二、创面生物电场对创面修复的影响

1.趋电性

电场可引起多种细胞定向迁移，这种现象称为趋电性，趋电性因细胞类型、培养环境不同而有所差异。不同类型的细胞定向迁移方向不同，即使是来源于同一组织的细胞也有可能朝不同方向迁移，例如，角膜上皮细胞和成骨细胞都从正极向负极迁移，而角膜基质成纤维细胞和破骨细胞则由负极向正极迁移。当电场强度低至25mV/mm（直径20μm的细胞上电压为0.5mV）时，角质形成细胞和角膜上皮细胞即可定向迁移至电场负极，生理强度的电场（40～180mV/mm）更能指引细胞运动。在同样强度的电场条件下，人皮肤成纤维细胞则需要更长的时间才会对电场做出反应。对于角膜上皮细胞而言，电信号是压倒其他一切因素的指导信号，在模拟在体电场强度的体外实验中，改变电场方向，角膜上皮细胞则向相反方向迁移，运动方向完全由电场决定，电场所发挥的作用远远大于损伤刺激、接触抑制、群体压力和趋化因子等其他因素。

体外电场实验中，培养体系中的很多分子包括生长因子、细胞因子等都会带上电荷，电场可能使这些带电分子重新分布，并形成一个化学梯度。为了研究趋电性和趋化性之间的关系，研究人员使用垂直于电场方向的连续流动培养基，能够使化学梯度消失，这种情况下高尔基体仍然会发生极性分布，细胞的趋电性与正常组无差别。对许多细胞而言，G蛋白耦联受体是感受化学浓度梯度、发生趋化效应的必需分子，盘基网柄菌细胞若发生G蛋白亚基突变，则会失去趋化性。但当这种亚基突变的细胞处于电场中时，仍然拥有趋电性，在电场中会发生方向性迁移，保持细胞运动性。综合上述结果可知，趋电性与趋化性无关，细胞通过趋化性以外的分子或通路感受电刺激。需要注意的是，培养体系中的死细胞对电场无反应，不会受电场力驱动而迁移，主动的定向迁移反应与电场力驱动的运动亦完全不同。

2.电场与单层细胞迁移

划痕实验可以较好地模拟创面修复过程中单层角质形成细胞的侧向迁移行为，研究包括单个细胞运动、胞外基质、胞间相互作用等因素在内的协同作用。定向迁移时，细胞会发生极化，高尔基体是参与细胞极化、定向迁移的重要因素。在成纤维细胞和上皮细胞中，高尔基体可重塑细胞骨架，指引膜泡蛋白运输，将核内体回送至迁移侧。重塑的微管可引起细胞前侧表面受体和黏附分子富集，这是收缩的必需步骤。细胞方向性迁移时，高尔基体会重分布到胞核前侧，直面运动方向，当细胞由正极向负极运动时，高尔基体即重分布在负极一侧，扰乱其重分布会显著抑制细胞定向迁移。值得注意的是，当创面中电场方向与默认的极化方向（从创缘到创面）相反时，高尔基体极化及细胞定向迁移都完全与电场方向保持一致，并不受其他因素的影响。

生理强度的电场既然是创面中指导细胞定向迁移的决定性因素，它便可以决定细胞迁移或远离创面中心。当外加电场方向与创面自身的电场一致时，创缘角质形成细胞向创面的迁移会明显增加；当二者方向相反时，外加电场在低至12.5mV/mm时就可显著减少向创面迁移的细胞，强度上升到25mV/mm时则可以压倒其他因素，完全阻止细胞向创面迁移。

3.电场与多层细胞迁移

皮肤、角膜创面修复时，多层上皮细胞共同迁移。研究表明，多层细胞对电场的反应与单层细胞一致，其迁移方向完全由电场决定，外加电场与创面固有愈合方向相反时，多层细胞仍按照由正极向负极的方向远离创面中心运动。若改变电场方向，则细胞迁移方向逆转，向创面迁移。

4.电场与细胞分裂、神经出芽、血管生成

创面形成后，机体启动一系列精细复杂的反应协同作用，共同封闭创面，完成再上皮化。除了肉芽生成、角质形成细胞增殖、迁移、分化以外，局部血管断裂、缺失后机体通过血管新生，增加毛细血管数目，重新建立微循环。交感神经纤维通常仅存在于皮肤深层真皮及皮下组织，创伤造成周围神经损伤后，它会以神经出芽的方式与感觉神经纤维伴行，到达浅层真皮组织。

体外培养的角膜上皮细胞增殖时，其分裂面垂直于电场方向，这对创缘大约500μm范围内的细胞而言十分重要，因为此范围也是创面内源性电场最强的区域。某些化学药物可通过增强细胞离子转运功能而增加电场强度，由此引起创缘细胞分裂增加约40%，更多细胞的有丝分裂纺锤体与电场方向大致平行，分裂面则与电场方向垂直。电场增强时，朝向创面处的神经出芽现象更多，且出现得更早，而减弱电场后，出芽现象明显减少。外加电场也可以指导血管内皮细胞和血管生成。综上所述，生理强度的电场可影响多种创面修复事件，包括细胞定向迁移、增殖，神经出芽，血管生存等。电场与创面愈合存在正相关关系，证明电场是控制在体创面修复的关键因素。角膜和皮肤创面中所检测的内源性创面电场强度大于42～150mV/mm，这个强度远大于离体实验中所采用的数据，因此我们更有理由相信，内源性电场是调控创面修复过程的决定性因素。

5.细胞对电场信号的感应

当培养体系中某些化学物质存在浓度差异时，细胞会根据物质类型、浓度差异向特定方向移动，这种行为称为趋化性。当细胞受到趋化力的驱动发生方向性迁移时，细胞中PI3K通路激活，并集中分布在细胞迁移的前缘，PTEN是PI3K的负向调节蛋白，则分布在相反一侧，即后缘，这两种分子在感知趋化物质及细胞极化中有重要作用，并称为“指南针分子”。用无血清培养基培养中性粒细胞和角质形成细胞时，生理强度的电场可迅速激活PI3K通路。研究表明，表达GFP-Akt细胞接受电场刺激后，GFP-Akt极性分布在细胞迁移的方向，说明PI3K以一种极化的方式富集在细胞面向负极的一侧。若改变外加电场的方向，GFP-Akt则会重新分布在负极一侧，说明电场可以定向激活细胞PI3K通路。在PI3K活化侧，细胞膜突触形成伪足，向此侧定向迁移，另外，如果用药物抑制PI3K活性或通过基因手段敲除相关基因后，小鼠创面修复过程中细胞趋电性和定向迁移能力都严重受损，说明PI3K在细胞对电场的感知中发挥关键作用。利用组织特异性手段敲除角质形成细胞中的PTEN基因后，细胞Akt磷酸化水平及趋电性显著增加，因此PTEN和PI3K也是首对被确定与细胞趋电性有关的分子，细胞如何引起胞内信号的变化尚未可知，或许与电场影响离子转运体、离子通道如Na⁺/H⁺交换体的功能有关。

除PTEN和PI3K通路外，细胞中的EGF受体、MAPK、ERK、Src和整合素家族等也会被激活。Isseroff和Zhao等发现，电刺激细胞10分钟后，EGF受体就会在角质形成细胞、角膜上皮细胞中重分布至负极一侧，下游信号ERK1/2和极化的肌动蛋白丝也重分布到细胞朝向负极侧。电场引起的定向迁移中，常见到多种信号通路极性分布到细胞特定一侧，这一点与趋化性一致。整合素可以与胞外基质相互作用，感知机械力等其他各种环境信号，调节各种细胞内信号。当成纤维细胞在电场中定向迁移时，胞内的整合素α5、α5β1重新分布，参与细胞的感知和迁移；敲除β4后，角质形成细胞的电趋性减弱，若通过转染技术让细胞重新表达β4蛋白后，电趋性也同时恢复正常。因此，细胞对电场的感知及定向迁移涉及多种信号通路，是一个复杂而精细的调控网络。

除了上述信号通路与电场引起的定向迁移有关，cAMP、Rho、小GTPase等都可以调节角质形成细胞和神经细胞的趋电性。胞质内钙离子的变化也是一个重要的调节机制，但目前实验所得出的结论互相矛盾，一些实验证明钙离子在电趋性中发挥重要或必需作用，而另外一些研究则得到完全相反的结论。这或许与钙离子在细胞中发挥的广泛作用有关，钙离子除了可以参与信号转导外，还与细胞稳态、黏附、分化、迁移密切相关。