研究背景:表皮细胞有效地向创面中心迁移是创面愈合过程中的关键步骤。表皮细胞要实现向创面中心快速有效地迁移,就需要知道迁移的方向。创面内源性的直流电场作为一个重要的方向信号指导表皮细胞有效地向创面中心的迁移。创面内源性的直流电场是皮肤创面形成时皮肤屏障破坏、跨上皮电势差消失所产生,创面中心为电场的负极,创缘为电场的正极,此电场一直持续到创面完全再上皮化后才消失。以往研究表明内源性的直流电场强度为42-100mV/mm,并且随着时间和空间在不断变化。在体外,生理强度的直流电场能够指导多种细胞朝着一定的方向迁移,称之为趋电性。表皮细胞在直流电场中从正极向负极迁移,这跟在体表皮细胞在内源性直流电场中迁移的方向一致。更有意义的是最新的研究显示电场是上皮创面愈合过程中最重要的方向信号,这表明电场在创面愈合过程中所起的作用比以往的认识更加重要。然而创面微环境是复杂的。表皮细胞向创面中心的迁移,除了电场,可能还受到同时存在于创面微环境中的其他因素的影响。这些因素会对创面表皮细胞方向性的迁移产生什么样的影响还不得而知。尽管一些细胞膜蛋白和胞浆蛋白已经被证实是表皮细胞趋电性迁移的分子机制,但是创面微环境中的其他因素是否通过影响这些分子来影响表皮细胞趋电性迁移还不得而知。创面形成后由于局部血液循环障碍和创周细胞氧耗的增加,导致创面形成低氧的微环境。研究表明,在创面中心处氧分压最低,为0-10mmHg(0-1.3%O2),离创缘越近氧分压越高,在创缘处氧分压大约为60mmHg(7.9%O2)。创面形成后表皮细胞没有立即开始迁移,而是在几个小时以后才开始迁移,低氧可能在表皮细胞迁移的启动中起着重要作用。事实上,低氧已经被证明能够增强表皮细胞和成纤维细胞的运动性,并且在创面的再上皮化中起着重要的作用。创面的再上皮化不仅依赖于表皮细胞的运动,更重要的是表皮细胞运动的方向。然而,低氧是否会对创面愈合过程表皮细胞方向性的迁移产生影响还未见文献报道。大量的研究描述了表皮细胞趋电性的迁移,然而这些研究都是在常氧条件进行的,都忽略了在体表皮细胞开始迁移之前已经存在的创面低氧微环境。研究目的:本课题旨在研究低氧预处理对原代小鼠表皮细胞趋电性迁移的影响及其机制,进一步认识创面低氧微环境促进创面愈合的机制,为临床上探索进一步促进创面愈合的治疗新方法提供新思路。内容与方法:1、建立外加直流电场诱导表皮细胞趋电性迁移的实验模型,观察常氧条件下原代小鼠表皮细胞趋电性迁移特征。2、对比观察不同浓度的低氧预处理对原代小鼠表皮细胞趋电性迁移特征的影响。3、对比观察不同时间的低氧预处理对原代小鼠表皮细胞趋电性迁移的影响。4、对比观察低氧预处理对电场刺激条件下单层表皮细胞创面愈合及表皮细胞趋电性迁移的影响。5、检测低氧预处理对细胞内ROS水平变化的影响;明确ROS在低氧预处理促进表皮细胞趋电性迁移中的作用,初步阐明低氧预处理影响表皮细胞趋电性迁移的机制。结果1、通过我们建立的科学、实用、可实时动态观察外加直流电场下细胞迁移的实验模型,发现原代小鼠表皮细胞的趋电性迁移呈外加电场的电压和时间依赖性。在常氧条件下原代小鼠表皮细胞趋电性迁移的电压阈值为大于25mV/mm、小于50mV/mm。2、低氧预处理能够促进表皮细胞趋电性迁移,此促进作用呈氧浓度和预处理时间依赖性,其中以6小时2%的低氧预处理的促进作用最明显。6小时2%的低氧预处理能增强表皮细胞趋电敏感性,降低表皮细胞趋电性电压阈值(从常氧条件下的25mV/mm至50mV/mm之间降低到<25mV/mm)。然而,12小时2%的低氧预处理导致表皮细胞趋电性迁移受抑,这一抑制作用可能与长时间低氧预处理降低表皮细胞的活性有关。3、低氧预处理能促进电场刺激条件下单层表皮细胞创面愈合,该促进作用大于单独低氧预处理与单独外加电场对创面愈合的促进作用之和。4、ROS是电场诱导表皮细胞方向性迁移的必需信号分子,但不是表皮细胞运动所必需的的。低氧预处理通过增加细胞内ROS的生成促进了表皮细胞趋电性迁移。结论本研究在建立科学、实用、可实时动态观察外加直流电场诱导表皮细胞趋电性迁移实验模型的基础上,发现低氧预处理通过增加细胞内ROS生成促进表皮细胞趋电性迁移,此促进作用呈低氧预处理时间和氧浓度依赖性,其中以6小时2%的低氧预处理对表皮细胞趋电性迁移的促进作用最为明显,且该低氧预处理条件能显著促进电场刺激的单层表皮细胞创面愈合过程,研究进一步揭示了对创面低氧微环境促进创面愈合的作用机制,为临床探索促进创面愈合的新技术、新方法提供了崭新思路。