中醫藥干預自噬促進皮膚創面愈合的研究進展

李琳琳,郭 晶,朱朝軍,盧旭亞,張朝暉

(1. 天津中醫藥大學第二附屬醫院,天津 300150;2. 天津中醫藥大學研究生院,天津 300193)

皮膚創面愈合是由多細胞、多細胞因子、多機制參與的連續動態復雜過程,深入研究皮膚創面的愈合機制對于促進創面愈合以及研發新的治療藥物具有重要的意義。細胞自噬作為維持細胞穩態、實現細胞更新再生的重要生理過程,其具有清除細胞質內受損或衰老細胞器、有害分泌蛋白的作用,已有研究證實皮膚潰瘍創面的細胞自噬能夠參與創面炎癥反應、細胞能量代謝、創面上皮再生、新生血管形成以及組織結構重塑等病理過程［1］。中醫藥治療皮膚潰瘍具有明顯的臨床療效,并且越來越多研究發現,中醫藥干預創面細胞自噬可能是其發揮治療作用的機制之一,因此,本文總結近年文獻,對皮膚潰瘍創面自噬作用機制特點以及中醫藥干預創面自噬促進慢性皮膚潰瘍愈合的研究概述如下。

1 自噬參與皮膚創面修復

皮膚創面修復是一個連續的、多步驟、相互重疊的復雜的生物學過程,主要過程包括初期炎癥反應階段、中期創面增殖階段( 潰瘍瘡面血管新生、肉芽組織形成、上皮化等) 以及后期組織重塑階段。目前研究結果發現自噬基本全程參與了皮膚創面的愈合過程,如早期炎癥階段具有抗炎、抗感染效應,防止創面組織炎癥過度反應加重組織損傷。在增殖階段,創面缺氧環境誘導自噬激活,發揮其抗細胞凋亡作用,促進細胞存活,促進新生血管形成,加速創面上皮化進程。在重塑階段,成纖維細胞自噬能影響增生性瘢痕的形成,現將自噬在皮膚創面修復過程中的具體作用機制分述如下。

1.1自噬抗炎癥效應 皮膚創面感染后即處于炎癥反應期,此時創面內大量炎性細胞(中性粒細胞、單核細胞、巨噬細胞)活化,導致釋放大量炎癥因子,引起創面持續炎癥反應,炎癥反應的劇烈程度直接影響創面愈合的進程,而自噬在此階段具有明顯的抗炎和抗感染效應。在炎癥反應階段,中性粒細胞被招募到損傷部位并通過吞噬作用、活性氧(ROS)的產生、中性粒細胞胞外陷阱(neutrophil extracellular traps,NETs)［2］的釋放來發揮抗炎作用。有研究表明,自噬與中性粒細胞特異性生物學功能密切相關。例如,用肺炎鏈球菌體外感染人中性粒細胞可誘導自噬并增強其吞噬活性,而暴露于自噬抑制劑可大大降低吞噬率［3］。此外,某些自噬相關基因(Atg5/7)缺陷的小鼠,其中性粒細胞中脫顆粒和ROS水平顯著降低［4］。誘導自噬發生可以進一步提高NETs的產生和膿毒癥小鼠的存活率［5］。另有研究發現,遠紅外治療能夠上調LC3-Ⅱ、Beclin-1蛋白表達來促進巨噬細胞中自噬小泡的形成并激活自噬,從而抑制NLRP3炎癥小體的形成并減少了IL-1β分泌［6］。此外,巨噬細胞自噬功能障礙促進其向M1表型極化,而自噬誘導則促進其向M2表型極化,從而緩解炎癥反應,促進創面組織修復［7-8］。

1.2自噬與創面新生血管形成 創面新生血管的形成是創面愈合過程中的重要環節之一,新生血管能夠保證創面肉芽組織有足夠的氧氣和血供,在創面血管形成的過程中,內皮細胞呈現出增殖、遷移、出芽和延伸以及新生血管腔逐漸形成的動態過程。已有較多研究表明,自噬通過影響內皮細胞的活動從而影響新生血管形成。首先,自噬不僅能夠保護內皮細胞抵抗凋亡,促進細胞存活,還能保護內皮細胞免受氧化應激損傷［9-10］。缺氧誘導的自噬不僅能作為內皮細胞的保護劑,同時又能誘導血管生成［11-12］。Guo等［13］研究發現,間歇性缺氧通過干預AMPK/mTOR 信號通路誘導自噬,降低人臍靜脈內皮細胞(human umbilical vein endothelial cells,HUVECs)凋亡率,改善其細胞功能。Jeong等［14］通過自噬抑制劑(3-MA)或沉默自噬相關基因(Atg5-siRNA)等方法抑制自噬后,血管內皮細胞遷移活動以及血管形成均受到抑制。另有研究以c57小鼠全層皮膚切除為動物模型,創面局部注射自噬激動劑雷帕霉素干預的間充質干細胞(mesenchymal stem cells,MSCs)后,LC3-Ⅱ表達上調,同時可以通過MAPK/ERK1/2信號通路刺激MSCs中VEGF旁分泌,促進創面血管再生［15］。

1.3自噬與創面再上皮化 皮膚創面再上皮化是指角質形成細胞從基底層向角質層遷移并同時發生增殖與分化的過程,有研究表明,自噬參與角質形成細胞的增殖、分化從而促進創面再上皮化。Qiang等［16］研究證實角質形成細胞自噬可以調節小鼠傷口愈合,創傷能夠誘導小鼠皮膚中自噬基因表達,而特異性Atq5/7基因敲除后的小鼠傷口新表皮中的角質細胞增殖和分化率低于野生型小鼠,并且延緩創面再上皮化和傷口閉合。同時自噬缺陷可能導致角質形成細胞DNA受損,細胞增殖周期停滯,抗氧化應激能力降低［17］。PDZ結合激酶(PDZ-binding kinase,PBK)是一種能夠通過介導 p38激活促進細胞增殖的蛋白酶。有研究表明PBK抑制了人表皮角質形成細胞的增殖,而Beclin1的丟失下調了PBK,提示Beclin1通過PBK信號通路調節人表皮角質形成細胞的增殖［18］。此外,Zhang等［19］研究表明,在損傷早期形成的缺氧微環境會誘導大量ROS的產生,激活p38和JNK -MAPK信號,上調BNIP3介導的自噬,并導致 LC3、Atg5、Beclin-1等蛋白的表達明顯增加,促進角質形成細胞的遷移。李雄［20］研究報道MEBT/MEBO療法可以上調自噬相關蛋白Beclin-1、LC3、角蛋白-19的表達,進而促進創面再上皮化。

總之,自噬在皮膚創面修復過程中發揮著重要的作用,但是自噬是一把雙刃劍,其過度激活或者過度抑制均可能產生不同的生物學效應,如自噬激活有助于發揮細胞的抗炎效應,促進巨噬細胞表型轉化等,但是巨噬細胞、內皮祖細胞和成纖維細胞的遷移則受自噬的抑制,因此自噬與皮膚創面修復之間的深入機制仍需要進一步探索。今后希望能夠通過對不同的創面類型、創面修復的不同階段、創面組織不同細胞的自噬活性開展更多基礎和臨床研究。

2 中醫藥干預自噬促進創面修復

中醫藥治療皮膚創面歷史悠久,經驗豐富,并且在臨床上取得了較好的療效,特別是在一些慢性難愈性皮膚創面的治療方面具有獨特的優勢。近年來在臨床療效的基礎上,眾多學者對于中醫藥治療皮膚創面的作用機制展開了一系列研究,其中自噬也逐漸成為研究者的切入點,一些研究結果表明干預創面自噬可能是中醫藥促進創面修復的重要靶點之一。

濕潤暴露療法/濕潤燒傷膏(MEBT/MEBO)是目前中醫外治法治療燒燙傷的治法之一。MEBO的主要中藥成分有黃芩、地龍、黃連、黃柏、罌粟殼等,該藥具有活血化瘀、清熱解毒、祛腐生肌的功效。已有研究證實MEBT/MEBO能夠通過調控 MMP-2和MMP-9,改善細胞超微病理結構,提高MAPKK、c-myc mRNA的表達水平,激活 PI3K-Akt-mTOR信號通路,合成創面促愈合蛋白等途徑,促進慢性創面愈合［21-23］。其中,Zheng等［24］觀察到在糖尿病創面愈合過程中,細胞自噬體呈現早期增加,后期減少的現象,同時也發現調控細胞自噬的PI3K-Akt-mTOR信號通路呈現先低后高表現,在創面愈合早期,MEBO可以刺激細胞自噬發生來清除壞死物質,維持細胞功能和穩態,促進創面修復,而在創面中、晚期,MEBO卻能激活PI3K-Akt-mTOR信號通路,進而抑制細胞自噬,減少創面細胞凋亡,進一步促進創面愈合。麻華膽等［25］研究結果發現MEBT/MEBO可能通過誘導自噬蛋白ULK1的高表達,增強糖尿病大鼠創面細胞自噬功能從而促進糖尿病大鼠創面的愈合。因此,對創面細胞自噬的調控作用可能是MEBO促進創面修復的作用機制之一。

紫朱軟膏是在我國著名中醫外科學家奚九一教授的經驗方“撈底膏”基礎上進一步完善后提出的治療創面有效的外用中藥,其主要包含朱砂、紫草、黃芪、血竭、阿膠、冰片6味藥物,上述藥物主要針對創面“因虛致瘀、瘀久化熱、熱盛肉腐”的主要病機,具有“補氣化瘀、清熱解毒、化腐生肌”的功效。胡嘯明等［26-27］研究結果顯示,在治療急性創面的過程中,與生理鹽水對照組相比較,紫朱軟膏組創面愈合速度及愈合率較高,同時能夠減少創面IL-1β表達,促進MMP-9和TGF-β上調,在對自噬相關指標檢測后發現,紫朱軟膏組電鏡下觀察到的自噬體數量少于對照組,LC3、Beclin-1蛋白表達減少,因此,作者推測紫朱軟膏可能通過抑制創面修復過程中細胞自噬來進一步促進創面愈合。

紫色疽瘡膏由龍血竭、琥珀粉、乳香粉、冰片、珍珠粉等藥物組成,全方具有活血化瘀通絡、斂瘡祛腐生肌的功效。王廣宇等［28］研究了紫色疽瘡膏干預血管內皮細胞自噬促進慢性血瘀型糖尿病足創面愈合的作用機制,該學者以慢性血瘀型糖尿病足患者的破潰創面組織為研究對象,并以肢體近端正常皮膚淺層真皮為對照組,比較2組創面組織中LC3Ⅱ/LC3Ⅰ、eNOS、p-mTOR蛋白表達情況,結果發現,治療組治療前LC3Ⅱ/LC3Ⅰ、p-mTOR蛋白表達低于正常對照組,提示糖尿病足創面組織內皮細胞自噬水平受到抑制,在治療3 d、6 d后創面組織LC3Ⅱ/LC3Ⅰ、p-mTOR較治療前有所上調,提示紫色疽瘡膏治療慢性糖尿病足潰瘍作用機制可能與改善創面局部血運狀態促進血液微循環,同時提高創面組織內皮細胞自噬水平有關。

長皮膏臨床主要用于對慢性難愈型皮膚潰瘍的治療,臨床療效確切,該膏藥主要由紫草、當歸、大黃、甘草、象皮粉、輕粉、生地黃、地骨皮、白蠟、麻油等藥物組成,諸藥相伍,具有祛瘀活血通絡、化腐生肌長皮之功效［29］。臨床及實驗研究表明長皮膏能夠通過提高創面血管內皮生長因子表達、成纖維細胞增生,增加創面組織內神經營養因子(Nerve growth factor,NGF)分泌、降鈣基因素相關肽(Calcitonin gene related peptide,CGRP)表達,從而促進創面新生血管形成及神經再生,改善創面血流供應,加速創面修復［30-33］。廖明娟等［34］研究觀察了長皮膏對下肢靜脈性潰瘍創面組織的自噬通路相關蛋白LC3-Ⅱ和Beclin-1的影響,該研究將下肢靜脈性潰瘍患者隨機分為長皮膏治療組和重組牛堿性成纖維細胞生長因子對照組,每組各30例,治療8周后,觀察2組創面愈合率及創面肉芽組織中LC3-Ⅱ、Beclin-1的蛋白表達。結果發現,在治療6周及8周后,長皮膏治療組的瘡面愈合率明顯高于重組牛堿性成纖維細胞生長因子對照組,同時,治療組創面組織中LC3-Ⅱ、Beclin-1蛋白表達高于對照組,說明長皮膏促進創面愈合作用機制可能與其誘導皮膚創面組織細胞自噬增強有關。

油桐花屬于薔薇亞綱大戟科植物油桐的花,具有消腫止痛止血,促進傷口愈合的功效［35］。研究表明,油桐花提取物可以上調大鼠燒燙傷創面組織中抑凋亡蛋白Bcl-2表達, 改善Bcl-2/Bax比值,減少創面細胞凋亡,促進創面愈合［36-37］。彭健等［38］學者觀察油桐花提取物基于HIF-1α/Beclin1/LC3-Ⅱ信號通路促進燙傷大鼠創面愈合的作用機制。研究結果發現,油桐花提取物能夠抑制燙傷大鼠血清HIF-1α、Beclin1及 LC3-Ⅱ的表達,同時降低燙傷大鼠創面組織中上述蛋白表達,提示油桐花提取物可能通過抑制創面細胞過度自噬而促進燙傷創面愈合。

姜黃素是從中藥姜黃中提取的重要化合物之一,目前關于姜黃素的研究廣泛,結果表明,姜黃素憑借其保肝、降脂、抗氧化、抗菌等作用被廣泛用于肝臟疾病、腫瘤、糖尿病及其并發癥、心腦血管疾病、慢性創面等的治療［39-40］。越來越多研究顯示姜黃素在慢性創面治療中具有良好的效果［41］。有研究顯示姜黃素對調節自噬的上游PI3K/Akt/mTOR信號通路有抑制作用,從而上調LC3-Ⅱ蛋白表達及自噬體數目發揮抗氧化作用,因此,姜黃素可能會作為通過干預自噬促進創面愈合的潛在藥物之一［42］。

3 小 結

細胞自噬在皮膚潰瘍創面修復整個階段中扮演著重要的角色,但從目前研究結果來看,不同創面類型、創面的不同階段、不同的細胞類型的自噬狀態均可能影響創面修復過程,過度的自噬激活或者自噬抑制可能產生不同作用,因此,進一步理清自噬狀態與創面修復的具體關系,可能會為今后開發基于自噬治療皮膚創面的新型藥物提供科學依據。中醫外治法和中醫外用藥能夠通過干預創面自噬促進慢性皮膚潰瘍愈合,期待今后能夠有更多的研究來證實上述內容,并從現代醫學角度進一步豐富和發展中醫外治法治療皮膚創面的科學理論和內涵。

利益沖突:所有作者均聲明不存在利益沖突