垂直喉部分切除术后喉狭窄瘢痕组织中细胞外基质的变化及意义

来源:岁月联盟 作者:吴旋 时间:2010-07-13

【摘要】  研究喉狭窄瘢痕组织的病理变化, 了解细胞外基质的变化及意义。【方法】 垂直喉部分切除术后2 ~ 3月出现瘢痕性喉狭窄10例喉瘢痕组织、非狭窄16例喉瘢痕组织为实验组及10例声带组织为对照组,分别进行Gomori?蒺s醛品红法染色、Van Gieson(V.G)染色、苦味酸-天狼猩红染色及免疫组化染色,并在KONTRON IBAS 2.5全自动图像分析系统下观察和阳性面积。【结果】 喉狭窄瘢痕组织中,细胞外基质排列紊乱。与非狭窄喉瘢痕组织、声带组织比较,喉狭窄瘢痕组织中,胶原纤维含量(0.512 ± 0.052)、Ⅰ型胶原纤维含量(0.376 ± 0.015)及纤维连接蛋白表达量(0.472 ± 0.033)明显增多,Ⅰ/Ⅲ型胶原纤维比值(3.32 ± 0.27)明显增大,差异有统计学意义(P < 0.05)。与声带组织比较,喉狭窄瘢痕组织中,弹力纤维含量(0.213 ± 0.021)明显减少,差异有统计学意义(P < 0.05)。【结论】 喉狭窄瘢痕组织中,胶原纤维和纤维连接蛋白等细胞外基质大量沉积。胶原纤维及弹力纤维含量、形态、排列改变,Ⅰ、Ⅲ型胶原数量和比例变化,可能与喉狭窄喉腔弹性差,喉瘢痕僵硬有关。纤维连接蛋白高表达可能与喉狭窄的瘢痕组织过度增生有关。

【关键词】  垂直喉部分切除术 喉狭窄 瘢痕 病

  Abstract: 【Objective】 To explore the significance of the change of extracellular matrix in the laryngeal stenosis scar by the study of the pathological features of laryngeal stenosis scar. 【Methods】 At 2 to 3 months after vertical partial laryngectomy, laryngeal stenosis scar occurred. The patients were divided into the laryngeal stenosis group which were 10 human surgical specimens of laryngeal scar and 16 human surgical specimens of laryngeal scar with non-stenosis, and the control group which were 10 cases of human vocal folds. Collagen fibers and elastic fibers were observed by Gomrori?蒺s aldehyde-fuchsin and Van Gieson staining respectively in laryngeal tissue sections. Types Ⅰ and Ⅲ collagen in laryngeal tissues were assessed by picric-sirius red polarimetry staining. Expression of Fn was observed by immunohistochemistry staining. The extracellular matrix was analyzed with KONTRON IBAS 2.5 automatic image analysis system. 【Results】 In laryngeal stenosis scar tissues, the extracellular matrix was arranged disorderly. The density of collagen fibers (0.512 ± 0.052), typeⅠcollagen  fibers (0.376 ± 0.015) and Fn (0.472 ± 0.033) in laryngeal stenosis scar tissues was significantly increased compared with that in non-stenosis tissues and human vocal folds tissues; the proportion of typeⅠand Ⅲ collagen (3.32 ± 0.27) in the laryngeal stenosis scar tissues was significantly higher than that in the control group (P﹤0.05). The density of elastic fibers (0.213 ±0.021) in the laryngeal stenosis scar tissues group was significantly lower than that in the control group (P﹤0.05). 【Conclusions】 There was over deposition of extracellular matrix in the laryngeal stenosis tissue. The change of contents, shape, range in collagen fibers and elastic fibers, the change of quantity and proportion in typeⅠ, Ⅲ collagen fibers may be related to larynx cavity elasticity weakening and larynx scar ankylosis of laryngeal stenosis. And the high expression of Fn may be related to the hyperplasia of laryngeal senoisis scar tissues.

  Key words: vertical partical laryngectomy; laryngeal stenosis; scar/pathology; extracellular matrix

  手术创伤引起喉内瘢痕过度增生,导致喉狭窄是喉外科手术常见的并发症,虽然发病率不高,但临床处理较困难。对其发生原因,多数学者认为与喉肿瘤范围广、喉支架大块缺损、喉腔组织大范围损伤而又修复不良有关。但临床上亦发现有部分喉癌患者喉支架缺损不大,术后可拔除气管套管但一段时间后又出现喉狭窄,可能与喉内瘢痕肉芽组织过度增生有关[1,2],其危险因素包括:呼吸道感染、糖尿病、术后放疗等[2]。针对该种情况,我们之前进行相关基础研究,证实喉狭窄喉组织中存在肉芽瘢痕过度增生的病理因素[3-5]。本研究通过对垂直喉部分切除术后喉腔创面愈合不同转归(非狭窄与狭窄)的喉腔瘢痕组织病理学的研究,从喉瘢痕组织形成的病理学角度去探索形成瘢痕的机理,初步了解细胞外基质在喉部分切除术后瘢痕性喉狭窄的发病过程中作用。

  1 材料与方法

  1.1  临床资料

  1.1.1  病例入选标准
 
  ①非狭窄组:声门型喉癌T2期患者行垂直喉部分切除术,单侧胸骨舌骨肌瓣重建喉腔; 术后均成功拔管;随访期间未出现喉狭窄。②喉狭窄组:声门型喉癌T2期患者行垂直喉部分切除术,单侧胸骨舌骨肌瓣重建喉腔; 术后1月成功拔管,术后2 ~ 3月时出现进行性呼吸困难,需重新行气管切开,喉狭窄组织病理活检排除癌复发。内镜和影像学发现喉腔瘢痕肉芽堵塞,喉腔狭窄。③对照组:10例双声带麻痹行声带切除患者。

  1.1.2  临床及病理特征 

  ①非狭窄组:中山大学附属第一耳鼻咽喉科医院2003年4月-2005年4月间收治的16例符合入选标准的喉部分切除术患者,所有患者均为首次手术,术前术后未做过放疗和化疗,无远处转移,年龄46 ~ 71岁,平均年龄59岁,病理类型:高分化鳞癌11例,中分化鳞癌5例。按照UICC1997年TNM分类和分期法对本组病例进行分期,T2N0M0 13例,T2N1M0 3例。随访时间为6 ~ 12月,平均10月。②狭窄组:中山大学附属第一医院耳鼻咽喉科医院1994年1月-2005年6月期间收治的符合入选标准的喉狭窄患者10例,入选病例术前术后均未做过放疗、化疗、无远处转移,年龄42 ~ 69岁,平均年龄56岁。病理类型:高分化鳞癌7例,中分化鳞癌3例,按照UICC1997年TNM分类和分期对10例进行分期,T2N0M0 8例,T2N1M0 2例。③对照组:2003年4月-2005年4月收治外院行甲状腺手术误伤双侧喉返神经麻痹致呼吸困难,须行声带切除术病例。

  1.2  标本提取及保存

  ①对照组:取自双声带麻痹患者行声带切除术的10例组织蜡块;②非狭窄组:喉部分切除术后2 ~ 3月,喉镜下钳取喉腔创面瘢痕肉芽组织(创面边缘、中央2-3处钳取), 经40 g/L甲醛常规固定,石蜡包埋,储存备用;③狭窄组:喉部分切除术后2 ~ 3月出现瘢痕性喉狭窄,支撑喉镜或电子喉镜送检的瘢痕肉芽组织,经40 g/L甲醛常规固定,石蜡包埋,储存备用。

  1.3  弹力纤维、胶原纤维及Ⅰ、Ⅲ型胶原纤维的检测

  1.3.1 弹力纤维及胶原纤维染色 

  石蜡组织切片厚5 μm,常规脱蜡至水,蒸馏水清洗。切片上滴染Gomori?蒺s醛品红染色液或切片上滴染Van Gieson液,蒸馏水洗2次。无水乙醇脱水,二甲苯透明和中性树胶封固,光镜下观察。

  1.3.2 Ⅰ、Ⅲ型胶原纤维染色

  石蜡切片厚5 μm, 常规脱蜡至水,37 ℃下苦味酸天狼猩红溶液中浸染1 h,流动的自来水冲洗5 min,苏木精复染5 ~ 10 min,透明,封片。在暗视野条件下用偏振光显微镜观察。

  1.4  免疫组化检测组织中纤维连接蛋白(Fn)的表达

  ①一抗试剂: 纤维连接蛋白(Fn)兔抗人多克隆抗体, RAB-0071,购自福建迈新生物公司。②SP法免疫组化检测试剂盒,产品编号KIT-9710,购于福建迈新生物公司。③SP免疫组化方法:组织石腊切片,厚5 μm, 60 ℃恒温箱内烤片1h。脱蜡和水化,蒸馏水清洗。抗原修复: 高温高压修复法处理。置于30 mL/L H2O2溶液中室温下孵育30 min,以去除内源性过氧化物酶活性。PBS液洗。滴加正常山羊血清封闭,37 ℃孵育10 min。滴加一抗,4 ℃过夜,PBS清洗。滴加二抗(生物素化羊抗鼠抗体),37 ℃孵育20 min,PBS清洗。加三抗链霉菌抗生物蛋白——过氧化物酶溶液,37 ℃孵育20 min,PBS清洗。DAB显色剂显色。苏木素复染,片烤干,中性树胶封片,光镜下观察。

  1.5  检测结果的观察及半定量分析

  取上述染色的组织切片,每张切片随机于固有层取8幅视野,采用全自动图像分析仪对弹力纤维、胶原纤维、Ⅰ、Ⅲ型胶原纤维及Fn进行半定量分析,于200倍显微镜下分析其各自的阳性相对面积(阳性面积/ 统计场总面积),统计场总面积为44 783 μm2。

  1.6  统计学处理

  计量数据用均数±标准差(x±s)表示;多个样本均数比较采用ANOVA和SNK-q检验,P﹤0.05表示差异具有统计学意义,统计在SPSS11.0软件下完成。

  2  结  果

  2.1  弹力纤维、胶原纤维观察及半定量分析

  对照组弹力纤维染色呈紫黑色,位于上皮下固有层,呈波浪状,排列整齐(图1A);胶原纤维染色浅红色,位于上皮下固有层,排列整齐。非狭窄组弹力纤维染色浅量少,排列紊乱,呈片状;胶原纤维红染,量多,排列乱,呈团块状或条索状(图2A)。喉狭窄组弹力纤维染色呈紫黑色,量少,排列不规则,团状,旋涡状(图1B);胶原纤维深染,量多,漩涡状或年轮状,排列致密(图2B)。半定量分析及比较见表1,可见喉狭窄瘢痕组织中,胶原纤维含量明显高于对照组和非狭窄组(P < 0.05),弹力纤维含量则明显低于对照组(P < 0.05)。

  2.2  Ⅰ、Ⅲ型胶原纤维观察及半定量分析

  偏振光显微镜观察,波纹状长纤维,呈红色,具有很强的双折光性,为Ⅰ型胶原纤维; 在Ⅰ型胶原纤维束的周围区域,散在的、显示弱的双折光黄绿色细纤维,呈疏网状分布,为Ⅲ型胶原纤维。

  对照组:固有层有波浪状排列的Ⅰ、Ⅲ型胶原纤维,密度疏松。两种纤维相互交织一起。非狭窄组:Ⅰ型胶原纤维量多,Ⅲ型胶原纤维量少,排列不规则,疏松(图3A)。喉狭窄组:Ⅰ型胶原纤维较Ⅲ型胶原纤维量明显多,排列不规则,团状,旋涡状,两者相互重叠,不能完全分开(图3B)。半定量分析及比较见表2。可见喉狭窄瘢痕组织中,Ⅰ型胶原纤维含量明显高于对照组和非狭窄组(P < 0.05), Ⅰ、Ⅲ型胶原纤维的比值大于对照组和非狭窄组(P < 0.05)。

  2.3  Fn的表达

  Fn阳性染色表现为间质呈黄色纤维网状,细胞胞浆、胞膜棕黄色。对照组:间质、基底细胞和成纤维细胞有少量阳性信号。非狭窄组: Fn表达位于间质,小血管为中心周围分布,成纤维细胞、内皮细胞胞浆胞膜阳性染色(图4A)。 喉狭窄组: 大量Fn表达位于间质,网格状分布。成纤维细胞胞浆胞膜可见阳性染色(图4B)。半定量分析及比较见表3 ,可见喉狭窄瘢痕组织中,纤维连接蛋白表达量明显高于对照组和非狭窄组(P < 0.05)。

  3 讨 论

  3.1  胶原纤维、弹力纤维与喉狭窄

  弹力纤维和胶原纤维是喉腔主要功能成分,对固有层的生物机械性能起着举足轻重的作用[6]。正常喉腔黏膜的弹力纤维主要存在黏膜固有层中,由于弹力纤维富有弹性,被拉长50%~100%之后仍能恢复原状,因此,它能赋予喉腔良好的弹性。在喉黏膜固有层,弹力纤维的机械性能与胶原纤维互为补充,当喉腔扩大时,波浪形的胶原纤维伸直,弹力纤维则被牵引拉长,处于蓄能状态,胶原纤维的抗拉可以防止弹力纤维过分牵张,当除去外力时,弹力纤维便立即能被变形并恢复到原来状态。

  本研究结果表明,喉狭窄瘢痕组织中胶原纤维无论含量还是形态、排列,都与正常喉腔组织胶原纤维有区别。喉狭窄瘢痕组织中,胶原纤维排列致密、杂乱。胶原纤维含量明显增多, 与非狭窄喉瘢痕组织、正常喉腔组织比较,差异均有统计学意义。既往研究已证明,胶原纤维的多少、粗细及排列直接地影响着器官的力学性质[7]。因此,我们认为,喉狭窄瘢痕组织中大量胶原纤维沉积和其形态、排列改变,致使喉腔韧性差,喉腔瘢痕僵硬度增加,可能是导致喉狭窄发生的重要因素。

  本研究结果表明,喉狭窄组喉瘢痕组织中弹力纤维排列紊乱,卷曲,没有方向性,弹力纤维含量明显减少。喉狭窄组织中,无论含量还是形态、排列,都远未能恢复至正常喉腔弹力纤维特性。因此,我们认为,喉狭窄喉腔弹性功能较正常喉腔弹性差,弹力纤维含量、形态、排列改变是其中一个重要原因。

  3.2  Ⅰ、Ⅲ型胶原纤维与喉狭窄

  不同的胶原分子类型及比例组成的胶原纤维具有不同的物理性质,Ⅰ型胶原纤维有很强的张力,Ⅰ型胶原纤维量决定组织的僵硬度。Ⅲ型胶原纤维富有伸展性,具有可曲性与柔韧性的一类胶原,Ⅰ/Ⅲ型胶原比值变化,可导致组织顺应性改变,Ⅰ/Ⅲ型胶原比值升高,将使组织僵硬并失去弹性[8-10]。因此,Ⅰ、Ⅲ型胶原之间保持适当数量和比例对维持组织正常结构和功能具有重要意义。

  本研究结果显示,喉狭窄瘢痕组织中,Ⅰ型胶原纤维含量、Ⅰ/Ⅲ型胶原纤维比值明显高于正常喉腔组织,与非狭窄喉瘢痕组织比较,差异亦有显著意义。因此,我们认为,Ⅰ、Ⅲ型胶原数量和比例变化导致喉狭窄瘢痕组织顺应性改变,可能是喉部分切除术后喉狭窄瘢痕质地僵硬、喉腔瘢痕弹性差的重要原因。有效减少Ⅰ型胶原纤维在喉瘢痕组织中含量和降低Ⅰ/Ⅲ型胶原的比值,将是或预防创伤后喉狭窄的重要研究内容。

  3.3  Fn与喉狭窄
 
  正常组织中,Fn主要由成纤维细胞、血管内皮细胞,巨噬细胞合成和分泌,也可由血浆转化而来。Fn是细胞外基质重要成分,是与创伤修复关系最密切的结构性糖蛋白。Fn在创伤修复过程中具有重要作用。既往研究表明, Fn为炎症细胞迁移提供基质和趋化信号,对成纤维细胞、上皮细胞和血管内皮细胞有趋化作用,促进其游走和铺展,调节其增殖、分化、细胞因子及整合素受体的表达,促进肉芽组织向创伤区生长,并为新基质的形成提供支架[11]。Charles等在动物实验中发现Fn的局部应用可加速大鼠背部切口愈合[12],俞琼等[13]在实验中发现Fn能促进角膜创伤的愈合。Fn在创伤愈合早期出现,然后在4周至3月内消失,由胶原结缔组织代替[14]。

  本研究中,比较非狭窄喉瘢痕组织、正常喉腔组织,喉狭窄组织Fn表达明显增强。Fn是细胞赖以生存的因子,能使细胞内bcl-2表达增加, 阻止成纤维细胞和内皮细胞的凋亡[15]。本研究中,Fn高表达可能致使成纤维细胞和内皮细胞的凋亡速度减慢或凋亡不足或中断,成纤维细胞相对过剩,导致喉腔创面成为以过渡细胞(尤其是成纤维细胞)成分为特征的增生性瘢痕。同时,高表达Fn可能为过量肌成纤维细胞提供支架与系带作用,参与了喉腔创面收缩,引起整个增生性瘢痕组织收缩,喉腔变窄。因此,我们认为喉部分切除术后喉腔创面愈合过程中,喉瘢痕组织中Fn高表达,可能与喉腔瘢痕组织过度增生并造成喉腔狭窄有关。

 

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