α
2-巨球蛋白结合部分，并与伤口愈合改善相关。然而，临床获益不太可能对所有患者一致，可能取决于基线锌状态、伤口原因和严重程度、营养状况、合并症和给药途径。重要的是，支持锌在组织修复中作用的分子和细胞证据不一定转化为对锌状态充足个体全身补充的可预测治疗效果。
全身和局部锌制剂均可能具有临床相关性。口服补充主要旨在纠正全身缺乏，而局部制剂可能在伤口部位提供更直接的效果。然而，锌盐、浓度、制剂特性、组织渗透和治疗持续时间的差异使得难以比较现有研究。因此，锌补充应被视为标准伤口护理的辅助手段，而非替代品，包括清创、感染控制、减压、血管评估、血糖控制和充足的蛋白质能量营养。
在常规临床使用前，需要进一步设计良好的临床试验以确定最佳剂量、制剂、治疗持续时间和目标患者群体。未来研究应纳入基线和治疗后锌状态、标准化伤口愈合结局、营养状态评估以及临床有意义的终点，如完全伤口闭合时间、感染率、复发率和瘢痕质量。
6.1. 局限性
本文为叙述性综述，因此未遵循完全系统
