龔思淼，李 敏綜述，楊 彥審校

0 引 言

糖尿病是世界上最大的代謝疾病之一，在發(fā)達國家和發(fā)展中國家都具有很高的患病率。截至2021年，全球約有5.37億成年人患有糖尿病，死亡人數(shù)高達約670萬人[1]。慢性糖尿病可導致一系列神經(jīng)、血管并發(fā)癥，其中最常見的并發(fā)癥是糖尿病周圍神經(jīng)病變(diabetic peripheral neuropathy，DPN)，通常累及患者感覺、運動及自主神經(jīng)，患者通常出現(xiàn)麻木、疼痛、痛溫覺或觸覺異常、神經(jīng)傳導速度下降等癥狀[2-3]。有數(shù)據(jù)統(tǒng)計，大約50%的成人糖尿病患者在其一生中會受到周圍神經(jīng)病變的影響[4]，全球每年用于糖尿病的醫(yī)療支出目前估計為7600億美元，預計到2030年將增加到8250億美元[5]，這對于個人和社會都是巨大的負擔。

DPN的發(fā)病機制尚未完全明確,目前主要認為是高血糖通過激活旁路代謝或非代謝途徑，導致有毒代謝物的積累和煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(nicotinamide adenine dinucleotide phosphate，NADPH)的過度消耗，從而增加線粒體損傷并導致活性氧的過度產(chǎn)生，超出了機體對氧化物質(zhì)的清除能力，引起氧化應激反應損傷神經(jīng)組織[6]。此外，活性氧通過激活NF-κB等信號通路引起炎癥反應產(chǎn)生疼痛，炎性介質(zhì)進一步促進下游細胞氧化應激的激活，形成惡性循環(huán)加重組織損傷。緩解DPN的氧化應激狀態(tài)對于延緩DPN的神經(jīng)損傷至關重要。迄今為止，對于DPN的治療除了改善血糖，尚無有效的DPN的致病性治療方法[7]，臨床上一般使用營養(yǎng)神經(jīng)、改善微循環(huán)、抗氧化應激藥物進行病因及對癥治療[8]，但藥物治療的不良反應與高成本限制了它的廣泛應用。光生物調(diào)節(jié)療法(photobiomodulation therapy，PBMT)是19世紀末興起并迅速發(fā)展的一種非侵入療法，因具有無創(chuàng)、無痛、無毒、易獲得、抗炎鎮(zhèn)痛效果明顯、具有良好的抗氧化作用等優(yōu)勢[9]，逐漸被發(fā)現(xiàn)并應用到DPN患者的治療當中。

1 PBMT的應用

PBMT是一種用波長為600～1000 nm的連續(xù)激光或發(fā)光二極管對病損區(qū)域進行照射的治療方法，可以引起光生物反應而又不會使生物組織產(chǎn)生損傷，也不會導致局部體溫升高[10]，又稱為 “低能量激光療法(low-level laser therapy, LLLT)”。PBMT于1967年在匈牙利由Endre Mester發(fā)現(xiàn)，他將激光照射到剃光的老鼠背部，發(fā)現(xiàn)可以更快地促進毛發(fā)生長，隨后經(jīng)過重復試驗發(fā)現(xiàn)紅寶石激光能夠促進傷口愈合，于是人們開始將PBMT逐漸應用于臨床，比如傷口愈合、預防和治療口腔潰瘍、緩解肌肉骨骼疼痛等方面[11]。

在DPN研究和治療方面，Anju等[12]人對6項使用PBMT治療疼痛性DPN研究進行了系統(tǒng)回顧，證實了PBMT的使用對糖尿病神經(jīng)性疼痛的管理有積極的作用；最近的研究發(fā)現(xiàn)用PBM(主要632.8 nm，3.1 J/cm2)照射DPN患者足底和足背10 d后神經(jīng)性疼痛明顯減輕和生活質(zhì)量改善[13]；一項用904 nm波長GaAs激光照射鏈脲佐菌素誘導的DPN大鼠的結(jié)果顯示，DPN大鼠髓鞘結(jié)構(gòu)組織有所改善，纖維損失減少，這種改變可能與氧化應激狀態(tài)減輕有關[14]；周帆等[15]研究證實：890 nm近紅外激光照射治療能有效改善DPN患者周圍神經(jīng)功能，提高神經(jīng)傳導能力?；谝陨涎芯空J為，PBMT利用特定波長的激光與照射區(qū)域組織發(fā)生相互作用，改善DPN患者的癥狀，但具體機制有待進一步闡明，現(xiàn)就PBMT近年來在DPN中的臨床應用及作用機制進行總結(jié)。

2 PBMT對DPN氧化應激的影響

2.1 PBMT對線粒體功能的影響線粒體是糖尿病中活性氧產(chǎn)生的主要來源，超過90%的活性氧在線粒體中產(chǎn)生[16]。高血糖增強了電子傳遞鏈的還原當量和穿過線粒體內(nèi)膜的電化學電位，因此增加了超氧化物(主要是活性氧)的產(chǎn)生，減少了ATP的產(chǎn)生[17]。細胞無法對過量的活性氧進行清除以及ATP產(chǎn)生不足，對線粒體造成損害，引起氧化應激促使細胞死亡和神經(jīng)變性。此外，高血糖和氧化應激誘導線粒體融合與裂變失衡加劇，過度的線粒體裂變導致能量生產(chǎn)失調(diào)，加重背根神經(jīng)節(jié)(dorsal root ganglia，DRG)神經(jīng)元損傷[18]。改善線粒體的生物功能障礙，促進細胞代謝可能是治療DPN神經(jīng)損傷的有效途徑。

PBMT主要通過將激光照射到皮膚表面時光能量穿透組織與線粒體內(nèi)的發(fā)色團——細胞色素c氧化酶(cytochrome c oxidase，CCO)相互作用，電子被激發(fā)并從低能軌道跳到高能軌道，導致線粒體產(chǎn)生ATP增加和電子傳輸增加。Yamany等[19]認為PBMT通過提高線粒體CCO的活性和增強ATP合成來有效恢復線粒體功能，從而促進照射區(qū)域的微循環(huán)，增加神經(jīng)功能活動，增加軸突生長和髓鞘化的速度，促進損傷神經(jīng)的再生。Oliveira等[20]首次證明PBM(660 nm，30 mW，1.6 J/cm2)能夠增加糖尿病小鼠線粒體數(shù)量，減輕氧化應激引起的線粒體自噬情況，從而改善細胞代謝狀態(tài)。Rocha等[21]以成年雄性T1DM大鼠為實驗動物，研究了PBMT(904 nm,45 mW,6.23 J/cm2)對線粒體動力學的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)PBMT能提高糖尿病大鼠DRG神經(jīng)元的絲裂霉素2和動力相關蛋白1的表達水平，前者參與線粒體融合，后者參與線粒體裂變。PBMT可能通過恢復DRG神經(jīng)元線粒體融合和分裂之間的平衡起到保護DRG神經(jīng)元的作用。

綜上，PBMT可通過改善線粒體生物功能，增加ATP的產(chǎn)生，改善微循環(huán)等方面減輕氧化應激狀態(tài)為細胞提供一個合適的營養(yǎng)環(huán)境促進代謝。

2.2PBMT對活性氧的影響氧化應激是由活性氧的產(chǎn)生和抗氧化系統(tǒng)之間的不平衡引起的。高血糖通過激活多條代謝通路在線粒體進行整合產(chǎn)生過多的活性氧引起氧化應激反應，最終導致DPN的發(fā)生。因此，減少活性氧或者增加抗氧化物質(zhì)的產(chǎn)生在延緩DPN的發(fā)生發(fā)展中有重要意義。最近研究發(fā)現(xiàn)，當PBM刺激正常健康細胞中的CCO活性時，線粒體膜電位(mitochondrial membrane potential，MMP)升高至高于正?；€水平，活性氧生成增加；且存在明顯的雙相劑量反應，即低水平的激光具有刺激作用，而高水平的激光具有抑制作用。在氧化應激細胞中，PBM同樣增加了MMP，但降低了高活性氧水平并保護神經(jīng)元免于死亡[22]。這種特質(zhì)為DPN的治療提供新的研究方向。

Ahemd等[23]用PBM(632.8 nm，6.36 J/cm2)治療受傷的糖尿病大鼠后，大鼠的抗氧化物質(zhì)谷胱甘肽(glutathione，GSH)水平顯著升高，炎性細胞因子水平降低。表明PBM通過降低炎癥反應、抑制氧化應激和增強抗氧化防御系統(tǒng)來促進傷口愈合。該結(jié)果證實了Janzadeh等[24]的推測，PBMT可能通過增加GSH等抗氧化劑水平，改善線粒體和細胞功能，從而降低超敏反應，減輕疼痛。Rajendran等[25]的研究證明660和830 nm的PBM均具有通過增加抗氧化劑超氧化物岐化酶和過氧化氫酶水平、減少活性氧水平和維持正常氧化還原平衡來減弱氧化應激的能力。此外，在相同條件下660 nm波長激光的抗氧化應激效果更好。綜上所述，PBMT可以有效減輕氧化應激嚴重程度，其機制可能與活性氧減少或抗氧化劑水平升高有關。

3 PBMT對炎癥反應的影響

當活性氧的數(shù)量增加時，細胞會發(fā)出信號以重新吸收抗氧化分子。這些信號通路的激活導致轉(zhuǎn)錄因子基因上調(diào)，導致炎癥標志物的募集和產(chǎn)生[26]。這些炎性物質(zhì)不僅會通過細胞信號轉(zhuǎn)導通路刺激傷害性感受器產(chǎn)生痛覺，還可以促進各種下游細胞氧化應激的激活，引起神經(jīng)傳導速度減慢、神經(jīng)的血供不足、軸突末梢變性，從而引發(fā)細胞的死亡。為了阻止氧化應激的進一步惡化，減少炎性反應是DPN的一種有效治療方式。PBMT被認為可以通過多種信號通路減輕炎癥，已在各種急慢性炎癥治療中顯示出積極的效果。

3.1PBMT對巨噬細胞分化的影響PBM的另一個非常有趣的特性是它能夠改變巨噬細胞譜系的活化細胞的表型。根據(jù)細胞面臨的病理情況，這些細胞可以表現(xiàn)出兩種截然不同的表型——M1“促炎”表型和M2“抗炎”表型，分別與產(chǎn)生促炎因子和抗炎因子有關[27]。Yang等[28]人研究了808 nm波長激光對兩種巨噬細胞極化表型轉(zhuǎn)化的影響，發(fā)現(xiàn)與假手術組相比，造模組M1炎性因子標志物表達增加，經(jīng)過PBM治療后其炎癥水平降低，且M2標志物表達明顯增加，表明PBMT可能被用來調(diào)節(jié)周圍神經(jīng)損傷后的炎癥反應，可能機制是將巨噬細胞極化從M1“促炎”表型轉(zhuǎn)變?yōu)镸2“抗炎”表型。Kobiela等[29]人用808 nm波長激光照射神經(jīng)損傷小鼠之后，發(fā)現(xiàn)IL-6、IL-8、TNF-α等炎癥因子的表達降低，進一步研究發(fā)現(xiàn)較高的能量密度4-30 J/cm2誘導M1(促炎)表型巨噬細胞的表達，而較低的能量密度(0.2-10 J/cm2)誘導M2(抗炎)表型標記的表達。表明PBMT的抗炎作用可能在低劑量下更明顯。

3.2PBMT對NF-κB通路的影響核轉(zhuǎn)錄因子NF-κB是氧化應激引起的主要信號通路，在炎癥基因轉(zhuǎn)錄中起著關鍵的調(diào)節(jié)作用[30]。有研究發(fā)現(xiàn)持續(xù)使用PBMT治療的受損神經(jīng)細胞NF-κB和促炎細胞因子減少[31]；另有研究表明，LLLT通過減少活性氧的產(chǎn)生使NF-κB表達減少，從而減輕炎癥反應，降低疼痛[32]。Lee等[33]在PBMT治療人類脂肪干細胞后發(fā)現(xiàn)環(huán)磷酸腺苷(cyclic adenosine monophosphatec，AMP)水平增加了3～4倍，進一步研究發(fā)現(xiàn)細胞內(nèi)cAMP水平的升高抑制了NF-κB的轉(zhuǎn)錄活性。調(diào)節(jié)NF-κB活性的可能機制是cAMP通過促進IκB降解和下調(diào)IKK激酶的表達水平，以及改變NF-κB二聚體的組成，從而阻斷轉(zhuǎn)錄。

3.3PBMT對p38-MAPK的影響巨噬細胞的激活伴隨著細胞因子的釋放和絲裂原活化蛋白激酶(mitogen activated protein kinase，MAPK)的磷酸化，包括p38-MAPK、細胞外信號調(diào)節(jié)蛋白激酶(ERK)和c-JunN-末端激酶，它們在多種細胞類型的細胞存活和死亡中都發(fā)揮著重要作用,包括參與疼痛超敏反應。Neves等[34]認為PBMT的抗炎機制可能與抑制p38-MAPK途徑有關。一項研究PBM對高糖條件下視網(wǎng)膜神經(jīng)細胞作用的結(jié)果顯示，PBM可以有效抑制p38磷酸化的增加，從而減弱了氧化應激并提高了細胞存活率[35]。Chu等[36]發(fā)現(xiàn)用激光照射人內(nèi)皮混合細胞系EA.hy926后ERK-MAPK磷酸化增加，p38-MAPK磷酸化降低，為進一步了解PBMT參與MAPK途徑的具體機制，用ERK抑制劑處理EA.hy926細胞后，細胞死亡沒有增加，而用p38-MAPK激活劑處理后細胞死亡增加，表明PBMT不是通過ERK通路起作用，而是通過抑制p38-MAPK信號通路減少細胞凋亡，起到神經(jīng)保護作用。以上研究證明，PBMT可通過抑制p38-MAPK通路激活抗炎機制，減少神經(jīng)的損傷，未來可成為DPN患者的新治療靶點。

3.4PBMT對PI3K/AKT的影響目前，越來越多的證據(jù)表明磷脂酰肌醇3激酶/絲氨酸蘇氨酸蛋白激酶(phosphatidylinositol 3-kinase/serine/threonine protein kinase，PI3K/ AKT)信號通路在活性氧誘導的細胞凋亡中起著至關重要的作用[37]。PI3K/AKT通路在中樞和外周神經(jīng)元中顯示出顯著的抗氧化活性，對活性氧誘導的細胞損傷具有保護作用。AKT是一種通過募集到質(zhì)膜而激活的絲氨酸/蘇氨酸激酶，是PI3K信號轉(zhuǎn)導的關鍵介質(zhì)。PI3K的激活促進AKT的磷酸化，進而影響抗凋亡蛋白Bcl-2和促凋亡蛋白Bax的表達[38]。氧化應激狀態(tài)下,Bcl-2活性降低和Bax表達增加，嚴重影響細胞存活并誘導細胞凋亡，導致神經(jīng)變性，軸突損傷。Li等[39]的研究表明，PBM(980 nm，250 mW)可能通過激活PI3K改善AKT的磷酸化，調(diào)控氧化應激損傷后的Bcl-2蛋白水平上調(diào)，Bax蛋白水平下調(diào)，促進細胞軸突再生和功能恢復，促進細胞增殖，抑制細胞凋亡。Oliveira等[20]證明PBM增加了神經(jīng)細胞活力以及通過增加神經(jīng)突的生長誘導神經(jīng)發(fā)生這種效應是由AKT激活調(diào)節(jié)的。這些發(fā)現(xiàn)為PBM作為周圍神經(jīng)損傷的替代治療方法提供了充分的實驗證據(jù)。

3.5PBMT對PKC的影響一項研究顯示，PBM可以通過激活PKC信號通路來保護β淀粉樣蛋白25-35處理的大鼠嗜鉻細胞瘤細胞的凋亡。眾所周知，PKC可以通過直接磷酸化Bcl蛋白并改變其與Bax的相互作用來調(diào)節(jié)其活性，也可以通過激活Raf/MEK/ERK級聯(lián)來發(fā)揮作用[35]。用PBM(632.8nm,1.5mW/cm2)照射大鼠初級皮層星形膠質(zhì)細胞，可減輕氧化應激，并證實PBM可降低氧化應激的主要因素——細胞溶質(zhì)磷脂酶A2(cytosolic phospholipase A2，cPLA2)的磷酸化水平和NADPH氧化酶的活性。cPLA2和NADPH氧化酶激活后都可導致線粒體膜電位的降低和活性氧的過度產(chǎn)生，從而增加炎癥因子的產(chǎn)生，引起炎癥反應。因此，該研究的結(jié)果表明，NADPH氧化酶和cPLA2的降低是PBM抗氧化和抗炎作用的機制之一[40]。

綜上所述，PBMT可以有效緩解DPN的氧化應激狀態(tài)，其機制可能是通過調(diào)節(jié)巨噬細胞的極化、阻斷NF-κB轉(zhuǎn)錄、抑制p38-MAPK等相關信號通路來下調(diào)炎性因子的表達，進而減輕周圍神經(jīng)損傷后的炎癥反應，但各相關信號通路參與其中的先后順序及作用程度有待進一步研究。

4 結(jié) 語

DPN作為糖尿病最常見的慢性神經(jīng)系統(tǒng)并發(fā)癥，是臨床的一大難題。傳統(tǒng)藥物治療具有不良反應且成本較高，因此，探索有效且安全的非藥物治療手段迫在眉睫。自Mester發(fā)現(xiàn)激光的生物效應之后，研究人員一直將激光用于臨床治療。PBM會導致光化學反應，而ATP的產(chǎn)生會激活一系列下游因子，促進恢復細胞功能、減輕炎癥和氧化應激反應、減輕疼痛、增強神經(jīng)再生和傷口修復。過度的氧化應激導致細胞內(nèi)信號通路上調(diào)，而這些通路被廣泛的細胞外信號而被激活。大量試驗證明了PBMT對于DPN治療的有效性和安全性，但目前PBMT作用于DPN的可能作用機制尚不明確。因此，本文通過總結(jié)PBM對參與DPN氧化應激的細胞反應的影響的廣泛研究后發(fā)現(xiàn)，PBM影響和刺激各種細胞類型中的NF-κB、p38-MAPK、PI3K/AKT、PKC等信號通路改善線粒體生物功能，減少活性氧生成、減輕炎癥反應，最終改善氧化應激狀態(tài)。今后需進一步研究特定信號轉(zhuǎn)導途徑和這些途徑中特定分子的激活是如何通過PBM影響氧化應激過程的，這些研究將進一步推動PBM的發(fā)展。

激光的治療方案目前尚無統(tǒng)一標準，PBMT在治療過程中出現(xiàn)了相反的結(jié)果，這可能歸因于研究設計的差異，包括使用不同的波長激光和治療參數(shù)，此外，不同的混雜因素也影響著不同生物學參數(shù)的測定。PBMT引起的生物刺激效應依賴波長和計量，不同波長穿透活組織的深度不同，對細胞和組織功能的影響不同。選擇合適的波長和治療參數(shù)最大程度改善患者的病變情況是DPN治療的最終目標。未來還需要進行大量的臨床試驗，包括使用紅光和近紅外，以充分利用PBM在DPN中的潛力。此外，通過與人工智能技術的結(jié)合，PBMT在DPN中的應用也可以得到提高。機器學習和優(yōu)化技術以及其他數(shù)據(jù)驅(qū)動和數(shù)值建模技術的采用在其他科學和工程領域取得了許多成功。例如，這些技術已成功地應用于最優(yōu)參數(shù)選擇和解決復雜的多目標優(yōu)化問題。然而，這些技術在DPN和PBMT中的應用卻鮮有報道。未來的研究可以利用機器學習和優(yōu)化算法的潛力，探索更廣泛的參數(shù)范圍。這些快速和穩(wěn)健的計算和建模方法可以幫助確定PBM實施中最優(yōu)或接近最優(yōu)的參數(shù)組合，達到最佳治療效果。