糖尿病足溃疡愈合相关信号通路的研究进展

CHINA MEDICAL HERALD Vol.18No.6February 2021
[基金项目]国家自然科学基金资助项目(81960805)。

[作者简介]王庚新(1995-),男,贵州中医药大学护理学院2019级护理学专业在读硕士研究生;研究方向:中西医结合糖尿病护理。

[通讯作者]张春玲(1965-),女,教授,硕士生导师,贵州中医药大学第二附属医院护理部副主任;研究方向:中西医结合糖尿病护理。

糖尿病是一组与血糖水平失控有关的慢性病。

有报道统计,2019年全球糖尿病患病率达9.3%,预计到2045年将增至10.9%[1]。

糖尿病足溃疡(diabetic foot ulcer,DFU)是糖尿病患者下肢神经和外周血管病变导致的严重并发症,其病情复杂治疗难度大,最终导致截肢。

不仅给患者个人造成生活质量的下降,而且也给家庭及社会带来沉重的经济负担[2]。

目前,影响DFU 愈合机制尚未完全清楚,进一步研究DFU 愈合机制对其治疗有重大意义。

研究发现PTEN 诱导激酶1(Pink1)/Parkin、Wnt/β-连环蛋白(Wnt/β-catenin)、磷
脂酰肌醇3-激酶(PI3K)/丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶B
(AKT)、转化生长因子-β(TGF-β)/Smad、低氧诱导因子-1(HIF-1)等信号通路与DFU 愈合密切相关[3-6]。

下
面将分别阐述上述信号通路及其他相关细胞因子在DFU 愈合中的研究进展。

1Pink1/Parkin 信号通路
Pink1是一种蛋白激酶,监测着线粒体的完整性;
Parkin 是一种泛素蛋白连接酶,作为Pink1的下游蛋白,它将泛素链作为降解信号连接到故障的线粒体上,二者共同作用激活受损线粒体自噬来达到自我清除
目的[7]。

在正常生理条件下,Pink1被转运进入线粒体内膜同时也会被蛋白系统降解,不会积累在正常的线粒体内。

当线粒体受损时会导致去极化损伤并失去膜电位,Pink1在线粒体外膜上迅速积累,并和Parkin 连接,将受损的线粒体分离出来[8]。

此时,异常的线粒体因为细胞膜电位的异常不能融入正常的线粒体网
络。

Pink1/Parkin 通路调控线粒体自噬,维持细胞内环境的稳态。

Zhao 等[9]在顺铂治疗的过程中发现Pink1、Parkin 蛋白表达水平下降,线粒体自噬水平下降致使
糖尿病足溃疡愈合相关信号通路的研究进展
王庚新1
张春玲2
唐丽莎1
罗开中1
李
桃1
张
云1
1.贵州中医药大学研究生院,贵州贵阳550002;
2.贵州中医药大学第二附属医院护理部,贵州贵阳
550003
[摘要]糖尿病足溃疡(DFU)是糖尿病最常见的并发症之一,其病情复杂治疗难度大,最终导致不可逆的截肢。

近年来对DFU 延迟愈合的原因研究较多,主要有血管生成减少、肉芽组织生长缓慢、胶原蛋白合成不足、细胞凋亡增多等,但对于具体促愈机制研究较少。

本文分析汇总近年来国内外文献,基于DFU 的细胞信号通路探讨中药单体、复方、敷料等对于DFU 的作用机制,以期对DFU 的研究和治疗提供相应参考。

[关键词]糖尿病足溃疡;信号通路;溃疡愈合;研究进展[中图分类号]R587.2
[文献标识码]A
[文章编号]1673-7210(2021)02(c)-0046-04
Research progress on signaling pathways related to healing of diabetic foot ulcer
WANG Gengxin 1ZHANG Chunling 2TANG Lisha 1LUO Kaizhong 1LI Tao 1ZHANG Yun 11.Graduate School,Guizhou University of Traditional Chinese Medicine,Guizhou Province,Guiyang 550002,China;
2.Department of Nursing,the Second Affiliated Hospital of Guizhou University of Traditional Chinese Medicine,Guizhou Province,Guiyang 550003,China
[Abstract]Diabetic foot ulcer (DFU)is one of the most common complications of diabetes,which is difficult to treat and leads to irreversible amputation.In recent years,there have been many studies on the causes of delayed healing of DFU,mainly including decreased angiogenesis,grows slowly of granulation tissue,insufficient collagen synthesis,in⁃creased apoptosis,etc .But there have been few studies on the specific mechanism of healing promotion.In this paper,domestic and foreign literatures were analyzed and summarized in recent years,and the mechanism of action of tradi⁃tional Chinese medicine monomer,compound and dressing on DFU was discussed based on DFU cell signaling path⁃
way,so as to provide relevant reference for the research and treatment of DFU.[Key words]Diabetic foot ulcer;Signaling pathway;Ulcer healing;Research progress
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人肾近端小管细胞损伤增加,引起肾功能损害。

线粒
体功能障碍也是引发糖尿病患者内皮细胞损伤的重
要影响因素,线粒体自噬可以有效地清除受损的线粒
体,保障正常线粒体网络的功能。

有研究发现人参三
七川芎提取物可以上调Parkin的表达,增强线粒体自
噬作用,延缓血管内皮细胞的衰老[10]。

Parkin与p53存在相互调控作用,Parkin的编码基因PARK2是p53
的靶基因,Parkin参与糖酵解调控是通过p53介导的
泛素蛋白酶体对负责糖酵解代谢关键酶的降解作用
来实现的。

研究证实,较高水平的p53和Parkin之间
的相互生理作用有助于调节血管内皮生长因子(VEGF)
的表达和细胞状态[11-12]。

综上,通过干预Pink1/Parkin 信号通路调控血管内皮细胞内线粒体自噬,可保障血管内皮细胞代谢能量和生理功能,上调VEGF、促进创面损伤的血管修复和新生,促进DFU愈合。

2Wnt/β-catenin信号通路
Wnt/β-catenin信号通路是Wnt的一个关键分支通路。

Wnt信号通路未激活时,胞质内的β-catenin被酪蛋白激酶1(CK1)和糖原合酶激酶3β(GSK3β)磷酸化而不断降解,使β-catenin一直存在较少而不能进入细胞核内与DNA结合T细胞转录因子/淋巴增强转录因子结合,最终抑制Wnt下游靶基因的表达[13]。

当Wnt配体存在时,Wnt配体和七次跨膜卷曲蛋白及低密度脂蛋白受体相关蛋白结合后,Wnt/β-catenin 通路被激活,使胞质内的β-catenin磷酸化作用受到抑制,降解减少进而不断累积,到达一定水平以后进入细胞核与T细胞转录因子/淋巴增强转录因子相互作用并形成蛋白复合物,并促进下游靶基因如Cyclin D1的表达[14]。

Wnt/β-catenin通路维持组织细胞的稳态和再生,研究发现其异常调节也与DFU愈合相关。

李文惠等[15]观察糖尿病足溃疡患者60例外用紫朱软膏后创面愈合情况,治疗第5天,平均愈合率为(4.8±1.8)%,治疗第10天,平均愈合率达(24.0±3.9)%,差异有统计学意义(P<0.05),且在糖尿病足溃疡患者创面组织中检测到β-catenin表达上调,GSK-3β表达下降。

Nie等[16]使用积雪草苷和一氧化氮的凝胶治疗糖尿病足溃疡时,发现其显著促进了伤口溃疡的愈合,进一步实验证实了积雪草苷和一氧化氮的凝胶通过Wnt/β-catenin通路使成纤细胞大量增殖,胶原蛋白的生成增多,创面收缩加快。

总之,Wnt/β-catenin 信号通路可以调控成纤维细胞的增殖,使创面收缩加快,从而加快了溃疡的愈合速度。

3PI3K/AKT信号通路
PI3K是一种根据其底物和结构特异性不同而分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型的异源二聚体,通过自身结构改变激活或通过与Ras蛋白、p110催化亚单位结合而活化[17]。

随后,活化后的PI3K产生的第2信使磷脂酰肌醇3磷酸与AKT结合而完全活化。

激活的PI3K/AKT信号通路调控许多重要的细胞过程,包括机体营养摄取、合成代谢反应、细胞生长、分化和存活、增殖和细胞运动[18]。

有研究发现中药斑蝥素可以抑制PI3K/AKT信号通路的激活下调结肠癌相关转录因子1(CCAT1)因子表达,从而抑制胃癌细胞的增殖、浸润和转移[19]。

也有研究发现,PI3K/AKT信号通路在DFU中扮演着重要角色,Zhang等[20]将人脂肪干细胞的外泌体在小鼠创口处进行皮下注射,显著的缩短了小鼠皮肤创口的愈合时间,进一步实验在分子机制上证实了人脂肪干细胞的外泌体通过调控PI3K/AKT信号通路促进成纤维细胞增殖、迁移激活胶原蛋白生成,加速了皮肤伤口的愈合。

Chen等[21]利用聚乙烯醇(PVA)/海藻酸水凝胶(TPN@H)治疗糖尿病溃疡模型大鼠,结果TPN@H对糖尿病大鼠创面愈合有显著影响。

大鼠创面基本完全愈合,通过分子研究验证了TPN@H通过调控PI3K/AKT信号通路减少炎性细胞的浸润、使成纤细胞增殖增多促进肉芽组织的生长促进糖尿病大鼠创面愈合。

综上所述,通过调控PI3K/AKT通路可促进成纤细胞的增殖激活胶原蛋白生成、减少炎性细胞的浸润、促进新生肉芽生长而加快溃疡的愈合。

4TGF-β/Smad信号通路
TGF-β是一组包括TGF-β、激活素、骨形态发生蛋白、抑制素等组成的多功能的生长因子超家族。

Smad蛋白家族是TGF-β1的下游底物分子,其功能将TGF-β的信号由细胞膜转入细胞核内,调节靶基因的转录[22]。

TGF-β通过激活Smad蛋白家族调控细胞功能、参与免疫应答、调节细胞外基质合成等[23-24]。

有研究发现,微小RNA-29通过抑制TGF-β/Smad信号通路导致肝星状细胞持续增殖,进而导致细胞外基质堆积而形成肝纤维化[25]。

Ji等[26]研究发现腐植酸钠通过增加伤口创面胶原蛋白的表达加速了伤口的愈合,而其机制可能是通过调控TGF-β/Smad通路促进成纤细胞的增殖和胶原蛋白的表达。

光生物调节在创口愈合方面具有显著的优势,可以刺激细胞和组织再生,导致生长因子增加和炎症因子减少。

有研究证实了光生物调节在创口愈合的作用是通过增加TGF-β和ATP的表达刺激Smad蛋白的表达而诱导了成纤细胞的增殖分化,加速了伤口愈合的过程[27]。

因此,TGF-β/ Smad信号通路可能通过调控成纤维细胞的增殖、迁移以及促进胶原蛋白的表达形成,加快DFU的愈合。

5HIF-1信号通路
HIF-1是维持缺氧细胞氧稳态的重要转录因子,
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HIF-1的两个亚基(HIF-1α和HIF-1β)识别并结合时才能激活下游靶基因的转录[28]。

缺氧与肿瘤细胞的发生发展密切相关,有研究发现可以通过调控HIF-1影响癌细胞生长从而达到治疗的目的[29]。

许佐明[30]研究表明下调人肝癌细胞系SMMC-7721中的HIF-1表达水平可以抑制肝癌细胞的生长和增殖。

HIF-1不仅和肿瘤的发生发展有关,而且与代谢性疾病有密切的关系,最近有报道称HIF-1α还有促进创面修复作用[31]。

β-N-oxalyl-L-α,β-diaminopropionic acid(L-ODAP)是一种天然的非蛋白氨基酸,可在人体内代谢,也是一种安全的创面修复剂,Sharma等[32]进行了L-ODAP伤口愈合活性的体外实验,证实了L-ODAP 可以通过上调HIF-1α水平从而增加VEGF、基质金属蛋白酶-2(MMP-2)、MMP-9的表达,使伤口的愈合加快。

而Liu等[33]研究表明肺腺癌转移相关转录因子1 (MALAT1)在糖尿病小鼠中的表达及其在伤口愈合中的显著作用,发现通过激活HIF-1α信号通路,上调的MALAT1可增加成纤维细胞的激活,导致胶原蛋白沉积对糖尿病小鼠伤口愈合有促进作用。

综上所述,通过调控HIF-1信号通路可能增加了VEGF的表达促进血管的新生,也可能通过激活成纤细胞增殖增多促进了胶原蛋白生成使溃疡愈合加快。

6其他相关影响因子
糖尿病足患者创面愈合的机制一直以来都是人们关注的焦点。

新的证据表明miRNAs在调节血管新生中扮演着重要角色,Amin等[34]研究证实了miR-23c 可以通过靶向上调一种促血管再生因子—基质细胞衍生因子-1α的水平,促进血管生成,使DFU患者伤口愈合加快。

也有研究表明了细胞生长因子在DFU 中的关键作用[35]。

邸铁涛等[36]研究发现使用中药丹黄散外敷小鼠溃疡创面可以上调碱性成纤维细胞、表皮生长因子、VEGF的表达水平,促进成纤维细胞增殖和血管新生,进而让创面收缩加快,血运障碍也得到逆转,加快了溃疡创面愈合的进程。

7结语与展望
综上所述,多数研究表明DFU愈合的共性因素最终都是使成纤细胞增殖增多、血管新生增强、再生上皮化速度加快、细胞凋亡减少等,其中涉及到包括多条信号通路和相关影响因子的调控。

许多相关的信号通路和细胞因子在DFU愈合具体机制中的作用尚未完全明确,在以后的研究中仍旧需要进一步阐明这些信号通路在DFU愈合中的具体作用。

传统治疗方法大多是在控制血糖、改善循环的基础上采用清创、引流、敷料等治疗,可能疗效不佳,而靶向治疗势必有助于提高治疗效果,使治疗DFU新药、新疗法的开发前景更为广阔。

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