糖尿病足發病機制的研究進展

李崢璟 柏素萍

糖尿病足發病機制的研究進展

李崢璟 柏素萍

糖尿病足；發病機制；進展

糖尿病(diabetes mellitus, DM)發病機制復雜, 是由多種遺傳因素、免疫紊亂、病原體感染等各種致病因子作用于機體, 導致胰島β細胞功能受損、胰島素抵抗等引發的葡萄糖、蛋白質、脂肪、水和電解質等一系列代謝紊亂綜合征, 臨床上以血糖升高為主要特點。糖尿病所帶來的慢性并發癥是糖尿病患者的首要死亡原因, 全球每年超過300多萬人因糖尿病慢性并發癥死亡。在糖尿病多種慢性并發癥中, 糖尿病足發病病程長、病情復雜, 目前病因仍未闡明, 其診斷、治療較為困難, 給患者和社會帶來了沉重的負擔, 導致大量醫療資源的浪費。本文就目前糖尿病足發病機制的研究進展做一綜述, 望部分闡明糖尿病足發病機制, 為糖尿病足的診斷及治療提供可能思路。

1 糖基化終末產物(AGEs)

糖尿病足的發病機制十分復雜, 涉及遺傳因素、環境因素、高血糖、AGEs等多種致病因子［1］。高血糖環境是糖尿病腎病發生的始動因子, 但是近年研究發現AGEs與糖尿病足發生發展密切相關。AGEs是在非酶促條件下, 蛋白質、氨基酸、脂類或核酸等大分子物質的游離氨基與還原糖的醛基經過縮合、重排、裂解、氧化修飾后產生的一組穩定的終末產物［2］。正常情況下, 隨著年齡的增長, AGEs在體內蓄積往往增多, 但形成速度非常緩慢, 含量也較低。發生糖尿病時, 長期血糖控制不佳及氧化應激均會導致AGEs蓄積大量增多［3］。

研究顯示：增多的AGEs會導致細胞損傷, 主要涉及以下幾種方式：①對神經組織的直接損傷作用。AGEs的沉積促進神經細胞骨架蛋白相互之間交聯, 從而抑制了軸漿運輸,導致細胞內信號轉導受阻, 蛋白質磷酸化或去磷酸化作用減弱, 引發軸索變性, 神經組織再生能力及傳導速度下降。在糖尿病患者腓腸神經和股神經的神經軸突和髓鞘中均發現有AGEs的沉積, 其程度與神經病變的嚴重性呈正相關［4］。②激活核轉錄因子(NF-κB)。活化的NF-κB進入細胞核,促進血栓素-l、組織因子的基因轉錄, 同時也調節多種炎性細胞因子如腫瘤壞死因子α、白介素-1、白介素-6的產生, 還使細胞間粘附分子、血管細胞粘附分子的表達增加,增加血管通透性, 促進局部形成血栓［5］。③增強氧化應激。AGEs與其受體結合后, 提高NADPH氧化劑的活性, 可促進活性氧族(reactive oxygen species, ROS)生成, 增強氧化應激。過量的ROS產生后超過細胞抗氧化能力, 就會對正常脂質、蛋白質、DNA等氧化作用增強, 這些損傷最終會抑制細胞的功能, 破壞細胞整體性［6］。此外, AGEs介導的細胞損傷還涉及促進蛋白激酶C(PKC)活化［7］、參與多元醇途徑等［8］相關機制。至此可以推斷AGEs在高血糖引起的細胞損傷中發揮重要的作用, 參與糖尿病足的發生、發展。因此, 糖尿病足的治療除緩解癥狀、嚴格控制血糖等措施外, 必須高度重視針對AGEs的治療。

2 免疫

體液及細胞免疫缺陷是糖尿病的發病機制之一［9］, 糖尿病足作為糖尿病的常見及嚴重并發癥之一, 其發病也與免疫反應密切相關。研究表明, 我國的糖尿病患者多數病因為自身免疫性疾病, 通過對糖尿病患者血清的檢測發現, 糖尿病患者血清中存在多種自身抗體, 如谷氨酸脫羧酶抗體、胰島細胞抗體、胰島素抗體, 這些自身抗體還能與神經生長因子發生交叉反應, 引起糖尿病患者神經及組織損傷。免疫相關蛋白、細胞：免疫球蛋白IgM、IgG 和IgA, T淋巴細胞亞型(CD3、CD4、CD8、CD4/CD8)等, 其免疫失衡也可以作為糖尿病足檢測的免疫指標, 研究發現單純糖尿病組(SDM組)和糖尿病足部感染組(DF組)血清IgG較健康老年人(NC組)明顯下降, CD4/CD8顯著低于NC組［10］。此外在機體免疫反應體系中, 參與炎癥反應的細胞因子(如腫瘤壞死因子α、白介素-1、白介素-6)、補體系統也在糖尿病足的發生發展中起著重要的作用。Weigelt 等［11］研究顯示, ①潰瘍足患者的細胞因子與高危足相比顯著上調；②潰瘍足患者有較高的C反應蛋白和白介素-6, 并且與足潰瘍程度呈正相關；③C反應蛋白和白介素-6水平與白介素-8無關；④潰瘍足患者中巨噬細胞炎性蛋白1α、巨噬細胞移動抑制因子、白介素-10升高,白介素-8、單核細胞趨化蛋白1 不變。補體系統是體內的一個重要的固有免疫防御體系, 研究顯示在糖尿病足的發病中, 其與微血管的病變高度相關, 其中在糖尿病合并微血管病變的患者中, 補體成分C3、C4水平增高, 這就導致具有細胞毒和促炎作用的膜攻擊復合物(MAC)沉積, 引起細胞溶解、凋亡、死亡［12］。

隨著糖尿病足免疫相關機制研究的不斷深入, 免疫治療開始運用到糖尿病足的治療中。目前研究發現使用外源性生長因子可促進內源性生長因子釋放, 從而直接啟動修復過程的原理治療糖尿病足［13］;對糖尿病合并下肢缺血性潰瘍急需截肢患者給予皮下注射粒細胞集落刺激因子, 可明顯改善患者癥狀, 恢復患肢體溫［14］, 但對于糖尿病足潰瘍感染患者,粒細胞集落刺激因子作用則不明顯。

3 氧化應激

氧化應激是指機體受到各種有害刺激時, ROS、活性氮族(reactive nitrogen species, RNS)等活性分子生成增多或抗氧化劑清除防御作用減弱引起的體內氧化與抗氧化的平衡紊亂, 從而導致的組織損傷［15］。高血糖刺激能引起細胞線粒體產生ROS增多, 使氧化應激水平增高, 氧化蛋白質、脂質、核酸, 損傷細胞線粒體、內質網等重要細胞器, 最終導致內皮細胞、組織細胞功能受損, 促進炎性反應等, 加重糖尿病足的發展。ROS是線粒體在生理和病理條件下都能產生的,而·O2是ROS中最主要的自由基并且能被Mn-SOD轉換為相對穩定的H2O2［16］。H2O2的毒性作用不強, 但其能通過細胞膜進入細胞, 從而使其毒性效應增強, 此外, H2O2還能與游離Fe2+反應會產生更具細胞毒性的·OH。線粒體ROS合成可能受到一氧化氮(NO)調控, 而過量的NO會產生細胞毒性作用, 造成微血管損傷、軸突變性和神經性疼痛, 從而參與糖尿病足的發展［17］。

研究發現, 氧化應激除通過ROS、RNS直接對細胞造成損傷外, 還可通過激活異常代謝途徑從而影響糖尿病足病情的發展, 如Brownlee提出的多元醇通路激活、AGEs增加、蛋白激酶C(PKC)激活和氨基己糖途經［18］, 這幾條異常代謝途徑彼此間又相互作用, 從而加重氧化應激對組織造成的損傷。除此之外, 氧化應激同樣對炎癥有著重要的影響, 例如血液中的C反應蛋白、腫瘤壞死因子α和熱休克蛋白27等炎性蛋白質［19］。在高血糖環境刺激下, 過氧化物過度蓄積,導致細胞氧化應激反應增強及抗氧化能力減弱, 持續的氧化應激狀態又可通過刺激細胞凋亡, 損傷神經細胞、血管內皮細胞, 削弱組織修復功能, 增強炎性反應, 加重皮膚病變, 促進糖尿病足皮膚的“內源性損害”, 從而加重糖尿病足損傷。

糖尿病潰瘍的發病機制非常復雜、治療困難、預后較差,目前仍沒有有效預防及治療措施。隨著對糖尿病足發病機制的深入研究, 糖基化終末產物、免疫及氧化應激反應對糖尿病足病情加重的作用已逐漸揭示。通過對上述糖尿病足發病機制的采取有效干預措施, 有望避免糖尿病足的發生, 從而減輕患者的痛苦, 減少病人的經濟負擔, 節約大量的社會醫療資源。

［1］ Islam S, Harnarayan P, Cawich S, et al.Epidemiology of diabetic foot infections in an eastern Caribbean population: a prospective study.Perm J, 2013, 17(2):37-40.

［2］ Yamamoto Y, Yamamoto H.Controlling the receptor for advanced glycation end-products to conquer diabetic vascular complications.J Diabetes Investig, 2012, 3(2):107-14.

［3］ Luevano-Contreras C, Chapman-Novakofski K.Dietary advanced glycation end products and aging.Nutrients, 2010, 2(12):1247-1265.

［4］ Bagyanszki M, Bodi N.Diabetes-related alterations in the enteric nervous system and its microenvironment.World J Diabetes, 2012, 3(5):80-93.

［5］ Wang Y, Zhang ZY, Chen XQ, et al.Advanced glycation end products promote human aortic smooth muscle cell calcification in vitro via activating NF-kappaB and down-regulating IGF1R expression.Acta Pharmacol Sin, 2013, 34(4):480-486.

［6］ Santos JC, Valentiv IB, de Aranjo OR, et al.Development of nonalcoholic hepatopathy: contributions of oxidative stress and advanced glycation end products.Int J Mol Sci, 2013, 14(10):19846-19866.

［7］ Yu L, Zhao Y, Xu S, et al.Advanced Glycation End Product (AGE)-AGE Receptor (RAGE) System Upregulated Connexin43 Expression in Rat Cardiomyocytes via PKC and Erk MAPK Pathways.Int J Mol Sci, 2013, 14(2):2242-2257.

［8］ Hashimoto Y, Yamagishi S, Mizukami H, et al.Polyol pathway and diabetic nephropathy revisited: Early tubular cell changes and glomerulopathy in diabetic mice overexpressing human aldose reductase.J Diabetes Investig, 2011, 2(2):111-122.

［9］ American Diabetes Association, Lorber D, Anderson J, et al.Diagnosis and classification of diabetes mellitus.Diabetes Care, 2014, 37(Suppl 1):S81-90.

［10］ Willeit P, Raschenberger J, Heydon EE, et al.Leucocyte telomere length and risk of type 2 diabetes mellitus: new prospective cohort study and literature-based meta-analysis.PLoS One, 2014, 9(11):e112483.

［11］ Weigelt C, Rose B, Poschen U, et al.Immune mediators in patients with acute diabetic foot syndrome.Diabetes Care, 2009, 32(8):1491-1496.

［12］ Hess K, Alzahrani SH, Mathai M, et al.A novel mechanism for hypofibrinolysis in diabetes: the role of complement C3.Diabetologia, 2012, 55(4):1103-1113.

［13］ Tiaka EK, Papanas N, Manolaleis AC, et al.Epidermal growth factor in the treatment of diabetic foot ulcers: an update.Perspect Vasc Surg Endovasc Ther, 2012, 24(1):37-44.

［14］ Skaznik-Wikiel ME, Sharma RK, Selesniemi K, et al.Granulocyte colony-stimulating factor in conjunction with vascular endothelial growth factor maintains primordial follicle numbers in transplanted mouse ovaries.Fertil Steril, 2011, 95(4):1405-1409.

［15］ Kojima H, Kim J, Chan L.Emerging roles of hematopoietic cells in the pathobiology of diabetic complications.Trends in Endocrinology and Metabolism, 2014, 25(4):178-187.

［16］ Siddique S, Matera C, Radakovic IS, et al.Parasitic Worms Stimulate Host NADPH Oxidases to Produce Reactive Oxygen Species That Limit Plant Cell Death and Promote Infection.Science Signaling, 2014, 7(320):33.

［17］ Bolajoko EB, Mossanda Ks, Adeniyi F, et al.Antioxidant and oxidative stress status in type 2 diabetes and diabetic foot ulcer.Samj South African Medical Journal, 2008, 98(8):614-617.

［18］ Brownlee M.Biochemistry and molecular cell biology of diabetic complications.Nature, 2001, 414(6865):813-820.

［19］ Gruden G, Bruno G, Chaturvedi N, et al.Serum heat shock protein 27 and diabetes complications in the EURODUB prospective complications study: a novel circulating marker for diabetic neuropathy.Diabetes, 2008, 57(7):1966-1970.

10.14163/j.cnki.11-5547/r.2015.05.199

2014-12-24］

212001 江蘇大學附屬醫院燒傷科

柏素萍