以前读整形外科教科书 Plastic Surgery ( Joseph G. McCarthy) 到疤痕这一章都会提到伤口愈合的四个阶段： haemostasis , inflammation, proliferation, remodeling. 这四个阶段颇为复杂，简化地说就是有很多细胞参与 (如血小板、白血球、巨噬细胞、纤维母细胞、表皮细胞、内皮细胞等等)，这些细胞释放出各种激素和生长因子 (如 PG, CTGF, EGF, TGF-β, TNF-α, IL-1, VEGF, PDGF等等) 来互相沟通引导，最后在众细胞的合作之下纤维母细胞制造胶原蛋白修复了伤口。
这样的描述似乎少了什么东西？就是外力对伤口的复原有什么影响。我们人类天生对伤口会反应式地想去揉它按它甚至舔它，现代的科学已经阐明用口水去舔伤口有益伤口愈合，为什么呢？其中一个原因是因为口水里面含有很多外泌体(exosomes), 而外泌体则含有多种生长激素；那么按摩伤口也对它的愈合有帮助吗？这个问题在我求学阶段是没有人能回答的，因为物理力量如何能影响细胞的生理表现当时没人知道。直到西元2000年之后科学家才逐渐明了原来细胞对于外力造成的变形是有反应的，不论这个力量来自于细胞外基质 (ECM) 或是细胞本身变形，都会引发一连串的讯号传递，最后释放出各种激素和生长因子，甚至改变基因表现。
要谈到外力对细胞的生理表现影响时，先要破除一些成见。许多人以为细胞如果放大成一颗气球那么大，那么气球的皮就是细胞膜；气球内装的水就是细胞质；气球内有另一颗小球就是细胞核，而气球和气球–也就是细胞之间是紧密相连的没什么空隙。这样想像的皮肤和实际情形有不小差距，首先那个气球皮上必须有很多洞并且插上很多触手如接合蛋白(integrin)和各种受体(receptor)，其次气球里面装的不是水而是透明的凝胶；凝胶里面漂浮很多支撑的钢骨结构，细胞核的内含物和细胞质里的物质在某些条件下是可以互相流动的，最后细胞之间有很大距离，这空间叫细胞外基质(ECM)，里面充满了胶原蛋白(collagen)、纤连蛋白(fibronectin)、弹性纤维(elastic fiber)、蛋白糖(PG)和糖蛋白(GP)等共300多种蛋白质。
再来我们要知道细胞是很敏感的，它不是单纯对生化刺激(如激素、生长因子、离子浓度)有反应，它也可以感受到细胞内或细胞外基质的机械力量改变，例如有外力在拉扯或挤压细胞，或是细胞内本身F-actin(肌动蛋白丝)的收缩。而细胞一旦感应到机械力量的改变，就会引起一连串生化反应例如打开Ca++离子通道、释放TGF-β、基因转录等等。以前我们以为生化反应和机械反应是没什么关系的，就好像以前的物理学认为粒子和波动是两种不相关的移动方式，后来才发现物质既有粒子现象也有波动现象；同理，近十年的研究发现机械力量会导致细胞的生化反应，当然这些生化反应最后也会改变细胞承受的机械力量。
接下来我们开始介绍已知的细胞mechanotransduction (机械力传导)的各种方式。以下会充满各种细胞学的术语，我就不再解释或翻译，没有几个人会想背起来吧？图片大都截录自 (2022) Frontiers in immunology, 13, 1028410. 这篇文章，因为它的图画的很漂亮而且是open-access。
Integrins-FAK
Integrin(接合蛋白) 长在细胞膜上，它会抓住细胞外基质的胶原蛋白或纤连蛋白，因此一旦胶原蛋白有什么改变或拉扯，它就会传递这个讯号到细胞质里面的一种酶叫 FAK (focal adhesion kinase) ，FAK会透过ERK/MAPK, MCP-1 等促进伤口的发炎反应 (inflammation) 延长，纤维母细胞转化为肌纤维母细胞产生更多胶原蛋白最后形成疤痕。2018年 Gurtner 等人将含有 FAKI (FAK inhibitor)的皮肤敷料贴在老鼠伤口上，发现的确能减少疤痕形成。2019年 Kwon等人用FAKI来治疗猪的伤口，也发现同样有减少疤痕的效果。2022年 Gurtner 用 FAKI在人类分层植皮(STSG)的伤口上，结果伤口愈合更快疤痕更好。但由于FAK是细胞一个很重要的讯号传递包括移动、生长等等，因此使用FAKI在人体身上可能会引发未知的危险，因此截止目前为止还没有相关商品上市。
PI3K/Akt
PI3K是个很复杂的酶可以粗分为三类，class I, II 和细胞讯号传递有关；class II, III 和细胞膜间的运输(trafficking) 有关。外力的改变会经由ILK (Integrin-Linked Kinase) 或 GPCR (G-protien Coupled Protein) 或 RTK (Receptor Tyrosine Kinase)来启动 PI3K/Akt 最后造成纤维母细胞的移动并生产ɑ-SMA和第一型胶原蛋白。Gang Li 等人在2016年的实验发现促进ILK-PI3K 会造成疤痕增生和挛缩；相反地加入 ILK 和PI3K/Akt inhibitors 会抑制疤痕挛缩和表皮化（意思是抑制伤口复原）。这个路径牵涉的范围更大，还包括细胞凋亡 (apoptosis) 血管扩张等等，显然不会有人敢走这个路径来抑制疤痕。
Wnt/β-catenin
E-cadherin, β-catenin和actin是将表皮细胞互相绑在一起的结构。当Wnt受到外力影响便结合LRP和FDZ将讯号传入细胞之释放β-catenin。而自由的β-catenin会跑进细胞核与TCF结合造成基因转录。科学家也发现在疤痕增生或蟹足肿的疤痕细胞里β-catenin 的含量比正常人高很多。此外 Wnt/β-catenin 这个路径也会增加 TGF-β1，进而产生更多的胶原蛋白和疤痕。Yang CE (2020) 等人使用含产生伪装的Wnt受体( decoy Wnt receptor)的腺病毒来治疗猪的疤痕，结果发现疤痕变小颜色也变淡。不过Wnt也是非常重要的讯息传导物质，而且降低Wnt也会影响伤口愈合，因此不太可能发展成抑制疤痕的药物。
YAP/TAZ
YAP 是Yes-associated protein; TAZ是 transcriptional coactivator with PDZ-binding motif。 至于PDZ就是上一节那个与Wnt结合的Frizzled. 这个YAP/TAZ 平常在细胞质是 inactive的状态，一旦细胞受到外力压迫YAP/TAZ就会去磷酸化变成 active状态然后跑进细胞核与TEAD结合启动基因转录，造成之后一系列的细胞增生和纤维化。Gao N等人(2022)年发现蟹足肿的纤维母细胞含有比较多的YAP/TAZ mRNA 和蛋白质。此外如果如果把 YAP/TAZ用siRNA做基因敲落(knockdown)或加入 Verteporfin (抑制YAP和TEAD结合) 就会降低蟹足肿纤维母细胞的生长、移动、和胶原蛋白的生成。
值得一提的是Verteporfin本来是一种眼科用来治疗黄斑部病变抑制血管新生的药物。史丹佛大学 M.T. Longaker (2021)将它注射到老鼠的伤口上结果愈合后不仅没有疤痕还长出毛发和汗线。2023, 2024年中国的科学家陆续将它用在兔子和猪的伤口上也都获得很好的结果。不过Verteporfin是一个光敏感剂接收到689nm的光线照射后会产生有毒的物质，现在还没有完整的人体实验，它的安全性和剂量尚不清楚所以临床上还无法使用。
Rho-GTPase
Rho-GTPases是Integrins和细胞架构之间的桥梁，可以由外力和Integrin或生长因子来触发。Rho-GTPases 有20种，其中 RhoA, Rac1, Cdc42 会经由 ROCK (一种 Rho kinase)造成 myosin II的收缩和 actin filament的组合，最后形成伤口收缩和疤痕纤维化。Bond JE 等人(2011)使用ROCK的抑制剂 Fasudil 在老鼠的伤口上，结果发现疤痕变小但同时伤口愈合也变慢，这是因为Fasudil不仅对纤维母细胞有影响对表皮细胞也是。Richardson R 等人 (2018)使用斑马鱼来做实验也得到同样结论。Haak AJ 等人 (2014) 先把SS的纤维母细胞种在老鼠皮肤，再用 MRTF/SRF (RhoA 下游的化合物) 抑制剂，结果可以降低硬皮症(SS)患者纤维母细胞的硬化和胶原蛋白沉积。
Mechanosensitive ion channels
细胞膜上的拉扯会打开TRP (transient receptor potential) 让细胞外的Ca++离子跑进细胞内引起1. 肌纤维母细胞分化 2. 纤维母细胞产生纤连蛋白(fibronectin)和胶原蛋白。可以想见关节处的疤痕因常有拉扯引发这个路径导致容易疤痕增生。TRP可分成六种：TRPC (canonical), TRPV (vanilloid), TRPM (melastatin), TRPA (ankyrin), TRPP (polycystin), TRPML (mucolipin). Piezo 这种蛋白质也是这种离子通道组成的一部分，He J 等人(2021)发现增生疤痕的肌纤维母细胞 Piezo1 会大量表现。Holt JR 等人 (2021)发现将老鼠Piezo1 的基因剔除 (knockout) 会加速伤口愈合，这是因为Piezo 1会引起角质细胞 (keratinocytes)在表皮化过程中倒退。
Mukherjee S 等人(2015)使用钙离子通道阻断剂 (calcium channel blockers, CCBs) –尤其是 Nifedipine注射到疤痕，发现疤痕细胞内的Ca++浓度不受TGF-β的影响，伤口比较不会纤维化。此外有好几篇研究 (M Bagheri, HN Bhaskar, S Ashkani-Esfahani, A Hemmati) 发现CCBs (Nifedipine, Azelnidipine, Amlodipine, Verapamil) 可以促进伤口愈合。Zelian Qin 等人 (2021)使用大数据比较 Verapamil 和类固醇 (Triamcinolone acetonide) 在疤痕注射的效果比较发现二者最终效果差不多，但是 Verapamil 的副作用 (血管增生，皮肤萎缩) 比较少。
GPCRs
GPCRs (G-protein coupled receptors) 由receptors 和 G-proteins组成。Receptors 有800多种；而G-proteins则由αβγ三个次单元构成，而GPCRs的分类就由α差异而来，可分为Gαs (stimulatory), Gαi (inhibitory), Gαq, 和 Gα12/13。其中Gαs是增加cAMP抑制纤维化；Gαi则抑制cAMP而引起纤维化；Gαq是走 PIP3/Akt 路径引起纤维化；Gα12/13是走 Rho GTPase路径引起纤维化。
GPCRs的receptors比较有名的包括 PAR (protease-activated receptors), LPA (lysophosphatidic acid), AR (adenosine receptors), PGE2 等等。在FDA核准的抗纤维化药物有35%左右都是针对GPCRs开发的。
这些路径看完后是不是仍然一头雾水呢？很正常，细胞的构造实在太精细太复杂了，我们只要记得细胞是能够感知环境给予它的外力然后做出相对应的反应，这些反应大多是修补或是过多的修补结果造成疤痕。科学家设计了许多药物大都是这些路径的抑制剂 (inhibitors)，例如PF573228是FAK的抑制剂；P144是TGF-β1的抑制剂；Verteprofin 是YAP的抑制剂；LY294002 是 PI3K/Akt的抑制剂；Fasudil 是ROCK的抑制剂；Verapamil 是钙离子通道的抑制剂等等。但是这些抑制剂很少能够真正临床上使用，原因我想有二个：第一,这些路径牵涉太广，任意阻断一条路径都有可能造成无法预测的副作用；第二, 这些抑制剂都只抑制了全部路径的一小部分，细胞很容易绕道而行让抑制剂的效果丧失。
因此孙医师认为现在能够做的就是不要惊动任一条路径！这是最能釜底抽薪的方式。具体该怎么做？就是要固定伤口如同固定骨折，如果你想要疤痕好看就把你的伤口当成骨折那样去照顾，什么意思？就是不动 ❌！诊所建议病人的所有术后照顾其实都围绕着这一个观念，实际执行上有很多医材药品和戒律来帮助我们达到这个目标这里就不多提了。
2025.03