糖尿病足潰瘍創面修復相關機制的研究進展

羅富強 余電柏 謝康麒 李載永 周海東 羅昌泰 韋積華

右江民族醫學院1臨床學院，2研究生學院（廣西百色 533000）；3右江民族醫學院附屬醫院創傷醫學中心（廣西百色 533000）

近年來有最新研究［1］報道全世界有將近10 億糖尿病患者正遭受糖尿病疾病的困擾，預計該數字將在2030年增加25%，在2045年增加51%，這患病人數大約占全球人數的8.5%，而且高達八成以上的糖尿病患者生活在中低收入國家，而且我國也是糖尿病患者最多的國家之一。如果長期嚴重的糖尿病不經過規范治療和嚴格控制血糖往往導致糖尿病足潰瘍（diabetic foot ulcers，DFUs）等嚴重并發癥，包括截肢［2］。一旦出現糖尿病足潰瘍，這不僅是對糖尿病患者身體的摧殘，將嚴重降低糖尿病患者的生存質量，還增加了社會和患者家庭負擔，住院醫療費用支出大幅度增加。糖尿病足潰瘍已經成為全球關注的公共衛生健康問題［3］。因此，目前醫療行業急需研究治療糖尿病足潰瘍的有效方法，提高保肢率，提高糖尿病足潰瘍患者的生活質量，而最新研究證明橫向骨搬移技術（tibia transverse transport，TTT）可以有效治療糖尿病足潰瘍，但是其促進糖尿病足潰瘍修復的機制并沒有完全明確，有待進一步研究清楚。糖尿病足潰瘍創面修復的機制包括很多復雜的信號通路，信號通路參與糖尿病創面的發病和進展，是糖尿病創面病理機制和治療藥物藥理研究的主要靶點之一［4］。根據最新國內外文獻報道［5-10］糖尿病足潰瘍創面修復的有關機制包括外泌體（exosomes，Exos）、Notch、TGF-β、NF-κB、Wnt/βcatenin、MAPK、PI3K/Akt/mTOR 信號通路等，對糖尿病足潰瘍創面修復有關機制進行綜述，旨在為糖尿病足潰瘍創面的治療及其機制研究提供新的思路。

1 Exos 信號通路

Exos 是由多種類型細胞分泌的獨特的納米顆粒，是源自內體的細胞外囊泡的子集，其直徑范圍為40 ～160 nm（平均100 nm），Exos 標記物主要有CD9、CD63、CD81、Tsg101 和Alix1 等。通過陰性染色法和電鏡顯示，不同體液中分離出的Exos 具有高度的形態多樣性，在透射電子顯微鏡下呈杯狀，而低溫電子顯微鏡下則呈圓形囊泡狀。Exos 的發生、形成是一個嚴格精細化的調控過程［11］，并且廣泛分布于各種體液中，目前已從血液、唾液、羊水等體液中分離提取出來，其是富含多種生物活性的物質，包括蛋白質、脂質、DNA 和RNA 等［12］，其中備受關注的miRNA-21-5p［13］是一種新的生物標志物，是一種新的機制，Exos 可促進糖尿病足的缺血性組織修復和血管新生。Exos 有獨特的N-糖基化和生物物理特性，以“配體-受體”模式參與細胞間通訊并將信息物質傳遞到靶細胞內，調節靶細胞內的微環境和相關的蛋白功能。隨著對Exos研究的不斷深入，發現Exos 參與炎癥反應、促進血管再生、控制細胞的增殖和凋亡等過程［14］。隨著對Exos 參與創面修復的機制和不同源性Exos 在糖尿病足潰瘍修復中的應用深入研究，將來Exos 有可能成為糖尿病足潰瘍新的治療熱點。

2 MAPK 信號通路

促分裂素原活化蛋白激酶（mitogen-activated protein kinases，MAPK）信號通路是真核生物信號傳遞網絡中的重要途徑之一，是細胞增殖、分化、細胞凋亡以及正常條件和病理條件下應激反應的關鍵信號通路。MAPK 是一組進化保守的絲氨酸-蘇氨酸激酶，可分為4 個亞族：ERK、p38、JNK 和BMK1（也稱：ERK5），分別代表四條經典的MAPK 通路，MAPK 信號通路是一個級聯磷酸化的過程。糖尿病足潰瘍患者血糖通常不穩定，研究發現長時間升高的葡萄糖不僅刺激胰島素基因啟動子的急性作用，而且升高的葡萄糖抑制胰島素基因啟動子的慢性作用，這取決于ERK1/2 絲裂原活化蛋白激酶活性［15］，另外長期高血糖狀態會導致胰島素基因啟動子的葡萄糖反應性喪失和抑制胰島素基因啟動子的活性?？傊?，這些發現表明，Ⅱ型糖尿病中發生的胰島素基因轉錄受損部分是由于ERK1/2 抑制胰島素基因啟動子的因子的磷酸化。LI 等［16］發現結締組織生長因子（CTGF）在糖尿病足潰瘍（DFU）大鼠和患者的潰瘍組織中表達不佳，CTGF 過表達可激活MAPK 信號通路以促進細胞增殖、ECM 重塑、血管生成和傷口愈合，同時抑制細胞凋亡，此外，MAPK 信號通路激活被證實是lncRNA H19/CTGF/SRF 誘導結果背后的潛在機制。而李洋等［17］對DFU 大鼠使用Z-沒藥甾酮（Z-GS）發現創面炎性細胞浸潤減少，毛細血管含量豐富，采用Western blot 檢測大鼠ERK/MAPK 通路相關蛋白的表達水平，大鼠創面組織中磷酸化ERK1/2（p-ERK1/2）、磷酸化MAPK（p-MAPK）蛋白表達水平升高，他們推測Z-GS 可能通過激活ERK/MAPK 通路對糖尿病大鼠皮膚潰瘍發揮祛腐生肌的作用。MAPK 信號轉導通路尤為重要，XU 等［18］發現在DFU 組織中，下調的lncRNAENST-000041154和上調的絲裂原活化蛋白激酶（MAPK）1 之間存在靶向調節關聯，并且在該RNA 和蛋白質之間檢測到負相關，而且其研究結果表明，T 淋巴細胞的免疫功能紊亂可能與DFU 的發生密切相關，lncRNA-ENST000041154/MAPK1 軸介導的MAPK信號轉導通路的激活可能會影響DFU 免疫調節失衡。WANG 等［8］對13 例糖尿病足潰瘍患者采用負壓創面治療，發現負壓傷口治療能有效緩解炎癥反應，降低治療7 d 后白細胞介素-6、誘導型一氧化氮合酶、腫瘤壞死因子-α、白細胞介素-6 和P-c-JunN 末端激酶水平，他們認為負壓傷口治療可能通過抑制糖尿病足患者的白細胞介素-6、腫瘤壞死因子-α 和誘導型一氧化氮合酶來抑制傷口炎癥，這種效應可能至少部分通過MAPK-JNK信號通路介導。TAN 等［19］發現在正常血糖條件下，Ach 通過Src 細胞外信號調節ERK1/2 途徑上調TGFβRII，從而增強TGFβ1 介導的上皮-間質轉化，但在高血糖環境下，KC 對升高的內源性乙酰膽堿無反應。他們通過進一步研究表明，在高糖條件下，p38 MAPK 的激活干擾了Src 細胞外信號調節激酶1/2 信號，導致乙酰膽堿抵抗，因此高血糖抑制乙酰膽堿誘導的角質形成細胞-上皮-間質轉化可通過抑制p38 MAPK 來緩解，從而改善創面修復。由此可見，可以通過干預MAPK 信號通路達到控制血糖、緩解炎癥反應態，達到促進創面修復的目的。

3 Wnt/β-catenin 信號通路

Wnt 信號通路是哺乳動物上皮細胞和毛囊（HFs）中重要的成年哺乳動物干細胞（ASC）調節因子。Wnt 家族至少由19 個基因組成，包括Wnt-1、Wnt-3a、Wnt-10b 和Wnt-7a。Wnt 蛋白通過Wnt 受體卷曲（FZD）和共受體LRP5 和LRP6 誘導β-連環蛋白依賴性信號傳導來調節細胞增殖和分化以及干細胞的自我更新，以調節細胞生長和修復［20］。Wnt/β-catenin 信號通路是創傷愈合調節的主要過程之一，可促進創傷血管生成和上皮重塑，對及時愈合傷口至關重要，YANG 等［21］發現在糖尿病大鼠實驗中LRG1 主要通過激活Wnt/β-連環蛋白途徑促進血管生成和糖尿病傷口愈合，而Wnt/β-連環蛋白途徑在糖尿病傷口中受到抑制。因此，LRG1 可能是治療糖尿病足的一種可能的治療策略。lncRNA ?；撬嵘险{基因1（TUG1）參與多種細胞的血管生成。然而，內皮祖細胞中TUG1 活性的機制尚未闡明，LI 等［22］在糖尿病小鼠缺血肢體模型中注射TUG1 慢病毒可以刺激血管生成，其研究結果表明，TUG1 通過調節miR-29c-3p/PDGF-BB/Wnt 信號通路恢復高糖處理的內皮祖細胞的功能。Wnt/β-catenin 通路是一種高度保守的信號轉導通路，參與細胞增殖、凋亡和分化等多種生物學過程。糖尿病患者患有血管病變和并發癥，如周圍神經炎、周圍血管病變和膠原異常，導致皮膚傷口難以愈合，并經常發展為慢性潰瘍，而皮膚潰瘍的愈合需要炎癥反應、傷口增殖、重塑調節和干細胞控制?？梢奧nt/β-catenin 是皮膚傷口愈合的重要途徑，Wnt/β-catenin 通路在糖尿病潰瘍炎癥反應、傷口增生、傷口重塑和干細胞中發揮著重要作用。皮膚潰瘍是糖尿病的嚴重并發癥，糖尿病患者患有血管病變和膠原異常等情況往往導致創面難以修復而發展為慢性潰瘍。皮膚潰瘍的愈合需要炎癥反應、傷口增殖、重塑調節和干細胞控制等綜合作用。

3.1 Wnt/β-Catenin 通路與DFUs 創面炎癥DFU患者的難治性傷口可能與炎癥負性調節因子（如EOLA1）表達減少導致的細胞內炎癥通路的不可控激活密切相關，這種表達減少也可能與持續性炎癥狀態密切相關［23］。炎癥是一種重要的保護性反應，在受損組織的再生和消除觸發因素（外源性生物體、死亡細胞或物理刺激）中起著關鍵作用。不良的炎癥反應可能會增加有害的觸發因素，尤其是細菌對組織的破壞，而慢性未解決的炎癥可能會導致病理變化，包括DFUs 傷口和其他類型的傷口愈合。DFUs 愈合和損傷修復通過恢復屏障功能促進問題解決。傳統的炎性細胞因子和Wnt因子控制哺乳動物組織修復和再生的細胞和分子水平。干擾素-γ（IFN-γ）和脂多糖（LPS）可以有效刺激炎癥因子，從而導致Wnt5a 的顯著上調［24］，進而改善創面炎癥反應。ZHANG 等［25］發現白細胞介素-25 介導（IL-25 蛋白）的白細胞介素17 受體B（IL-17RB）上調通過改善內皮細胞功能，IL-25 介導的IL-17RB 信號傳導降低Wnt/β-catenin 通路的下調，并誘導了高糖條件下AKT 和ERK 1/2 的磷酸化，局部施用重組IL-25 蛋白可改善傷口床的血管生成和膠原沉積，從而改善延遲的糖尿病傷口愈合。何豐來等［26］發現銀杏葉提取物可改善糖尿病足潰瘍大鼠創面炎癥和氧化應激反應，升高生長因子水平，調控Wnt/β-catenin 通路蛋白表達進而促進大鼠創面愈合。炎癥是創面修復的第一階段，隨后是組織形成和重塑，Wnt/β-Catenin 通路參與DFUs 傷口炎癥介質等方面進行促進創面愈合。

3.2 Wnt/β-Catenin通路與DFUs創面增生DFUs傷口發炎后，組織通過分泌成纖維細胞、血管內皮細胞和角質形成細胞形成增殖期。成纖維細胞生長因子（FGF）、表皮生長因子（EGF）、神經生長因子（NGF）和PDGFs 調節修復細胞的激活和增殖，成纖維細胞分泌的大量毛細血管、膠原和細胞外基質的形成構成肉芽組織，角質形成細胞的增殖覆蓋傷口表面，以實現DFUs 創面的修復。Wnt5a在糖尿病血管內皮細胞功能障礙中的作用近年來備受關注，與非糖尿病患者相比，糖尿病患者的內皮細胞具有更高的Wnt5a 表達，在體外，抑制糖尿病患者內皮細胞中的Wnt5a 可恢復胰島素誘導的eNOS 磷酸化和NO 生成，這是由JNK 介導的，這表明Wnt5a/JNK 信號通路參與了糖尿病的內皮功能障礙［27］。研究表明［28］β-連環蛋白在調節皮膚傷口愈合中起著關鍵作用，β-連環蛋白在角質形成細胞和成纖維細胞中發揮不同的作用，抑制角質形成細胞遷移和激活成纖維細胞增殖來調節細胞增殖、分化和遷移過程，進而調節創面傷口愈合。Wnt/β-catenin 信號傳導通路調節影響皮膚成纖維細胞和皮膚纖維化的特定lncRNA，β-連環蛋白信號響應性lncRNA 可以調節真皮纖維化中的真皮成纖維細胞行為和膠原蛋白積累，為治療干預提供新的機制見解和節點［29］。Wnt 信號通路似乎在干細胞活性的再生中起著核心作用，但是這方面還需要進一步研究。

3.3 Wnt/β-Catenin通路與DFUs創面重建DFUs創面重建是創面愈合的重要時期。在早期細胞外傷口基質形成后，膠原骨架和填充在基質中的蛋白多糖通過細胞凋亡和成熟產生疤痕張力。皮膚傷口中的成纖維細胞積累需要成纖維細胞的表型調節，成纖維細胞轉變為肌成纖維細胞表型，沿著質膜的細胞質面充滿肌動蛋白束，當這些肌成纖維細胞通過延伸偽足聚集在傷口細胞外基質中時發生傷口收縮，附著于細胞外基質分子，例如纖連蛋白和膠原蛋白，然后縮回偽足，一旦完成了這些過程，成纖維細胞就會出現凋亡，因此，在皮膚傷口修復過程中，成纖維細胞似乎經歷了四種表型：第一次增殖，第二次遷移，第三次合成細胞外基質分子，第四次將粗肌動蛋白束表達為肌成纖維細胞［30］。在組織修復的后期，成纖維細胞進入凋亡，最后導致傷口表面收縮。Wnt/β-catenin 是DFUs創面重建發展過程中關鍵的激活起始信號之一，大量角質形成細胞開始增殖，并在細胞周期中發揮調節作用。因此可見，Wnt/β-連環蛋白信號通路可以通過影響人成纖維細胞的增殖來影響DFUs 創面重建。

3.4 Wnt/β-Catenin 通路與干細胞調控Wnt/β-連環蛋白途徑在ASC 的內環境穩定中起作用，是炎癥組織再生的焦點。已有報道稱［31］自體干細胞移植可以治療下肢DFUs，例如間充質干細胞。Wnt 信號通路是哺乳動物上皮細胞和毛囊（HFs）中重要的成年哺乳動物干細胞（ASC）調節因子，與持續再生的表皮不同，成熟HFs 在其整個生命周期中經歷生長、退化和靜止周期。在毛發發育周期中，HFs 的上部是永久性的，而下部經歷變性，然后由干細胞再生，毛囊干細胞起源于毛基生發細胞的上部，其Wnt/β-連環蛋白信號減弱。胚胎表皮細胞中Wnt/β-連環蛋白信號的增強消除了毛囊干細胞的特異性［32］。毛囊干細胞（HFSc）具有多向分化潛能并參與皮膚傷口愈合過程，LncRNA PlncRNA-1 通過TGF-β1 介導的Wnt/βcatenin 信號通路調節毛囊干細胞的增殖和分化［33］。Wnt/β-Catenin 通路參與干細胞調控機制影響干細胞分化進而干預DFUs 創面修復過程。

4 NF-κB/NLRP3 炎性小體信號通路

NF-κB 由DNA 結合亞基p50 和反式激活亞基組成，NLRP3 屬于模式識別受體。NF-κB 在血管周圍的巨噬細胞和分布在血管周圍的結節組織細胞中表達，內皮素-1（ET-1）在基質區毛細血管前血管周圍的炎性細胞中表達。糖尿病足潰瘍內皮細胞中ET-1 的表達會導致胰島素抵抗，并誘導巨噬細胞產生NF-κB，調節潰瘍創面的炎癥反應［34］。有研究表明［35］短暫的高血糖會對血管內皮造成持續性損傷和直接上調DNMT1 的表達，導致Ang-1的高甲基化，降低Ang-1 的表達，進而誘導NF-κB的長期激活和隨后的血管內皮功能障礙，抑制DNMT1 可通過調節Ang-1/NF-κB 信號通路促進血管生成和加速糖尿病傷口愈合。HUANG 等［36］發現對DFU 小鼠給與高壓氧治療（HBOT）能夠促進HIF-1α、NF-κB 和CXCR4 等的表達，HBOT 促進人皮膚成纖維細胞（HSF）的增殖、遷移和血管形成，進而促進DFU 小鼠創面愈合。而ANGUIANOHERNANDEZ 等［37］對DFU 患者給予HBOT 治療后發現HIF-1α 和NF-κB 主要在細胞核中表達，治療后VEGF 表達有顯著改變，血漿促炎性IL-6 水平升高，IFN-γ 水平降低，并觀察到潰瘍創面纖維化和血管生成的增加。由此可見輔助性HBOT 改變了與細胞缺氧反應相關的促炎平衡來促進潰瘍創面的愈合。SUN 等［38］給DFU 大鼠服用芍藥苷后發現創面炎癥細胞減少，芍藥苷能夠降低趨化因子受體CXCR2 和NF-κB 表達水平，NLRP3 和切割的caspase-1 水平也降低。進一步的體外證據證實，芍藥苷通過抑制CXCR2 可以有效抑制DFU 中NLRP3和NF-κB 介導的炎癥，進而促進DFU 大鼠傷口炎癥顯著減輕，傷口愈合更好。而YANG 等［39］對DFU大鼠給與伊布替尼治療后發現伊布替尼能夠降低血糖，降低炎癥因子的水平，促進潰瘍愈合，提高潰瘍愈合率，降低TLR2、TLR4、RAGE 和NF-κB的表達，并增加VEGF 的表達；他們認為伊布替尼可能通過調節RAGE/NF-κB 途徑上調VEGF 表達，抑制TLRs 表達，抑制炎癥因子分泌，促進糖尿病足潰瘍愈合。綜上所述，可以通過調控NF-κB/NLRP3 炎性小體信號傳導通路來改善細胞缺氧反應，抑制炎癥因子的分泌，恢復血管內皮功能，促進血管形成以促進潰瘍愈合。

5 Notch 信號通路

Notch 信號在膜結合Notch 受體（Notch 1-4）和配體（鋸齒狀1-2 和Delta 樣1、3、4）相互作用時被激活。Notch 信號通路被激活后釋放活化形式ICN，ICN 移動至細胞核與CSL 蛋白結合形成復合物，發揮Notch 靶基因的轉錄。Notch 對于傷口愈合的早期炎癥階段至關重要，并指導巨噬細胞依賴性炎癥介質的產生，典型的Notch 信號傳導對于指導巨噬細胞在傷口修復中的功能很重要，并確定了治療糖尿病傷口的轉化靶點［40］。ZHENG等［5］報告Notch1 信號被糖尿病皮膚中的高血糖激活，并特別損害糖尿病患者的傷口愈合，而且他們還發現抑制Notch1 信號能夠促進糖尿病動物創面愈合，并認為從機制上講，高糖水平激活了一個特定的陽性Delta-like 4（Dll4）-Notch1 反饋回路。隨后他們利用功能喪失遺傳學方法，證明了角質形成細胞中Notch1 失活足以抵消Dll4-Notch1 環對糖尿病傷口愈合的抑制作用，從而使Notch1 信號成為治療DFU 的一個有吸引力的局部治療靶點。EBRAHIM 等［41］對DFUs 大鼠使用富含血小板血漿（platelet-rich plasma，PRP）+脂肪源性間充質干細胞（ADSCs）治療后發現在7 d 和14 d 后的傷口愈合好，治療導致了再上皮化和肉芽組織形成，膠原的面積百分比、表皮厚度和血管生成顯著增加，此外，Notch 信號顯著下調，表皮干細胞（EPSCs）增殖和募集增強，這些數據也表明，PRP 和ADSCs 聯合治療可以通過調節Notch 通路、促進血管生成和EPSC 增殖，顯著加速實驗性糖尿病大鼠創面的愈合。WANG 等［42］研究發現人臍靜脈內皮細胞系（HUVECs）經不同濃度的虹膜素（irisin）、正常葡萄糖、高糖（HG）、HG 加虹膜素高（H）或sh-Notch1 處理后，通過細胞功能實驗檢測細胞生物學行為和LDH，Western blot 檢測凋亡和Notch 通路相關蛋白水平，發現鳶尾素（鳶尾素是一種在小鼠和人類中新發現的肌動蛋白）沒有細胞毒性，鳶尾苷-H 可提高HUVEC 的細胞活力，抑制細胞凋亡和LDH 水平，同時，irisin-H 恢復了HG 抑制的HUVECs 遷移和血管生成。在HG 處理的HUVECs 中，Irisin-H 抑制凋亡相關蛋白水平，并促進Notch 通路相關蛋白水平。鳶尾苷通過Notch1 激活Notch 通路，恢復HUVEC 細胞損傷和血管生成，從而促進DFUs 創面愈合。綜上所述，通過干預Notch 信號通路可以調控增強角質形成細胞和EPSCs 增殖和募集，提高HUVEC 的細胞活力，抑制細胞凋亡等來誘導再上皮化、肉芽組織形成、增加表皮厚度和血管生成，減輕炎癥反應，從而促進DFUs 創面的愈合。

6 結語與展望

綜上所述，DCU 是一種難治性慢性創傷，是糖尿病的嚴重并發癥。DCU 的修復和愈合需要多種細胞、細胞因子、細胞外基質、基因等因素的參與，共同構成一個復雜的生物調控網絡，涉及眾多信號通路，包括包括外泌體（exosomes，Exos）、Notch、NF-κB、Wnt/β-catenin、MAPK 等。其具體作用機制尚不清楚，因此，需要進一步的研究來闡明以更好地理解潰瘍愈合的分子機制，這將有助于為慢性潰瘍傷口提供更好的治療和先進的解決方案。近年來，DFU 愈合研究包括減輕炎癥反應、恢復血管內皮功能、促進組織和血管再生等，隨著精準治療理念和分子靶向治療的推廣，信號傳導通路的調節作用備受關注。本文提及的DFU 相關信號通路的作用機制還沒有徹底研究清楚，所以還需要廣大科研工作者共同深入研究來闡明以更好地理解和明確潰瘍愈合的分子機制，這將有助于為慢性潰瘍傷口提供更好的治療和先進的解決方案。

【Author contribution】LUO fuqiang wrote the article. YU dianbo performed the supervision. LI zaiyong and XIE kangqi revised the article.ZHOU haidong and LUO changtai searched part of literature. WEI jihua performed funding acquisition and reviewed the article. All authors read and approved the final manuscript as sub-mitted.