韋積華 周海東

【關(guān)鍵詞】 ?糖尿病足潰瘍;信號通路;Nocth;PI3K-Akt-mTOR;JNK/NF-κB/NLRP3炎癥小體

中圖分類號： R587.2?? ?文獻標志碼： A?? ?DOI： 10.3969/j.issn.1003-1383.2021.08.013

糖尿病是一種慢性代謝性疾病，嚴重危害全人類的身心健康。最新研究發(fā)現(xiàn)，2019年全球有463億糖尿病患者，有超過400萬人死因歸于糖尿病，是全球第九大死因;預(yù)計到2045年全球約有近7億糖尿病人口，而這大部分來源于發(fā)展中國家，我國占到世界第一[1]。由于各種復(fù)雜的機制，糖尿病患者易出現(xiàn)外周神經(jīng)病變和周圍血管病變，繼而發(fā)生感染導(dǎo)致無法愈合的糖尿病足潰瘍[2]（diabetic foot ulcer，DFU）。DFU是糖尿病常見且嚴重的并發(fā)癥，治療十分困難。傳統(tǒng)的DFU治療主要為控制血糖、改善循環(huán)、抗感染等對癥支持治療，不僅治療費用大、療效差，且致殘、致死率高，給患者造成極差的生活體驗，也給家庭、社會和國家造成沉重的負擔，是國家醫(yī)療健康的一項重大挑戰(zhàn)[3]。因此，進一步研究DFU愈合機制，降低DFU的發(fā)生率、死亡率成為廣大醫(yī)務(wù)工作者的首要任務(wù)。國內(nèi)學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)[4～6]，Nocth信號通路、PI3K-Akt-mTOR（磷脂酰肌醇4，5-二磷酸 3-激酶、蛋白激酶B和哺乳動物雷帕霉素靶點共同構(gòu)成）、NF-κB/NLRP3（核因子-kB、包含NACHT-LRR-PYD結(jié)構(gòu)域的蛋白3）炎癥小體等信號通路與糖尿病足潰瘍愈合密切相關(guān)。現(xiàn)從以上幾個通路分別闡述DFU愈合機制的研究進展，以期為臨床治療DFU提供理論依據(jù)。

1 Nocth信號通路

經(jīng)典的Notch通路由以下幾部分組成：①Notch受體，包含Notch（1-4）、胞外區(qū)（NEC）、跨膜區(qū)（TM）;②配體，包括（Jagged 1-2 和Delta-like 1， 3， 4）;③CSL蛋白;④其他效應(yīng)物和Notch調(diào)節(jié)分子。Notch的活化主要是細胞膜上的Notch受體與配體相互識別并結(jié)合，經(jīng)過相關(guān)酶作用后釋放出有活性的蛋白片段后而激活，并且在此區(qū)域再經(jīng)過兩次裂解，釋放活化形式（ICN），ICN移動至細胞核與CSL蛋白結(jié)合形成復(fù)合物，發(fā)揮Notch靶基因的轉(zhuǎn)錄功能[7]。KIMBALL等人[8]的研究發(fā)現(xiàn)，Notch信號通路與胚胎發(fā)育具有很大的相關(guān)性，參與和維持生物細胞的穩(wěn)定性，并且Notch信號通過血管生成、細胞遷移和炎癥的正調(diào)節(jié)參與正常傷口愈合。在早期，糖尿病小鼠皮膚潰瘍處的Notch及下游靶基因Hes1和Hey1少量增加，而且從此傷口分離出的巨噬細胞會不正常地分泌炎性因子，并且損害傷口愈合。與早期相比，晚期（>6天）Notch及下游靶基因Hes1和Hey1增加了近1000倍，表明傷口延遲愈合的部分原因是Notch信號通路激活導(dǎo)致巨噬細胞介導(dǎo)的炎癥反應(yīng)延長所致。既往研究還發(fā)現(xiàn)[9]，正常胰腺的發(fā)育需要Notch通路的正性調(diào)節(jié)，強制激活胰腺Notch通路將妨礙胰腺祖細胞分化成各種胰腺細胞譜系。由此可見，Notch通路與胰島素抵抗導(dǎo)致的糖尿病密切相關(guān)。國內(nèi)學(xué)者ZHENG等人[4]發(fā)現(xiàn)在糖尿病患者皮膚中，Notch信號通路會過度激活，并且高水平的血糖會正反饋激活配體DLL4（Delta-like4）-Notch通路，Hes1靶基因的mRNA表達量會增加，會募集各類炎性因子的聚集。當使用化學(xué)方法抑制局部的Notch通路后，可改善糖尿病動物皮膚損傷的愈合速度。糖尿病皮膚潰瘍的愈合受損已被部分證明與巨噬細胞長期產(chǎn)生的炎癥因子相關(guān)。綜上，我們可以通過干預(yù)Notch信號通路，調(diào)控胰腺細胞的正常發(fā)育，防止因胰腺細胞自身的問題而導(dǎo)致的糖代謝障礙。此外，還可通過干預(yù)Notch信號通路調(diào)控巨噬細胞的遷移，防止炎性因子的異常聚集，減輕炎癥反應(yīng)，從而加速DFU的愈合。

2 PI3K-Akt-mTOR 信號通路

PI3K（磷脂酰肌醇4，5-二磷酸3-激酶）屬于脂質(zhì)激酶家族，與PKB/AKT（蛋白激酶B）和mTOR（哺乳動物雷帕霉素靶點）共同構(gòu)成PI3K-Akt-mTOR信號通路。PI3K-Akt-mTOR信號通路擁有獨立的激活劑，它們可以將PI3Ka募集到細胞膜上，釋放nSH2激活PI3Ka，并將PIP2（磷脂酰肌醇4，5-二磷酸） 磷酸化為PIP3（3，4，5-三磷酸磷脂酰肌醇），將信號傳至下游Akt，激活mTOR以介導(dǎo)內(nèi)皮細胞遷移、促進新生血管形成，從而促進DFU愈合[10～12]。細胞外囊泡（extracellular vesicles， EVs）是參與細胞內(nèi)皮活動的蛋白之一，包括外泌體（exosomes，Exos）、微泡 （MV）/微粒凋亡小體（ApoBD）。EVs也是PI3K-Akt-mTOR信號通路的激活劑之一，對維持血管內(nèi)皮細胞的遷移、新生血管形成有重要意義，且可作為2型糖尿病發(fā)展過程中的細胞通訊，并被證明可以加速糖尿病皮膚傷口愈合[3，13～15]。WEI等人[5]將內(nèi)皮細胞衍生的EVs注射到糖尿病小鼠創(chuàng)面，發(fā)現(xiàn)EVs可激活PI3K-Akt-mTOR通路，加速血管內(nèi)皮細胞的遷移，增加傷口的血管密度，從而促進糖尿病小鼠的創(chuàng)面愈合。再者，Exos起源于EVs[16～18]，代表了EVs的一個亞群，具有EVs的部分功能，如加速新生血管形成、增強成纖維細胞的增殖和膠原沉積能力來促進糖尿病創(chuàng)面愈合。相關(guān)研究證明[19～20]， Exos可以促進成纖維細胞（HFBs）和人臍靜脈內(nèi)皮細胞（HUVECs）的增殖，采用不同的方式處理后發(fā)現(xiàn)暴露于hAECs（人主動脈內(nèi)皮細胞）-Exos的糖尿病小鼠創(chuàng)面愈合速度明顯加快，且創(chuàng)面修復(fù)質(zhì)量明顯高于對照組，但施加PI3K抑制劑后創(chuàng)面愈合明顯下降。此外，PI3K/Akt表達降低可以增強糖尿病引起的視網(wǎng)膜病變。不僅如此，當施加PI3K抑制劑后創(chuàng)面處的毛細血管數(shù)量較暴露于hAECs-Exos的糖尿病小鼠降低了近三分之一。EVs及其衍生物可作為PI3K-AKT-mTOR信號通路的激活劑，可通過募集PI3Ka，激活A(yù)kt和mTOR，加速血管內(nèi)皮細胞增殖、膠原沉積、新生血管形成以促進傷口糖尿病潰瘍愈合的重要途徑。

3 JNK/NF-κB/NLRP3炎性小體信號傳導(dǎo)通路

NF-κB是一種異源性二聚體，由DNA結(jié)合亞基p50和反式激活亞基（RelA/p65）組成，NLRP3（包含NACHT-LRR-PYD結(jié)構(gòu)域的蛋白3）屬于模式識別受體的核苷酸結(jié)合寡聚化結(jié)構(gòu)域樣受體家族，它們不僅與慢性低度炎癥相關(guān)還與糖尿病等代謝性疾病相關(guān)[21]。高血糖狀態(tài)被認為是多種異常和臨床綜合征的危險因素，并且與組織特異性低度炎癥相關(guān)，高血糖狀態(tài)可以引發(fā)氧化應(yīng)激和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激，促使一些促炎因子產(chǎn)生如腫瘤壞死因子-α（TNF-α）、白細胞介素-1β（IL-1β）等，這些促炎因子可以減弱c-Jun N末端激酶（JNK）家族，促進內(nèi)源性抑制劑IκB降解，維持NF-kB誘導(dǎo)炎癥持續(xù)狀態(tài)，上調(diào)NLRP3，進一步促進炎癥因子的合成，破壞糖尿病創(chuàng)面愈合[22～23]。JNK/NF-κB/NLRP3炎癥小體信號通路是連接全身胰島素抵抗和巨噬細胞炎癥反應(yīng)的主要通路，巨噬細胞在調(diào)節(jié)高胰島素相關(guān)組織炎癥反應(yīng)起核心作用[24～25]。國內(nèi)學(xué)者WANG等人[26]通過編碼IκB-AA的腺病毒感染HT29細胞，發(fā)現(xiàn)表達IκB-AA的HT29細胞可抑制NF-κB的活性，增加JNK1，2的表達，并且過表達p65可以反過來減弱JNK1，2的活性，確定了JNK可負性調(diào)節(jié)NF-κB。既往研究[27～28]證明，NF-κB和NLRP3炎癥小體可共同作用增加糖尿病微血管疾病發(fā)病率，NF-κB和NLRP3炎癥小體之間的聯(lián)系是通過結(jié)合亞基p50激活NLRP3的啟動子而發(fā)揮作用，但反式亞基p65并不作用于NLRP3炎癥小體。NF-κB的激活會增加NLRP3炎癥小體的生成，降低炎癥持續(xù)狀態(tài)。此外，NF-κB、NLRP3的消融可減少caspase-1的裂解，減少炎癥細胞因子IL/1β、IL-18的生成，從而達到控制血糖、炎癥、促進糖尿病創(chuàng)面愈合的作用。國內(nèi)學(xué)者SUN等人[29]通過芍藥苷治療DFU大鼠發(fā)現(xiàn)，芍藥苷可以增加IκB表達水平，進而降低NF-κB的水平，并且可以使DFU模型小鼠炎性細胞減少，減輕NLRP3 和降低caspase-1的裂解水平，傷口處的炎癥明顯減輕，傷口愈合更好。綜上，DFU創(chuàng)面愈合可由JNK-NF-κB-NLRP3信號通路介導(dǎo)，NF-κB、NLRP3活化時可以使糖尿病創(chuàng)面的炎癥細胞浸潤，延長炎癥持續(xù)狀態(tài)，減弱糖尿病創(chuàng)面的愈合速度，但JNK可以負性調(diào)節(jié)NF-κB、NLRP3炎癥小體的激活，控制血糖，降低炎癥持續(xù)狀態(tài)，從而促進傷口愈合。

4 結(jié)語與展望

DFU屬于慢性難愈合創(chuàng)面，其發(fā)生機制復(fù)雜、治療費用大、療效差，且致殘、致死率高，給家庭和社會造成了巨大的負擔。傳統(tǒng)的DFU治療主要為控制血糖、改善循環(huán)、抗感染等對癥支持治療，但效果不盡如人意。隨著干細胞移植、組織工程的迅猛發(fā)展，糖尿病潰瘍的治療取得重大突破，但由于其治療費用昂貴，難以在臨床上推廣。因此，尋求一種簡單、有效、實惠的治療方案成為全球性的挑戰(zhàn)。在這樣的背景下，分子治療應(yīng)運而生，分子治療較傳統(tǒng)治療方法而言具有更加快速、更加精確、療效更好的優(yōu)勢。近年來，關(guān)于DFU愈合研究的分子治療共性因素主要集中在減輕炎癥反應(yīng)、促進血管內(nèi)皮細胞遷移、成纖維膠原沉積及新生血管形成等，包括有多條信號傳導(dǎo)通路以及細胞因子的共同參與，但各通路對DFU的作用機制尚未完全明確，因此，下一步我們可以從Nocth、PI3K-Akt-mTOR、JNK/NF-κB/NLRP3炎癥小體等信號通路出發(fā)，分析DFU愈合的機制，以期為臨床治療DFU提供理論依據(jù)。

參 考 文 獻

[ 1] ??CUADROS D F，LI J J，MUSUKA G，et al.Spatial epidemiology of diabetes：Methods and insights[J].World J Diabetes，2021，12（7）：1042-1056.

[ 2] ??WANG A，LV G，CHENG X，et al.Guidelines on multidisciplinary approaches for the prevention and management of diabetic foot disease （2020 edition）[J].Burns Trauma，2020，8：tkaa017.

[ 3] ??CABRAL J，RYAN A E，GRIFFIN M D，et al.Extracellular vesicles as modulators of wound healing[J].Adv Drug Deliv Rev，2018，129：394-406.

[ 4] ??ZHENG X W，NARAYANAN S，SUNKARI V G，et al.Triggering of a Dll4-Notch1 loop impairs wound healing in diabetes[J].Proc Natl Acad Sci USA，2019，116（14）：6985-6994.

[ 5] ??WEI F，WANG A X，WANG Q，et al.Plasma endothelial cells-derived extracellular vesicles promote wound healing in diabetes through YAP and the PI3K/Akt/mTOR pathway[J].Aging，2020，12（12）：12002-12018.

[ 6] ??YUAN Y F，DAS S K，LI M Q.Vitamin D ameliorates impaired wound healing in streptozotocin-induced diabetic mice by suppressing NF-κB-mediated inflammatory genes[J].Biosci Rep，2018， 38（2）：BSR20171294.

[ 7] ??WANG T，LI X，F(xiàn)AN L，et al.Negative pressure wound therapy promoted wound healing by suppressing inflammation via down-regulating MAPK-JNK signaling pathway in diabetic foot patients[J].Diabetes Res Clin Pract，2019，150：81-89.

[ 8] ??KIMBALL A S，JOSHI A D，BONIAKOWSKI A E，et al.Notch regulates macrophage-mediated inflammation in diabetic wound healing[J].Front Immunol，2017，8：635.

[ 9] ??KIM W，SHIN Y K，KIM B J，et al.Notch signaling in pancreatic endocrine cell and diabetes[J].Biochem Biophys Res Commun，2010，392（3）：247-251.

[10] ??ZHANG M，LI Z，WANG G，et al.Calmodulin （CaM） activates PI3Kα by targeting the "soft" CaM-binding motifs in both the nSH2 and cSH2 domains of p85α[J]. Phys Chem B，2018，122（49）：11137-11146.

[11] ???ZHANG M，JANG H，NUSSINOV R.The structural basis for Ras activation of PI3Kα lipid kinase[J].Phys Chem Chem Phys，2019，21（22）：12021-12028.

[12] ??ZHANG M，JANG H，NUSSINOV R.The mechanism of PI3Kα activation at the atomic level[J].Chem Sci，2019，10（12）：3671-3680.

[13] ??HARRELL C R，JANKOVIC M G，F(xiàn)ELLABAUM C，et al.Molecular mechanisms responsible for anti-inflammatory and immunosuppressive effects of mesenchymal stem cell-derived factors[J].Adv Exp Med Biol，2019，1084：187-206.

[14] ??PAONE S，BAXTER A A，HULETT M D，et al.Endothelial cell apoptosis and the role of endothelial cell-derived extracellular vesicles in the progression of atherosclerosis[J].Cell Mol Life Sci，2019，76（6）：1093-1106.

[15] ??KUSUMA G D，BARABADI M，TAN J L，et al.To protect and to preserve：novel preservation strategies for extracellular vesicles[J].Front Pharmacol，2018，9：1199.

[16] ??HA D H，KIM H K，LEE J，et al.Mesenchymal stem/stromal cell-derived exosomes for immunomodulatory therapeutics and skin regeneration[J].Cells，2020，9（5）：1157.

[17] ??KOU X X，XU X T，CHEN C，et al.The Fas/Fap-1/Cav-1 complex regulates IL-1RA secretion in mesenchymal stem cells to accelerate wound healing[J].Sci Transl Med，2018，10（432）：eaai8524.

[18] ??MIZOGUCHI T，UENO K，YANAGIHARA M，et al.Autologous fibroblasts，peripheral blood mononuclear cells，and fibrin glue accelerate healing of refractory cutaneous ulcers in diabetic mice[J].Am J Transl Res，2018，10（9）：2920-2928.

[19] ??WEI P，ZHONG C，YANG X，et al.Exosomes derived from human amniotic epithelial cells accelerate diabetic wound healing via PI3K-AKT-mTOR-mediated promotion in angiogenesis and fibroblast function[J].Burns Trauma，2020，8：tkaa020.

[20] ??ELSHERBINY N M，ABDEL-MOTTALEB Y，ELKAZAZ A Y，et al.Carbamazepine alleviates retinal and optic nerve neural degeneration in diabetic mice via nerve growth factor-induced PI3K/Akt/mTOR activation[J].Front Neurosci，2019，13：1089.

[21] ??AN Y N，ZHANG H F，WANG C，et al.Activation of ROS/MAPK s /NF-κ B/NLRP3 and inhibition of efferocytosis in osteoclast-mediated diabetic osteoporosis[J].FASEB J，2019，33（11）：12515-12527.

[22] ??GLASS C K，OLEFSKY J M.Inflammation and lipid signaling in the etiology of insulin resistance[J].Cell Metab，2012，15（5）：635-645.

[23] ??KOWALCZUK A，BOUREBABA N，KORNICKA-GARBOWSKA K，et al.Hyoscyamus albus nortropane alkaloids reduce hyperglycemia and hyperinsulinemia induced in HepG2 cells through the regulation of SIRT1/NF-kB/JNK pathway[J].Cell Commun Signal，2021，19（1）：61.

[24] ??CHEN L，CHEN R，WANG H，et al.Mechanisms linking inflammation to insulin resistance[J].Int J Endocrinol，2015，2015：508409.

[25] ??LAUTERBACH M A，WUNDERLICH F T.Macrophage function in obesity-induced inflammation and insulin resistance[J].Pflugers Arch，2017，469（3/4）：385-396.

[26] ??WANG Q，ZHOU Y，WANG X，et al.Regulation of PTEN expression in intestinal epithelial cells by c-Jun NH2-terminal kinase activation and nuclear factor-kappaB inhibition[J].Cancer Res，2007，67（16）：7773-7781.

[27] ??PURVIS GSD，COLLINO M，ARANDA-TAVIO H，et al.Inhibition of Bruton's TK regulates macrophage NF-κB and NLRP3 inflammasome activation in metabolic inflammation[J].Br J Pharmacol，2020，177（19）：4416-4432.

[28] ??YI H，PENG R，ZHANG L Y，et al.LincRNA-Gm4419 knockdown ameliorates NF-κB/NLRP3 inflammasome-mediated inflammation in diabetic nephropathy[J].Cell Death Dis，2017，8（2）：e2583.

[29] ??SUN X，WANG X，ZHAO Z，et al.Paeoniflorin inhibited nod-like receptor protein-3 inflammasome and NF-κB-mediated inflammatory reactions in diabetic foot ulcer by inhibiting the chemokine receptor CXCR2[J].Drug Dev Res，2021，82（3）：404-411.

（收稿日期：2021-07-27 修回日期：2021-08-10）

（編輯：梁明佩）