王畇翔,李斌,2,牟曉娟,劉建君,韓琦朋,潘韜文,2,劉靜,2,刁云鵬,2

(1.大連醫(yī)科大學(xué)藥學(xué)院,大連 116044;2.大連市抗感染中藥開發(fā)工程技術(shù)研究中心,大連 116044)

糖尿病是指胰島素下降或胰島素抵抗而引起的血糖血脂代謝紊亂,作為終身性疾病,長期代謝異常導(dǎo)致延遲性愈合的皮膚潰瘍是糖尿病并發(fā)癥之一[1]。34%的糖尿病患者下肢會(huì)發(fā)生皮膚潰瘍,以糖尿病足潰瘍(diabetic foot ulcers,DFUs)為例,若合并微生物感染則易引起大面積開放性壞死,最終導(dǎo)致患者截肢甚至死亡[2]。傷口愈合可以簡單分為4個(gè)階段:纖維凝塊形成、炎癥反應(yīng)、血管再形成和結(jié)締組織重塑,血管再形成是其中的關(guān)鍵[3]。血管形成可以分為血管發(fā)生和血管新生,其中血管發(fā)生是指在胚胎發(fā)育時(shí)由中胚層起始形成血管的過程,由成血管細(xì)胞發(fā)育成血管內(nèi)皮細(xì)胞(endothelial cells,ECs)并最終形成血管的過程。血管新生是指在原有的毛細(xì)血管或微靜脈基礎(chǔ)上,通過內(nèi)皮細(xì)胞的增殖和遷移生成新生血管并通過血管平滑肌細(xì)胞(vascular smooth muscle cells,VSMCs)實(shí)現(xiàn)血管穩(wěn)定[4]。

然而糖尿病患者傷口中血管新生過程十分遲緩,創(chuàng)面中血管表面積、分支連接數(shù)、總血管長度和總分支數(shù)均明顯減少[5]。血管生成可以有效地支持傷口閉合,而血管病變正是導(dǎo)致糖尿病患者傷口難愈的誘因之一。因此,深入探尋糖尿病患者傷口難愈的血管病變機(jī)制以及有效治療難愈合傷口的藥物成為亟待解決的問題。本文從血管構(gòu)成細(xì)胞出發(fā),分別從內(nèi)皮細(xì)胞和平滑肌細(xì)胞2個(gè)方面回顧血管病理機(jī)制及其對(duì)糖尿病延遲性愈合傷口的潛在影響,并總結(jié)當(dāng)前降糖藥物以及天然化合物對(duì)血管病變的療效。

1 糖尿病患者傷口難愈的血管病變機(jī)制

1.1高糖誘導(dǎo)內(nèi)皮細(xì)胞死亡 血管生成以內(nèi)皮細(xì)胞為核心展開,長期高血糖會(huì)導(dǎo)致過度氧化應(yīng)激并產(chǎn)生過量的活性氧(reactive oxygen,ROS),這是內(nèi)皮細(xì)胞死亡的生化基礎(chǔ)。ROS通過內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上應(yīng)激感應(yīng)蛋白來延長未折疊蛋白反應(yīng),磷酸化的跨膜蛋白激酶R樣內(nèi)質(zhì)網(wǎng)激酶(protein kinase R-like ER kinase,PERK)會(huì)選擇性地增強(qiáng)轉(zhuǎn)錄因子ATF4,從而激活促凋亡轉(zhuǎn)錄因子C/EBP同源蛋白(C/EBP homologous protein,CHOP),引發(fā)凋亡[6]。糖尿病傷口處的內(nèi)皮細(xì)胞還體現(xiàn)出鐵死亡特征,即脂質(zhì)過氧化增加以及抗氧化系統(tǒng)的缺乏[7]。蛋白激酶PKCβII可以磷酸化?；o酶A合成酶長鏈蛋白4(achaete-scute family bHLH transcription factor 4,ACSL4),放大脂質(zhì)過氧化,誘導(dǎo)細(xì)胞發(fā)生鐵死亡[8]。而磷脂酶iPLA2β可以使多不飽和脂肪?；?polyunsaturated fatty acid,PUFA)部分去氧化,但這是由p53蛋白以ROS閾值依賴性驅(qū)動(dòng),即它可以在輕度ROS下由p53激活,在過量ROS下該現(xiàn)象消失[9]。此外,由Gasdermin蛋白主導(dǎo)的細(xì)胞焦亡在糖尿病血管病變中也被證實(shí)[10]。內(nèi)皮細(xì)胞會(huì)由于肌醇需求酶IRE-1α介導(dǎo)下的硫氧還蛋白和硫氧還蛋白相互作用蛋白的結(jié)合作用加強(qiáng)而無法中和胞內(nèi)生成的ROS,進(jìn)而激活NOD樣受體熱蛋白結(jié)構(gòu)域相關(guān)蛋白3(NOD-like receptor thermal protein domain associated protein3, NLRP3)炎癥小體依賴性細(xì)胞焦亡[11]。以上證據(jù)指出糖尿病難愈創(chuàng)面是由于血管內(nèi)皮細(xì)胞代償機(jī)制失衡所導(dǎo)致的多種程序性細(xì)胞死亡。

1.2平滑肌細(xì)胞的再分化和過度的增殖遷移 與內(nèi)皮細(xì)胞不同,血管平滑肌細(xì)胞的病理改變是多種刺激下導(dǎo)致的再分化和過度增殖遷移,這是由于血管平滑肌細(xì)胞沒有終末分化,具有表型可塑性,靜止期平滑肌細(xì)胞表現(xiàn)出低增殖、低合成活性,這種被定義為收縮型;當(dāng)血管受損時(shí),收縮型細(xì)胞會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)楹铣尚?這意味著細(xì)胞的增殖活性和胞外基質(zhì)分泌物增加[12]。糖尿病帶來的脂質(zhì)代謝異常配合平滑肌細(xì)胞的表型轉(zhuǎn)化最終導(dǎo)致血管鈣化[13]。糖尿病患者體內(nèi)去乙?；窼irt1的下調(diào)會(huì)增加骨鈣素的濃度,血管鈣化風(fēng)險(xiǎn)因此升高[14]。而成纖維生長因子21(fibroblast growth factor 21,FGF21)可以通過調(diào)節(jié)P38-MAPK信號(hào)顯著抑制血管鈣化[15]。高血糖會(huì)導(dǎo)致血管平滑肌細(xì)胞過度增殖遷移引發(fā)內(nèi)膜侵襲,引起血管內(nèi)膜占位性病變以及損傷后再狹窄,進(jìn)而影響新生血管各方面的功能重構(gòu)。研究表明Notch家族蛋白對(duì)糖尿病患者血管病變的產(chǎn)生和發(fā)展具有重要影響,例如在高糖環(huán)境下跨膜蛋白Notch的配體Jagged-1的表達(dá)水平上調(diào),其結(jié)合并水解細(xì)胞膜表面的Notch受體,激活Notch相關(guān)信號(hào)通路,促進(jìn)平滑肌細(xì)胞增殖[16]。在高糖的負(fù)面刺激下,受損的內(nèi)皮細(xì)胞削弱其遷移能力導(dǎo)致潰瘍修復(fù)減緩,相反,相對(duì)增強(qiáng)的平滑肌細(xì)胞遷移對(duì)糖尿病血管穩(wěn)態(tài)的破壞或許可以用一種新的遷移依賴性細(xì)胞器“遷移體”來解釋[17]。受損或老化的線粒體需要被清除以維持線粒體池的質(zhì)量,而遷移體可以轉(zhuǎn)運(yùn)線粒體駐留蛋白并從遷移的細(xì)胞中清除來介導(dǎo)線粒體質(zhì)量控制過程,從而保護(hù)細(xì)胞免受應(yīng)激損害。這種自我適應(yīng)與自我修復(fù)的過程與其說是在嚴(yán)重應(yīng)激下盡可能地穩(wěn)定細(xì)胞器,不如說是在應(yīng)激壓力被克服后有助于迅速恢復(fù)。

1.3血管的舒縮功能和完整性障礙 糖尿病患者的血管舒縮間存在不平衡,這會(huì)增加血管反應(yīng)性,具體表現(xiàn)為內(nèi)皮細(xì)胞介導(dǎo)的血管過度收縮而舒張相對(duì)減弱。鈣離子在調(diào)節(jié)血管收縮中發(fā)揮關(guān)鍵作用,蛋白激酶A(protein kinase A, PKA)通過激活L型鈣離子通道(L-type calcium channel,LTCC),引發(fā)大量鈣內(nèi)流和內(nèi)皮依賴性超收縮[18]。另外高血糖會(huì)破壞內(nèi)皮素-1 (endothelin-1,ET-1)和一氧化氮 (nitric oxide,NO)之間的生物利用度平衡,即內(nèi)皮素轉(zhuǎn)換酶 (endothelin converting enzyme,ECE)和內(nèi)皮一氧化氮合酶 (endothelial nitric oxide synthase,eNOs)之間的失衡[19]。這歸因于晚期糖基化產(chǎn)物可以增強(qiáng)酶促協(xié)同作用,促進(jìn)eNOs降解,降低eNOs磷酸化[20]。同時(shí),炎癥浸潤會(huì)加速環(huán)氧合酶(cyclooxygenase,COX)代謝,合成內(nèi)皮源性收縮因子,導(dǎo)致內(nèi)皮功能障礙[21]。血管完整性的復(fù)雜擾動(dòng)減少血管對(duì)損傷的應(yīng)答,不利于潰瘍愈合。正常內(nèi)皮細(xì)胞通過細(xì)胞間連接維持完整性,而血管生成的開始需要內(nèi)皮尖端細(xì)胞獲得間充質(zhì)表型,失去頂端-基底極性并獲得前-后極性,從而能夠降解基底膜和細(xì)胞外基質(zhì)(extracellular matrix,ECM)并發(fā)生遷移,這一過程被稱為內(nèi)皮間充質(zhì)轉(zhuǎn)化 (endothelial to mesenchymal transition,EndMT),其中生物變化包括血管內(nèi)皮鈣粘蛋白 (VE-cadherin)的表達(dá)降低;層粘連蛋白下調(diào),同時(shí)纖連蛋白上調(diào);細(xì)胞骨架角蛋白轉(zhuǎn)化為波形蛋白[22]。然而過量的ROS通過激活轉(zhuǎn)錄因子蛋白家族核因子κB(nuclear factor kappa-B, NF-κB)來上調(diào)基質(zhì)金屬蛋白酶9(matrix Metallopeptidase 9,MMP9)的表達(dá),這會(huì)持續(xù)切割I(lǐng)V型膠原蛋白和層粘連蛋白從而過度降解ECM[23]。血管內(nèi)皮細(xì)胞向底層組織的遷移和分層對(duì)于新生血管形成至關(guān)重要,而高血糖限制其遷移和管形成,血管完整性受損的同時(shí)也喪失血管對(duì)傷口愈合的貢獻(xiàn)。多處證據(jù)支持通透性增加以及內(nèi)皮屏障的破壞不利于維持內(nèi)皮細(xì)胞旁粘連的完整性[24]。實(shí)際上當(dāng)創(chuàng)傷形成時(shí),血管通透性適當(dāng)增加有助于血管生成,但內(nèi)皮通透性的持續(xù)增加則會(huì)誘發(fā)隨后的病理發(fā)生,不利于傷口愈合。研究認(rèn)為Robo受體在調(diào)節(jié)血管通透性和血管生成中起重要作用。Robo1和Robo2通過Slit家族蛋白驅(qū)動(dòng)血管生成和血管通透性,而Robo4作為負(fù)向調(diào)節(jié)因子可以抑制血管內(nèi)皮生長因子(vascular endothelial growth factors,VEGF)信號(hào)傳導(dǎo)以降低血管通透性[25]。由此可見,VEGF是血管生成和通透性調(diào)節(jié)的樞紐因子。就血管生成而言,低氧條件下VEGF水平升高,這可以確保以VEGF驅(qū)動(dòng)的血管生成反應(yīng)能夠作為應(yīng)對(duì)低氧壓力的核心中樞,這也是其最初被稱為血管通透性因子的原因[24]。

2 糖尿病傷口血管病變治療的藥物研究進(jìn)展

2.1經(jīng)典降糖藥物的血管療效 隨著研究不斷深入,傳統(tǒng)降糖藥物的應(yīng)用前景發(fā)生巨大變化,甚至作用于血管生成以對(duì)抗糖尿病并發(fā)癥。二甲雙胍可以有效抑制高糖誘導(dǎo)的平滑肌細(xì)胞過度增殖分化[26]。噻唑烷二酮類藥物吡格列酮作為過氧化物酶體增殖物激活受體γ(peroxisome proliferators-activated receptors-γ,PPAR-γ)激動(dòng)劑可以加速傷口愈合[27]。α-葡萄糖苷酶抑制劑阿卡波糖可以減少NLRP3炎癥小體來改善內(nèi)皮屏障功能[28]。二肽基肽酶-4(dipeptidyl peptidase-4,DPP-4)抑制劑類藥物西格列汀和維格列汀分別具有抗血管鈣化和抗內(nèi)皮功能障礙,其機(jī)制可能是抑制胰高血糖素樣肽-1(glucagon likepeptide-1,GLP-1)的裂解過程[29]。因此,作為 GLP-1 類似物的利拉魯肽可以通過 Sirt1/AMPK 信號(hào)通路減少內(nèi)皮細(xì)胞的焦亡[30]。臨床數(shù)據(jù)顯示口服司美格魯肽可減少糖尿病患者下肢截肢風(fēng)險(xiǎn),皮下注射卻增加視網(wǎng)膜病變,但這似乎與藥物本身無關(guān)[31-32]。臨床上以二甲雙胍為基礎(chǔ)的聯(lián)合用藥在血管方面降低全因死亡率要優(yōu)于單藥效果[33]。然而并不是所有降糖藥物都對(duì)血管病變有著正向作用,作為鈉-葡萄糖共轉(zhuǎn)運(yùn)體2 (sodium-dependent glucose transporters 2,SGLT2)拮抗劑之一的卡格列凈卻被發(fā)現(xiàn)可以抑制內(nèi)皮細(xì)胞增殖,增加患者截肢概率[34]。

2.2天然化合物的治療潛力 由傳統(tǒng)民族藥物提取而來的天然活性化合物在糖尿病并發(fā)癥治療上也有廣闊前景[35]。由于糖尿病患者通常伴有慢性炎癥,因此具有抗炎抗氧化活性的天然產(chǎn)物具有潛在促愈合作用。在炎癥反應(yīng)方面,例如針對(duì)NF-κB信號(hào)通路,香芹酚在體內(nèi)外均降低TLR4信號(hào)的激活,從而緩解內(nèi)皮功能障礙[36]。此外,雙氫青蒿素通過間接降低轉(zhuǎn)錄因子KLF15的表達(dá)來減輕血管處的炎癥浸潤[37]。在針對(duì)氧化應(yīng)激途徑上,姜黃素可以抑制糖尿病血管的凋亡和氧化應(yīng)激[14]。五味子多酚可直接與轉(zhuǎn)錄調(diào)控蛋白Keap1作用,激活核因子Nrf2來參與抗氧化途徑[38]。隱丹參酮通過促進(jìn)管形成并抑制MMP9來增強(qiáng) ECM 重塑,從而加快傷口閉合速度[39]。

3 結(jié)論與展望

糖尿病患者持續(xù)的高血糖和缺氧狀態(tài),導(dǎo)致包括血管在內(nèi)的整個(gè)傷口微環(huán)境復(fù)雜惡劣。在創(chuàng)傷發(fā)生時(shí),受損血管的愈合障礙和新生血管功能障礙,使得血管對(duì)創(chuàng)面修復(fù)的貢獻(xiàn)難以實(shí)現(xiàn)。糖尿病下血管病變可以簡單概括為內(nèi)皮屏障損傷下的血管再生障礙以及血管內(nèi)膜增生、內(nèi)皮過度收縮引起的再狹窄。但是由于整個(gè)血管系統(tǒng)相互關(guān)聯(lián),單靶點(diǎn)治療可能對(duì)整個(gè)傷口愈合沒有顯著效果。傳統(tǒng)單一的抗糖尿病藥物存在明顯的局限性,糖尿病潰瘍臨床治療需要聯(lián)合用藥方案。盡管血管生成對(duì)傷口愈合有重要影響,但并非全部,糖尿病延遲性愈合創(chuàng)面的發(fā)病機(jī)制及具體治療方案有待進(jìn)一步研究和完善。