皮膚欠損の治癒と瘢痕形成に関与する皮膚の主な機能単位

接着分子は数多く存在し、それらはすべて細胞が移動するためのサポートネットワークを形成し、細胞膜の表面にある特定の受容体に結合し、サイトカイン、成長因子、一酸化窒素などのメディエーターを使用して互いに情報を伝達します。

基底角化細胞

基底角化細胞は、すべての上層の細胞を生み出す表皮の母細胞であるだけでなく、機動力と強力な生体エネルギーシステムでもあります。表皮成長因子（EGF）、インスリン様成長因子（IGF）、線維芽細胞成長因子（FGF）、血小板成長因子（PDGF）、マクロファージ成長因子（MDGF）、血管内皮成長因子（VEGF）、形質転換成長因子アルファ（TGF-α）など、多くの生理活性分子を生成します。情報分子を通じて表皮の損傷を知った基底角化細胞と汗腺および毛包の形成層細胞は、活発に増殖し、傷の底に沿って移動して上皮化を始めます。傷の残骸、炎症メディエーター、破壊された細胞の断片によって刺激され、傷の治癒を促進する成長因子を活発に合成します。

[ 1 ], [ 2 ], [ 3 ], [ 4 ], [ 5 ], [ 6 ]

コラーゲン

結合組織と瘢痕組織の主な構成成分はコラーゲンです。コラーゲンは哺乳類で最も一般的なタンパク質です。コラーゲンは、皮膚において線維芽細胞によって、補因子であるアスコルビン酸の存在下で遊離アミノ酸から合成され、ヒトタンパク質の総質量の約3分の1を占めます。コラーゲンには、プロリン、リジン、メチオニン、チロシンが少量含まれています。グリシンは35％、ヒドロキシプロリンとヒドロキシリジンはそれぞれ22％を占めています。コラーゲンの約40％は皮膚に存在し、I型、III型、IV型、V型、VII型コラーゲンがその代表です。各タイプのコラーゲンは独自の構造的特徴と優先的な局在を持ち、それに応じて異なる機能を果たします。III型コラーゲンは細い原線維で構成され、皮膚では網状タンパク質と呼ばれます。真皮の上部に多く存在します。 I型コラーゲンは最も一般的なヒトコラーゲンで、真皮深層の太い線維を形成します。IV型コラーゲンは基底膜の成分です。V型コラーゲンは血管と真皮の全層に存在し、VII型コラーゲンは基底膜と真皮乳頭層を繋ぐ「アンカー」線維を形成します。

コラーゲンの基本構造は、異なる種類のアルファ鎖からなる三重らせん構造を形成する三重ポリペプチド鎖です。アルファ鎖には4種類あり、その組み合わせによってコラーゲンの種類が決まります。各鎖の分子量は約120,000 kDaです。鎖の末端は自由でらせん構造の形成に関与しないため、これらの部位はタンパク質分解酵素、特にコラーゲナーゼの影響を受けやすく、グリシンとヒドロキシプロリン間の結合を特異的に分解します。線維芽細胞では、コラーゲンはプロコラーゲンの三重らせん構造をしています。細胞間マトリックスで発現した後、プロコラーゲンはトロポコラーゲンに変換されます。トロポコラーゲン分子は、長さの1/4ずつずれて互いに結合し、ジスルフィド結合で固定されているため、電子顕微鏡で観察できる細長い縞模様になります。コラーゲン分子（トロポコラーゲン）が細胞外環境に放出されると、コラーゲン繊維と束に集まり、高密度のネットワークを形成し、真皮と皮下組織に強力なフレームワークを形成します。

サブフィブリルは、ヒト皮膚真皮における成熟コラーゲンの最小構造単位とみなされます。サブフィブリルの直径は3～5μmで、2次コラーゲンの構造要素であるフィブリルに沿って螺旋状に配列しています。フィブリルの直径は60～110μmです。コラーゲンフィブリルは束になってコラーゲン繊維を形成します。コラーゲン繊維の直径は5～7μmから30μmです。密集したコラーゲン繊維はコラーゲン束を形成します。コラーゲン構造の複雑さ、すなわち様々な次数の架橋によって接続された螺旋状の三重構造の存在により、コラーゲンの合成と異化には最大60日という長い期間を要します。

皮膚外傷の状態では、常に低酸素症、崩壊産物およびフリーラジカルの創傷への蓄積が伴いますが、線維芽細胞の増殖および合成活性が増加し、コラーゲン合成の増加で反応します。コラーゲン線維の形成には特定の条件が必要であることが知られています。したがって、わずかに酸性の環境、いくつかの電解質、コンドロイチン硫酸およびその他の多糖類は、線維形成を促進します。ビタミンC、カテコールアミン、不飽和脂肪酸、特にリノール酸は、コラーゲンの重合を阻害します。コラーゲンの合成と分解の自己調節は、細胞間環境に存在するアミノ酸によっても制御されます。したがって、ポリカチオンポリLリジンはコラーゲンの生合成を阻害し、ポリアニオンポリLグルタミン酸はそれを促進します。コラーゲン合成の時間が分解の時間よりも優先されるという事実により、創傷にコラーゲンの顕著な蓄積が起こり、それが将来の瘢痕の基礎となります。コラーゲンの分解は、特殊な細胞と特定の酵素の線溶活性の助けを借りて行われます。

[ 7 ], [ 8 ], [ 9 ]

コラーゲナーゼ

皮膚において最も一般的なI型およびIII型コラーゲンを分解する特異的酵素はコラーゲナーゼです。エラスターゼ、プラスミノーゲンなどの酵素は補助的な役割を果たします。コラーゲナーゼは、皮膚および瘢痕組織におけるコラーゲンの量を調節します。創傷治癒後に皮膚に残る瘢痕の大きさは、主にコラーゲナーゼの活性に依存すると考えられています。コラーゲナーゼは、表皮細胞、線維芽細胞、マクロファージ、好酸球によって産生され、メタロプロテアーゼです。コラーゲン含有構造の破壊に関与する線維芽細胞は、線維芽細胞と呼ばれます。一部の線維芽細胞は、コラーゲナーゼを分泌するだけでなく、コラーゲンを吸収して利用します。創傷の具体的な状況、マクロファージの状態、治療方法の合理性、付随するフローラの存在、線維素形成または線維破壊、すなわちコラーゲン含有構造の合成または破壊のいずれかのプロセスが、損傷領域で優勢になります。コラーゲナーゼを産生する新しい細胞が炎症部位への侵入を停止し、古い細胞がその能力を失うと、コラーゲン蓄積の前提条件が整います。さらに、炎症部位におけるコラーゲナーゼ活性の高さは、必ずしも修復プロセスの最適化や創傷の線維化に対する安全性を保証するものではありません。線維溶解プロセスの活性化は、炎症の悪化や慢性化と捉えられることが多く、線維形成の優位性は炎症の減弱と捉えられます。線維形成、すなわち皮膚損傷部位における瘢痕組織の形成は、主にマスト細胞、リンパ球、マクロファージ、線維芽細胞の関与によって進行します。血管作動性の誘発は、マスト細胞（生理活性物質）の助けを借りて行われます。マスト細胞はリンパ球を病変に引き寄せるのを助けます。組織崩壊産物はTリンパ球を活性化し、Tリンパ球はリンフォカインを介してマクロファージを線維芽細胞プロセスに結びつけるか、プロテアーゼ（壊死ホルモン）によってマクロファージを直接刺激します。単核細胞は線維芽細胞の機能を刺激するだけでなく、線維芽細胞の機能を阻害し、炎症メディエーターやその他のプロテアーゼを放出して線維形成の真の調節因子として機能します。

[ 10 ], [ 11 ], [ 12 ], [ 13 ]

肥満細胞

肥満細胞は、大きな円形または楕円形の核と、細胞質内に濃色に染色された好塩基性顆粒を持つ多形性を特徴とする細胞です。真皮上層および血管周囲に大量に存在し、生理活性物質（ヒスタミン、プロスタグランジンE2、走化性因子、ヘパリン、セロトニン、血小板増殖因子など）の供給源となります。皮膚が損傷を受けると、肥満細胞はこれらの物質を細胞外に放出し、損傷に対する反応として、まず短期的な血管拡張反応を引き起こします。ヒスタミンは強力な血管作動薬であり、血管壁、特に後毛細血管細静脈の血管拡張と透過性亢進を引き起こします。1891年、I.I.メチニコフは、この反応が白血球やその他の免疫担当細胞が病変部にアクセスしやすくするための保護的な反応であると評価しました。さらに、マスト細胞はメラノサイトの合成活性を刺激します。これは、外傷後色素沈着によく見られる現象と関連しています。また、創傷治癒において重要な段階の一つである表皮細胞の有糸分裂を刺激します。一方、ヘパリンは細胞間物質の透過性を低下させます。このように、マスト細胞は損傷部位における血管反応の調節因子であるだけでなく、細胞間相互作用、ひいては創傷における免疫学的、防御的、そして修復的プロセスも調節します。

マクロファージ

線維形成過程、特に創傷修復において、リンパ球、マクロファージ、線維芽細胞は決定的な役割を果たします。他の細胞は、ヒスタミンや生体アミンを介して三位一体（リンパ球、マクロファージ、線維芽細胞）の機能に影響を与えることができるため、補助的な役割を果たします。細胞は、膜受容体、接着性細胞間分子および細胞マトリックス分子、メディエーターを介して、互いに、そして細胞外マトリックスと相互作用します。リンパ球、マクロファージ、線維芽細胞の活動は、組織崩壊産物によっても刺激されます。Tリンパ球はリンフォカインを介してマクロファージを線維芽細胞形成過程に結びつけたり、プロテアーゼ（壊死ホルモン）でマクロファージを直接刺激したりします。一方、マクロファージは線維芽細胞の機能を刺激するだけでなく、炎症メディエーターやその他のプロテアーゼを放出することで、線維芽細胞の機能を阻害します。したがって、創傷治癒の段階では、主な活性細胞はマクロファージであり、細胞残骸や細菌感染から創傷を浄化し、創傷治癒を促進する上で積極的な役割を果たします。

表皮のマクロファージの機能は、真皮にも存在するランゲルハンス細胞によって担われています。皮膚が損傷すると、ランゲルハンス細胞も損傷を受け、リソソーム酵素などの炎症メディエーターが放出されます。組織マクロファージ、または組織球は、結合組織の細胞成分の約25%を占めています。組織球は、多くのメディエーター、酵素、インターフェロン、成長因子、補体タンパク質、腫瘍壊死因子などを合成し、高い貪食活性および殺菌活性などを有しています。皮膚が損傷すると、組織球の代謝が急激に増加し、組織球は大きくなり、殺菌活性、貪食活性、合成活性が高まります。その結果、多数の生理活性分子が創傷部に侵入します。

マクロファージから分泌される線維芽細胞増殖因子、上皮成長因子、インスリン様因子は創傷治癒を促進し、トランスフォーミング成長因子β（TGF-β）は瘢痕組織の形成を刺激することが確立されています。マクロファージの活性を活性化するか、細胞膜の特定の受容体を阻害することで、皮膚の修復プロセスを調整できます。例えば、免疫刺激剤を用いることでマクロファージを活性化し、非特異的免疫を高めることが可能です。マクロファージには、アロエベラに含まれるマンノース含有多糖類とグルコース含有多糖類（マンナンとグルカン）を認識する受容体があることが知られており、長期にわたる治癒しない創傷、潰瘍、ニキビに使用されるアロエ製剤の作用機序は明らかです。

線維芽細胞

結合組織の基本的かつ最も広く分布する細胞形態は線維芽細胞です。線維芽細胞の機能には、炭水化物-タンパク質複合体（プロテオグリカンおよび糖タンパク質）の産生、コラーゲン、網状線維、弾性繊維の形成が含まれます。線維芽細胞は、これらの要素の代謝と構造的安定性、特に異化作用、それらの「微小環境」のモデリング、そして上皮-間葉系相互作用を制御します。線維芽細胞はグリコサミノグリカンを産生し、その中で最も重要なのはヒアルロン酸です。線維芽細胞の線維性成分と結合することで、結合組織の空間構造（アーキテクトニクス）も決定します。線維芽細胞の集団は不均一です。成熟度の異なる線維芽細胞は、低分化型、若齢型、成熟型、不活性型に分類されます。成熟型には線維破片が含まれ、そこではコラーゲンの分解がコラーゲン産生機能よりも優先されます。

近年、「線維芽細胞系」の多様性が明らかになりつつあります。線維芽細胞には、MFI、MFII、MFIIIという3つの有糸分裂活性前駆細胞と、PMFIV、PMFV、PMFVIという3つの有糸分裂後線維細胞が発見されています。細胞分裂により、MFIはMFII、MFIII、PMMV、PMFV、PMFVIへと順次分化します。PMFVIは、I型、III型、V型コラーゲン、プロゲオグリカン、その他の細胞間マトリックス成分を合成する能力を特徴としています。PMFVIは、代謝活性が一定期間持続した後、変性し、アポトーシスを起こします。線維芽細胞と線維細胞の最適な比率は2:1です。線維芽細胞が蓄積するにつれて、成熟細胞がコラーゲンの生合成に切り替えた分裂を停止するため、線維芽細胞の増殖は減速します。コラーゲン分解産物は、フィードバック原理に従ってコラーゲンの合成を促進します。成長因子の枯渇と線維芽細胞自体による成長抑制因子（カロン）の生成により、前駆細胞から新しい細胞が形成されなくなります。

結合組織は細胞要素に富んでいますが、慢性炎症および線維化プロセスにおいては、細胞形態の範囲が特に広くなります。そのため、ケロイド瘢痕には、非定型で巨大な病的な線維芽細胞が現れます。サイズは10x45μmから12x65μmで、ケロイドの特徴的な兆候です。肥厚性瘢痕から得られる線維芽細胞は、線維芽細胞の形状の伸長と関連する、高度に発達した光線フィラメントの束のために、一部の研究者によって筋線維芽細胞と呼ばれています。しかし、この記述には異論があります。なぜなら、生体内の線維芽細胞、特に瘢痕内の線維芽細胞はすべて細長い形状をしており、その突起の長さは細胞体の10倍を超える場合があるからです。これは、瘢痕組織の密度と線維芽細胞の可動性によって説明されます。瘢痕の密集した塊の中で、わずかな量の間質物質がコラーゲン繊維の束に沿って移動します。細胞は軸に沿って伸び、時には非常に長い突起を持つ細い紡錘形の細胞に変化することもあります。

皮膚外傷後の線維芽細胞の有糸分裂および合成活性の増加は、最初に組織破壊産物、フリーラジカルによって刺激され、次に成長因子によって刺激されます：(PDGF)-血小板由来成長因子、線維芽細胞成長因子 (FGF)、次にiMDGF-マクロファージ成長因子。線維芽細胞自体は、プロテアーゼ（コラーゲナーゼ、ヒアルロニダーゼ、エラスターゼ）、血小板由来成長因子、形質転換成長因子-ベータ、上皮成長因子、コラーゲン、エラスチンなどを合成します。肉芽組織から瘢痕組織への再編成は、コラーゲンの合成とコラーゲナーゼによるその破壊との間の絶えず変化するバランスに基づく複雑なプロセスです。具体的な状況に応じて、線維芽細胞は、プロテアーゼ、とりわけプラスミノーゲン活性化因子の影響下でコラーゲンを生成するか、コラーゲナーゼを分泌します。若い未分化の線維芽細胞の存在。巨大で病的な機能活性線維芽細胞と過剰なコラーゲン生合成により、ケロイド瘢痕は継続的に成長します。

[ 14 ], [ 15 ]

ヒアルロン酸

ヒアルロン酸は、分子量1,000,000ダルトンの天然多糖類で、間質物質に含まれています。ヒアルロン酸は種特異性がなく、親水性です。ヒアルロン酸の重要な物理的特性は高い粘性で、これによりコラーゲン束や原線維を互いに、また細胞に接着する接着剤として機能します。コラーゲン原線維、小血管、細胞間の空間は、ヒアルロン酸溶液で満たされています。ヒアルロン酸は小血管を包み込み、その壁を強化し、血液の液体成分が周囲の組織に滲出するのを防ぎます。主に支持機能を果たし、組織や皮膚の機械的要因に対する抵抗力を維持します。ヒアルロン酸は、間質腔内の陰イオンと活発に結合する強い陽イオンです。そのため、細胞間隙と細胞外間隙の間の交換プロセス、皮膚における増殖プロセスは、グリコサミノグリカンとヒアルロン酸の状態に依存します。ヒアルロン酸1分子は、約500個の水分子を近接して保持する能力を有しており、これが間質腔の親水性と保湿性の基礎となっています。

ヒアルロン酸は、真皮の乳頭層、表皮の顆粒層、そして皮膚の血管や付属器に多く存在します。多数のカルボキシル基を持つヒアルロン酸分子は、負に帯電しており、電界内で移動することができます。ヒアルロン酸の脱重合は、ヒアルロニダーゼ（リダーゼ）という酵素によって行われ、2段階で作用します。まず、酵素は分子を脱重合し、次に小さな断片に分解します。その結果、ヒアルロン酸によって形成されたゲルの粘度は急激に低下し、皮膚構造の透過性が向上します。これらの特性により、ヒアルロニダーゼを合成する細菌は皮膚バリアを容易に通過することができます。ヒアルロン酸は線維芽細胞を刺激し、その遊走を促進し、コラーゲンの合成を活性化するほか、殺菌作用、抗炎症作用、創傷治癒作用を有します。さらに、抗酸化作用、免疫刺激作用を有し、タンパク質と複合体を形成しません。結合組織の細胞間隙に水分と結合した安定したゲル状に存在するため、皮膚を通して代謝産物を確実に排出します。

フィブロネクチン

炎症反応を止める過程で、結合組織マトリックスが修復されます。細胞外マトリックスの主要な構成成分の一つは、糖タンパク質フィブロネクチンです。創傷部の線維芽細胞とマクロファージは、フィブロネクチンを活発に分泌し、創傷収縮を促進し、基底膜を修復します。創傷線維芽細胞の電子顕微鏡観察では、多数の細胞性フィブロネクチンフィラメントの平行束が明らかになり、多くの研究者が創傷線維芽細胞を筋線維芽細胞と呼んでいます。細胞間マトリックス中のフィブロネクチンは接着分子であり、細胞性および形質性の2つの形態で存在し、「垂木」として機能し、線維芽細胞と結合組織マトリックスを強固に接着します。細胞性フィブロネクチン分子はジスルフィド結合を介して互いに結合し、コラーゲン、エラスチン、グリコサミノグリカンとともに細胞間マトリックスを満たします。創傷治癒過程において、フィブロネクチンは修復部における線維芽細胞とコラーゲン線維の特定の配向を形成する主要な枠組みとして機能します。線維芽細胞フィラメントの光線束を介して、コラーゲン線維を線維芽細胞に結合させます。このように、フィブロネクチンは線維芽細胞のプロセスのバランスを調整する役割を果たし、線維芽細胞を誘引し、コラーゲン線維に結合してその成長を阻害します。フィブロネクチンの作用により、創傷自体における炎症性浸潤の段階が肉芽腫性線維化段階へと移行すると考えられます。

[ 16 ]