促血管生成因子對糖尿病足作用機制的研究進展

武相鋒 劉韜 張倩

摘 要：糖尿病足是繼發于糖尿病終末期的下肢潰瘍缺血性疾病。促血管生成因子在糖尿病下肢缺血性疾病中的作用機制十分復雜，不同促血管生成因子發揮的作用不盡相同。在缺血損傷區域的修復過程中，促血管生成因子的表達上升，參與組織缺血損傷區血管結構的重建，改善局部血液循環，使組織缺血損傷得到修復。病理情況下，促血管生成因子參與炎癥級聯反應，與缺血/再灌注損傷關系密切，還可能誘導硬化斑塊破裂、增加能量的代謝消耗，產生不利影響。近年來，隨著再生醫學研究的深入，促血管生成因子開始應用于糖尿病足的治療中，逐漸成為糖尿病足新的治療靶點。

關鍵詞：糖尿病足；促血管生成因子；再生醫學；缺血/再灌注損傷

中圖分類號：R587.2 文獻標識碼：A DOI：10.3969/j.issn.1006-1959.2018.20.007

文章編號：1006-1959（2018）20-0018-05

Abstract：Diabetic foot is an ischemic disease of the lower extremity ulcer secondary to the end stage of diabetes.The mechanism of action of angiogenic factors in diabetic lower limb ischemic diseases is very complex，and different pro-angiogenic factors play different roles.During the repair of ischemic injury，the expression of pro-angiogenic factors increases，participates in the reconstruction of vascular structures in the ischemic injury area，improves local blood circulation，and repairs tissue ischemic injury.In pathological conditions，pro-angiogenic factors are involved in the inflammatory cascade，which is closely related to ischemia/reperfusion injury.It may also induce plaque rupture，increase energy metabolism，and have adverse effects.In recent years，with the deepening of regenerative medicine research，pro-angiogenic factors have begun to be used in the treatment of diabetic foot，and have gradually become a new therapeutic target for diabetic foot.

Key words：Diabetic foot；Pro-angiogenic factor；Regenerative medicine；Ischemia/reperfusion injury

糖尿病足（diabetic foot，DF）是糖尿病終末期常見的嚴重并發癥，是由于糖尿病患者足部神經病變致使下肢保護功能減退，大血管和微血管動脈灌注不足導致微循環障礙而發生潰瘍和壞疽的疾病狀態，是糖尿病患者致殘，甚至致死的重要原因之一，不但給患者造成痛苦，還衍生了一系列社會和經濟問題，給家庭及社會增添了巨大的經濟負擔。臨床上，改善糖尿病足患者預后的干預措施包括手術干預、全身藥物治療和局部治療等[1]。糖尿病足治療的根本在于促進局部潰瘍組織區域微動脈的血管再生，從而改善局部組織的血液循環，恢復組織血液供應，促進局部缺血缺氧組織的再生及修復。因此促進缺血組織的血管再生是治療糖尿病足的關鍵點。血管生成是指在原有的血管基礎上形成新的血管，普遍發生在組織生長及損傷修復的過程中，是動態的、生長因子依賴的、缺氧誘導的過程。其廣泛參與了缺氧缺血損傷控制、再灌注損傷、側支循環建立等生理病理過程[2]。血管生成在糖尿病足中的作用機制比較復雜，促血管生成因子在其中發揮關鍵作用，以下就糖尿病足治療中的促血管生成因子研究進行綜述。

1 促血管生成因子機制概述

新生血管在組織損傷區域的生成被認為是一種正常的損傷修復過程，其參與了缺血組織損傷區域的恢復[3]。組織中血管生成的主要誘導途徑可分為炎癥反應和缺氧誘導兩個方面，其作用機制表現為組織損傷觸發免疫應答，免疫細胞遷移至受損組織，恢復組織穩態所參與的血管生成等方面。持續性的局部組織損傷，可以活化內皮細胞，增加血管通透性，同時募集炎癥細胞，釋放一系列促血管生成因子，誘導內皮細胞的增殖和遷移[4]。與此同時，蓄積的炎癥細胞、纖維成分會導致微循環障礙，引起局部組織缺氧，從而誘導血管生成[5]。大量研究顯示[6]，缺氧可以介導缺氧誘導因子信號傳導，激活血管生成。而組織損傷、炎癥是血管生成的啟動因素，損傷炎癥引起的缺氧加速了這一過程。

在糖尿病足中，因局部缺血部位缺少血液灌注，出現廣泛的缺氧、組織損傷，引起炎癥級聯反應，大量的促血管生成因子釋放，從而激活血管生成[7]。局部組織缺氧刺激血管生成的發生，通過缺氧誘導因子的作用，啟動促血管生成基因的轉錄[8]。在促血管生成因子的作用下，血管內皮細胞以及血管周圍細胞被激活，原有的血管基底膜及細胞外基質（extracellular matrix，ECM）在缺血損傷部位發生降解和重構，內皮細胞通過ECM定向遷移至新的部位隨之增殖和分化，最終形成新的基底膜和管腔結構[9，10]。在持續性的缺氧損傷過程中，損傷區域組織釋放白細胞介素-6（IL-6）、白細胞介素-8（IL-8）等炎性因子，觸發炎癥級聯反應而引起組織損傷，最終導致缺氧的持續發展。炎癥是細胞缺血損傷后的基本生物學反應，持續性的炎癥、炎癥級聯反應，會釋放大量的炎癥介質，這些介質通過誘導缺氧誘導因子-1（HIF-1）激活核因子-kB（NF-KB）通路，激發血管生成[11，12]。

2 促血管生成因子

2.1血管內皮生長因子（vascular endothelial growth factor，VEGF） VEGF主要由單一基因編碼的同源二聚體糖蛋白構成，可直接刺激血管內皮細胞移動、增殖以及分裂，進而增加微血管通透性。VEGF作為血管形成的關鍵性刺激因子，在血管發生以及形成過程中起著中樞性的調控作用。缺氧、炎癥、組織細胞損傷等可以誘導VEGF等促血管生成因子表達增多，從而使血管增生、管腔擴張、血管通透性增加等。在組織損傷早期階段，VEGF通過增加血管通透性等作用，刺激血管內皮細胞的遷移、增殖及分化，重建側支循環，同時介導細胞信號傳導通路，通過前列腺環素分泌等途徑，松弛血管平滑肌[13]，增加組織供氧量，從而減輕局部缺氧損傷。在正常血清中，VEGF的表達量較低，但在機體出現缺氧缺血損傷之后，局部組織VEGF及其受體的表達量會迅速上升，其通過基質金屬蛋白酶9（matrix metalloproteinase precursor-9，MMP-9）的裂解與膜結合的受體酪氨酸激酶配體作用，釋放可溶性肝細胞因子，從而動員內皮祖細胞（endothelial progenitor cell，EPC）促進血管生成，改善微循環。體外研究也證實，VEGF等促血管生成因子，可以誘導內皮細胞增殖、遷移，促進毛細血管網絡的生成[14]。在發生短暫缺血后，VEGF作用于內皮細胞膜表面的血管內皮細胞生長因子受體（vascular endothelial growth factor receptor，VEGFR）激活下游信號通路，發揮抗凋亡、抗炎、促血管生成的作用，見圖1。

2.2血小板反應素（Thrombospondins，TSPs） TSPs家族有 5 個成員，為細胞外基質糖蛋白，在哺乳動物的多種生物過程中起著至關重要的作用，包括細胞增殖、細胞遷移、血管生成、傷口愈合等[15]。其中，TSP-1和TSP-2為抑制血管生成蛋白[16]。由于TSP-1和TSP-2抑制MMP-2和MMP-9的蛋白水解活化，這些TSP可能潛在地抑制TSP-3在心臟相關部位的表達[17]。TSP-4是一種分泌型蛋白，能與膠原、非膠原結合，調控細胞遷移、增殖、連接、粘附以及血管生成、神經發育、組織架構、器官發育，通過介導TGF-β受體，活化smad3通路，正反饋使TSP-4表達增加[18]，促進血管生成。有研究結果表明miR-142的缺失導致TSP-4的過度表達，將增強肝細胞癌的遷移和腫瘤血管侵襲。相反，對TSP-4敲降則會抑制癌細胞的遷移和侵襲，并抑制其誘導的血管生成[19]。通過在缺氧缺血所致的組織損傷治療中的應用，TSP-4有望成為糖尿病足治療的新靶點。

2.3堿性成纖維細胞生長因子（basic fibroblast growth factor，b-FGF） 有研究表明，在FontaineⅣ期臨界肢體缺血患者在植入單核細胞后肢體得到明顯恢復[20]。另外也有報道在b-FGF與單核細胞治療合并給藥，以及嚴格的感染控制下，慢性腎功能衰竭和嚴重足趾壞疽的糖尿病患者得以成功保肢[21]。有研究結果顯示在糖尿病并發外周動脈疾病時，感染局部給予抗生素控制，合并使用b-FGF治療，在糖尿病足患肢的血管造影中可以觀察到新生血管的出現，說明b-FGF的治療可能會達到改善患肢血供，恢復肢體功能的目的[22]。

2.4缺氧誘導因子-1α（hypoxia inducible factor-1，HIF-1α） HIF-1α是調節對缺氧的適應性反應的關鍵轉錄因子。研究結果顯示在高血糖的環境下，HIF-1α穩定性和活化受到影響，導致HIF-1靶基因的表達在體內和體外受到抑制，阻礙傷口愈合[23]。有數據表明在2型糖尿病中VEGF/VEGFR受體途徑受損，經過表皮生長因子刺激的間充質干細胞可通過HIF-1α、VEGF/VEGF受體和eNOS途徑促進損傷組織周圍區域血管形成，恢復局部組織血流狀態[24]。有研究顯示20（S）-原人參二醇（20（S）-protopanaxadiol，20（S）-PPD）通過PI3K/Akt/mTOR和Raf/MEK/ ERK信號級聯激活p70S6K，增加HIF-1α合成，并通過HIF-1α介導的VEGF表達來刺激血管生成[25]。

2.5白細胞介素-6（interleukin-6，IL-6） 大量研究表明IL-6可以促進血管生成，IL-6可以直接誘導離體主動脈環血管生成，以及促進內皮細胞增殖和遷移，具有與VEGF相似的效力。但與VEGF不同的是，在IL-6刺激作用下新生的血管有缺陷的周細胞覆蓋[26]。研究顯示IL-6可能是參與結腸直腸癌的血管生成的關鍵的炎性細胞因子[27-29]，而更高水平的IL-6和VEGF-A能顯著增強內皮細胞的增殖、遷移和血管形成，促進糖尿病足缺血組織的恢復[30]。

2.6單核細胞趨化因子1（monocyte chemoattractant protein-1，MCP-1） MCP-1是一種單核細胞趨化因子，可以對單核細胞和巨噬細胞發揮作用，其作用途徑包括超氧陰離子的誘導、細胞因子的產生和粘附分子的表達[31]。單核細胞進入缺血組織受到許多因素包括趨化因子，如MCP-1和VEGF-A的調節[32]。但是，來自糖尿病患者的單核細胞顯示出特異性針對VEGF-A的趨化性缺陷[33]。高血糖誘導患者血管內皮細胞和視網膜色素上皮細胞產生MCP-1，并且被認為是促進糖尿病血管并發癥的誘因[31]。

2.7總結 目前促血管生成因子在糖尿病足中的作用機制尚不完全清楚，不同促血管生成因子發揮的作用不盡相同，表1從作用途徑、主要特點、抑制劑類型等方面對不同血管生成因子進行比較。

3 展望

目前，在糖尿病足的治療過程中聯合應用促血管生成因子的生物醫學方案是一種新的治療策略。臨床試驗數據證實，在安全性方面，促血管生成因子在臨床應用中并未增加腫瘤發生率；在有效性方面，促血管生成因子應用后，許多實驗指標得以改善，局部缺血組織血流恢復，組織功能得到明顯改善[34]。促血管生成因子在糖尿病足治療中的作用機制十分復雜，缺血損傷修復過程中，伴隨著促血管生成因子表達的增加，最終出現血管結構增多及功能改善。有研究顯示，血管生成減少或促血管生成功能降低與促血管生成因子缺陷存在相關性[35]。促進血管生成因子生理性的表達上升參與組織損傷修復、循環改善，但在病理情況下，促血管生成因子參與炎癥級聯反應并與缺血/再灌注損傷關系密切，還可能誘導硬化斑塊破裂，內出血以及增加能量的代謝消耗[36]。目前促血管生成因子在糖尿病足中的作用機制尚不完全清楚，需要開展更多的分子及細胞生物學研究，比如基因編輯等，使促血管生成因子聯合干細胞作為細胞藥物，通過介入等治療手段治療糖尿病足，深入探討其與其他因子及不同可移植細胞間的相互作用，進一步分析構建治療糖尿病足的細胞因子網絡，為糖尿病足的治療提供更為安全有效的治療策略。

參考文獻：

[1]Jhamb S，Vangaveti VN，Malabu UH.Genetic and molecular basis of diabetic foot ulcers： Clinical review [J].J Tissue Viability，2016，25（4）：229-236.

[2]Bisserier M，Berthouze-Duquesnes M，Breckler M，et al.Carabin protects against cardiac hypertrophy by blocking calcineurin， Ras， and Ca2+calmodulin-dependent protein kinase Ⅱ signaling[J].Circulation，2015，131（4）：390.

[3]Okabe K，Yamada Y，Ito K，et al.Injectable soft-tissue augmentation by tissue engineering and regenerative medicine with human mesenchymal stem cells，platelet-rich plasma，and hyaluronic acid scaffolds[J].Cytotherapy，2009，11（3）：307-316.

[4]Mozaffarian D，Benjamin EJ，Go AS，et al.Heart disease and stroke statistics--2015 update：a report from the American Heart Association[J].Circulation，2015，131（4）：e29.

[5]Sandri M，Viehmann M，Adams V，et al.Chronic heart failure and aging-effects of exercise training on endothelial function and mechanisms of endothelial regeneration：Results from the Leipzig Exercise Intervention in Chronic heart failure and Aging （LEICA）study [J].Eur J Prev Cardiol，2016，23（4）：349.

[6]Xiao J，Gao H，Jin Y，et al.The abnormal expressions of tristetraprolin and the VEGF family in uraemic rats with peritoneal dialysis[J].Mol Cell Biol，2014，392（1-2）：229.

[7]常青，薛茜，張耀元，等.氯吡格雷聯合阿司匹林序貫療法治療老年短暫性腦缺血發作的效果及對血清血管內皮生長因子、基質金屬蛋白酶-9、血管緊張素-Ⅱ水平的影響[J].中國老年學雜志，2018，38（03）：524-526.

[8]Catar R，Witowski J，Wagner P，et al.The proto-oncogene c-Fos transcriptionally regulates VEGF production during peritoneal inflammation [J].Kidney Int，2013，84（6）：1119-1128.

[9]Sara M Weis，David A Cheresh.Tumor angiogenesis： molecular pathways and therapeutic targets[J].Nat Med，2011，17（11）：1359-1370.

[10]Carmeliet P，Jain RK.Molecular mechanisms and clinical applications of angiogenesis[J].Nature，2011，473（7347）：298-307.

[11]戴宇翔，王審，李晨光，等.梗死心肌側枝血管形成與缺氧誘導因子-1α及血管內皮生長因子A表達水平的關系及臨床意義[J].中國臨床醫學，2015（3）：305-309.

[12]Wang H，Zhang K，Zhao L，et al.Anti-inflammatory effects of vinpocetine on the functional expression of nuclear factor-kappa B and tumor necrosis factor-alpha in a rat model of cerebral ischemia-reperfusion injury[J].Neurosci Lett，2014，566（18）：247-251.

[13]陳成，錢軍嶺，陳濤，等.血管內皮生長因子促進慢性心肌梗死血管生成[J].醫學研究雜志，2016，45（11）：32-34.

[14]項潔，吳鑫，陸曉，等.兔骨骼肌生理性缺血對缺氧誘導因子-1α的表達和血管內皮生長因子釋放的影響[J].中國康復醫學雜志，2016，31（10）：1055-1059.

[15]Adams JC，Lawler J.The thrombospondins[J].Int J Biochem Cell，2004，36（6）：961-968.

[16]Lawler J.The functions of thrombospondin-1 and-2[J].Curr Opin Cell Biol，2000，12（5）： 634-640.

[17]Chistiakov DA，Melnichenko AA，Myasoedova VA，et al.Thrombospondins：A role in cardiovascular disease[J].Int J Mol Sci，2017，18（7）：1540.

[18]S Muppala，R Xiao，I Krukovets，et al.Thrombospondin-4 mediates TGF-β-induced angiogenesis [J].Oncogene，2017，36（36）：5189-5198.

[19]Su F，Zhao J，Qin S，et al.Over-expression of Thrombospondin 4 correlates with loss of miR-142 and contributes to migration and vascular invasion of advanced hepatocellular carcinoma[J].Oncotarget，2017，8（14）：23277-23288.

[20]Subrammaniyan R，Amalorpavanathan J，Shankar R，et al.Application of autologous bone marrow mononuclear cells in six patients with advanced chronic critical limb ischemia as a result of diabetes：our experience[J].Cytotherapy，2011（13）：993-999.

[21]Layman H，Rahnemai-Azar AA，Pham SM，et al.Synergistic angiogenic effect of code-livering fibroblast growth factor 2 and granulocyte-colony stimulating factor from fibrin scaffolds and bone marrow transplantation in critical limb ischemia[J].Tissue Eng Part A，2011（17）：243-254.

[22]Osawa H，Orii K，Terunuma H，et al.Combining autologous peripheral blood mononuclear cells with fibroblast growth factor therapy along with stringent infection control leading to successful limb salvage in diabetic patient with chronic renal failure and severe toe gangrene[J].Int J Stem Cells，2014，7（2）：158-161.

[23]Botusan IR，Sunkari VG，Savu O，et al.Stabilization of HIF-1α is critical to improve wound healing in diabetic mice[J].Proc Natl Acad Sci U S A，2008，105（49）：19426-19431.

[24]Amin AH，Elmageed ZYA，Nair D，et al.Modified multipotent stromal cells with epidermal growth factor restore vasculogenesis and blood flow in ischemic hind-limb of type II diabetic mice[J].Lab Invest，2010，90（7）：985-996.

[25]Zhang EY，Gao B，Shi HL，et al.20（S）-Protopanaxadiol enhances angiogenesis via HIF-1|[alpha]|-mediated VEGF secretion by activating p70S6 kinase and benefits wound healing in genetically diabetic mice[J].Exp Mol Med，2017，49（10）：e387.

[26]Gopinathan G，Milagre C，Pearce OMT，et al.Interleukin-6 stimulates defective angiogenesis[J].Cancer Res，2015，75（15）：3098-3107.

[27]Huang SP，Wu MS，Shun CT，et al.Interleukin-6 increases vascular endothelial growth factor and angiogenesis in gastric carcinoma[J].J Biomed Sci，2004（11）：517-527.

[28]Wei LH，Kuo ML，Chen CA，et al.Interleukin-6 promotes cervical tumor growth by VEGF-dependent angiogenesis via a STAT3 pathway[J].Oncogene，2003（22）1517-1527.

[29]Nagasaki T，Hara M，Nakanishi H，et al.Interleukin-6 released by colon cancer-associated fibroblasts is critical for tumour angiogenesis：anti-interleukin-6 receptor antibody suppressed angiogenesis and inhibited tumour-stroma interaction[J].Br J Cancer，2014（110）：469-478.

[30]Mar AC，Chu CH，Lee HJ，et al.Interleukin-1 receptor type 2 acts with c-Fos to enhance the expression of interleukin-6 and vascular endothelial growth factor A in colon cancer cells and induce angiogenesis [J].J Biol Chem，2015，290（36）：22212-22224.

[31]Jeon HJ，Choi HJ，Park BH，et al.Association of monocyte chemoattractant protein-1（MCP-1）2518A/G polymorphism with proliferative diabetic retinopathy in Korean type 2 diabetes [J].Yonsei Med J，2013，54（3）：621-625.

[32]Carr CL.Dysregulated selectin expression and monocyte recruitment during ischemia-related vascular remodeling in diabetes mellitus[J].Arterioscl Throm Vas，2011，31（11）：2526.

[33]Waltenberger J，Lange J，Kranz A.Vascular endothelial growth factor-A-induced chemotaxis of monocytes is attenuated in patients with diabetes mellitus a potential predictor for the individual capacity to develop collaterals [J].Circulation，2000，102（2）：185-190.

[34]Lv Y，Ge L，Zhao Y.Effect and mechanism of SHED on ulcer wound healing in Sprague-Dawley rat models with diabetic ulcer[J].Am J Transl Res，2017，9（2）：489.

[35]Muppala S，Frolova E，Xiao R，et al.Proangiogenic properties of thrombospondin-4[J].Arterioscl Throm Vas，2015，35（9）：1975.

[36]Fleiner M，Kummer M，Mirlacher M，et al.Arterial neovascularization and inflammation in vulnerable patients：early and late signs of symptomatic atherosclerosis[J].Circulation，2004，110（18）： 2843-2850.

收稿日期：2018-8-24；修回日期：2018-9-4

編輯/成森