糖尿病足潰瘍中趨化因子的作用及機(jī)制

陳金安 柳嵐 蔣克春 王愛萍

糖尿病足潰瘍中趨化因子的作用及機(jī)制

陳金安 柳嵐 蔣克春 王愛萍

糖尿病足潰瘍(DFUs)是糖尿病患者常見的慢性并發(fā)癥之一，有感染、神經(jīng)和(或)血管病變、愈合障礙等病理生理學(xué)特點(diǎn)。趨化因子具有免疫調(diào)節(jié)、趨化等作用，與DFUs的關(guān)系仍不清楚。它可能通過介導(dǎo)炎性細(xì)胞、血管平滑肌細(xì)胞、內(nèi)皮祖細(xì)胞、上皮細(xì)胞，參與DFUs的炎性反應(yīng)、動(dòng)脈粥樣斑塊形成、新生血管生成和組織修復(fù)等過程。探討趨化因子在DFUs中的作用，可為DFUs的治療提供可能的新方法。

趨化因子；糖尿?。蛔銤?/p>

國際糖尿病足工作組研究顯示，糖尿病患者由于神經(jīng)病變和(或)缺血、感染、組織反復(fù)損傷等因素存在，15%會(huì)發(fā)生糖尿病足潰瘍(DFUs)并遷延不愈。創(chuàng)面炎性反應(yīng)遷延、外周動(dòng)脈粥樣硬化、局部新生血管生成減少等是DFUs創(chuàng)面愈合延遲的關(guān)鍵因素[1]。趨化因子是一系列具有趨化作用的細(xì)胞因子，參與傷口免疫和炎性反應(yīng)、血管形成等病理生理過程[2]。本文就趨化因子在DFUs中的作用及其機(jī)制綜述如下。

1 正常傷口和DFUs傷口愈合的病理生理過程

1.1 正常傷口的愈合過程 該過程包括出血和凝固，急性炎性反應(yīng)，細(xì)胞遷移、增殖和分化，血管生成，細(xì)胞外基質(zhì)及上皮形成。研究顯示，傷口愈合需要多個(gè)細(xì)胞因子和趨化因子信號(hào)的引導(dǎo)、維護(hù)和相互協(xié)調(diào)，如缺氧時(shí)巨噬細(xì)胞、纖維母細(xì)胞釋放的血管內(nèi)皮生長因子(VEGF)，可誘導(dǎo)骨髓內(nèi)皮型一氧化氮合酶(eNOS)磷酸化和激活,使一氧化氮水平增加,觸發(fā)并動(dòng)員骨髓內(nèi)皮祖細(xì)胞進(jìn)入血液循環(huán)；而基質(zhì)細(xì)胞衍生因子可促進(jìn)血循環(huán)中內(nèi)皮祖細(xì)胞遷移到損傷部位,參與血管新生等[3]。

1.2 DFUs傷口的愈合過程 與正常傷口不同，DFUs存在愈合過程缺陷和延遲[4]。研究認(rèn)為，多種因素參與了這個(gè)過程，糖尿病傷口VEGF水平下降，骨髓eNOS磷酸化受損、eNOS水平和活性降低，直接限制內(nèi)皮祖細(xì)胞從骨髓進(jìn)入血液循環(huán)，與此同時(shí)創(chuàng)面上皮細(xì)胞和肌成纖維細(xì)胞表達(dá)的趨化因子(基質(zhì)細(xì)胞衍生因子)減少，最終內(nèi)皮祖細(xì)胞向傷口的聚集減少，限制了傷口的愈合。近期有研究還顯示，存在于骨髓的內(nèi)皮祖細(xì)胞受到組織缺血等強(qiáng)烈刺激時(shí)，可聚集入血、促進(jìn)新生血管生成；但發(fā)生DFUs時(shí)，這種內(nèi)皮祖細(xì)胞的功能受損、新生血管形成障礙[1]。

2 趨化因子概述

趨化因子是相對(duì)分子質(zhì)量6 000～14 000的一系列蛋白，通過與含7個(gè)跨膜疏水區(qū)的G蛋白耦聯(lián)受體相結(jié)合發(fā)揮作用,是重要的白細(xì)胞化學(xué)引誘物，在組織損傷后誘導(dǎo)白細(xì)胞聚集至傷口部位[2]。目前發(fā)現(xiàn)人類有近50個(gè)趨化因子，依據(jù)半胱氨酸殘基的位置，分為4個(gè)亞族：(1)CXC亞族，含16個(gè)成員，用CXCL1～CXCL16表示，作用于中性粒細(xì)胞，參與急性炎性過程。(2)CC亞族，含28個(gè)成員，用CCL1～CCL28表示，作用于單核細(xì)胞、T細(xì)胞、嗜酸性粒細(xì)胞、嗜堿性粒細(xì)胞，參與慢性炎性反應(yīng)和過敏調(diào)節(jié)。(3)C亞族，含2個(gè)成員，用淋巴細(xì)胞趨化因子(XCL1)、單-C模體-1β(XCL2)表示，作用于B細(xì)胞、T細(xì)胞、自然殺傷細(xì)胞、中性粒細(xì)胞，參與炎性反應(yīng)。(4)CX3C亞族，只有1個(gè)成員，用CX3CL1表示，也稱之為fractalkine，主要作用于單核細(xì)胞、自然殺傷細(xì)胞和T細(xì)胞，參與炎性反應(yīng)和血管生成[5]。

3 趨化因子在DFUs中的作用及機(jī)制

3.1 趨化因子調(diào)節(jié)炎性細(xì)胞，參與DFUs炎性反應(yīng)過程 DFUs炎性過程中，以CXC亞族和CC亞族調(diào)節(jié)炎性細(xì)胞為主：CXC亞族、白細(xì)胞介素(IL)-8/中性粒細(xì)胞激活蛋白-1和中性粒細(xì)胞激活蛋白-4等表達(dá)減少，中性粒細(xì)胞和巨噬細(xì)胞等炎性反應(yīng)細(xì)胞聚集受限，參與糖尿病傷口初期的急性炎性反應(yīng)過程；同時(shí)IL-8和生長相關(guān)癌基因水平及其受體CXCR2表達(dá)均比非糖尿病傷口低，抑制白細(xì)胞聚集、角質(zhì)形成細(xì)胞增殖和遷移、血管生成，導(dǎo)致傷口變成慢性傷口、不易愈合[6-7]。研究顯示，巨噬細(xì)胞炎性蛋白-2和單核細(xì)胞趨化蛋白-1(MCP-1)等長期持續(xù)表達(dá)，促炎細(xì)胞因子IL-1β、腫瘤壞死因子-α增加，導(dǎo)致糖尿病大鼠傷口炎性反應(yīng)持續(xù)存在。近期研究也證實(shí)趨化因子(含CC亞族)參與了肥胖和胰島素抵抗的相互作用：CCR5 通過調(diào)節(jié)巨噬細(xì)胞招募及其亞型 M1/M2 的轉(zhuǎn)換，在肥胖誘導(dǎo)的脂肪組織炎性反應(yīng)和胰島素抵抗中發(fā)揮作用；給予CCR5基因敲除小鼠高脂飲食后，胰島素抵抗、糖尿病和肝脂肪變性都得到改善[8]。至于C亞族和CX3CL亞族直接參與糖尿病傷口炎性反應(yīng)過程的研究不多。

3.2 趨化因子調(diào)節(jié)血管平滑肌細(xì)胞，參與DFUs動(dòng)脈粥樣斑塊形成 DFUs動(dòng)脈粥樣斑塊形成過程中,以CX3CL亞族和CC亞族調(diào)節(jié)血管平滑肌細(xì)胞為主。研究顯示，當(dāng)載脂蛋白E轉(zhuǎn)基因鼠(動(dòng)脈粥樣硬化的動(dòng)物模型)與CX3CR12/2小鼠雜交，巨噬細(xì)胞浸潤減少，動(dòng)脈粥樣硬化病變嚴(yán)重程度下降；糖尿病患者胰島素受體底物-2介導(dǎo)的信號(hào)缺陷導(dǎo)致胰島素抵抗，血管平滑肌細(xì)胞存活和遷移減少、凋亡增加，血管平滑肌細(xì)胞中胰島素受體底物-2靜默或絲氨酸蘇氨酸蛋白激酶(Akt)-細(xì)胞外信號(hào)調(diào)節(jié)激酶依賴途徑被抑制，炎性反應(yīng)趨化因子fractalkine(CX3CL1)及其受體CX3CR1表達(dá)增強(qiáng)，動(dòng)脈粥樣硬化斑塊脆弱；在其他刺激存在或Akt途徑被阻滯時(shí)， CX3CL1能促進(jìn)血管平滑肌細(xì)胞凋亡[9]。CCL2及其受體CCR2軸是一個(gè)重要信號(hào),可趨化單核細(xì)胞進(jìn)入病變部位，促進(jìn)血管平滑肌細(xì)胞增殖和遷移；CCR2拮抗劑TLK-19705對(duì)糖尿病腎病和動(dòng)脈粥樣硬化均有潛在的治療作用，可用于炎性反應(yīng)性疾病機(jī)制的研究[10-11]。

3.3 趨化因子調(diào)節(jié)血管內(nèi)皮祖細(xì)胞，影響DFUs新生血管形成 DFUs新生血管形成過程中，以酶耦聯(lián)受體(ELR)配體+CXC亞族和CC亞族介導(dǎo)血管內(nèi)皮祖細(xì)胞為主： ELR配體+CXC亞族的信號(hào)通過CXCR1和CXCR2傳遞，具有較強(qiáng)的嗜中性粒細(xì)胞趨化性能，促進(jìn)血管生成作用(小鼠信號(hào)只通過CXCR2傳遞)；其中，CXCR2受體內(nèi)化至關(guān)重要,如果受體內(nèi)化消弱,則不僅會(huì)降低CXC亞族的趨化性，更會(huì)導(dǎo)致其促血管生成作用受阻；如果敲除小鼠CXCR2基因，ELR配體+CXC亞族介導(dǎo)的血管生成受到抑制；CXC亞族趨化因子VEGF和基質(zhì)衍生因子-1還可直接誘導(dǎo)骨髓內(nèi)皮祖細(xì)胞向缺氧部位聚集，參與新生血管生成，且促進(jìn)糖尿病傷口愈合的效果更明顯[12-13]。CCL2能直接作用于血管內(nèi)皮祖細(xì)胞，促進(jìn)血管新生過程；通過MCP-1誘導(dǎo)血管內(nèi)皮細(xì)胞遷移，以出芽方式參與新生血管化進(jìn)程；并促進(jìn)VEGF表達(dá)，參與VEGF誘導(dǎo)血管化，增加血管通透性，從而促進(jìn)新生血管形成及膠原合成，加快糖尿病小鼠創(chuàng)面愈合。

與促新生血管生成作用相反的是，ELR配體-CXC亞族通過受體CXCR1和CXCR2，吸引單核粒細(xì)胞，抑制血管生成；通過受體CXCR3調(diào)節(jié)，抑制血管生成，其中CXCL10不但阻礙血管形成，亦誘導(dǎo)新生血管退化[14-15]。 CXCR4(CXCL12)可影響糖尿病創(chuàng)面血管內(nèi)皮祖細(xì)胞的生物多樣性，如果受體CXCR4/CXCL12軸受損，其調(diào)節(jié)成纖維細(xì)胞以及補(bǔ)充內(nèi)皮祖細(xì)胞、增強(qiáng)血管生成的作用減弱[16]。

3.4 趨化因子調(diào)節(jié)上皮細(xì)胞，影響DFUs的修復(fù)過程 人體表皮含有趨化因子受體CCR1、CCR3、CCR4、CCR6、CCR10、CXCR1、CXCR2、CXCR3和CXCR4；其中CCR1、CCR10、CXCR1、CXCR2、CXCR3分別與其配體CCL14、CCL27、CXCL8、CXCL1、CXCL10結(jié)合，刺激上皮細(xì)胞增殖，促進(jìn)創(chuàng)面愈合[17]。DFUs修復(fù)過程中，以ELR配體+CXC亞族和CC亞族調(diào)節(jié)上皮細(xì)胞為主： ELR+CXC亞族與CXCR2結(jié)合，參與傷口上皮細(xì)胞增生，是傷口修復(fù)的重要介質(zhì)。如果敲除CXCR2基因，則小鼠傷口延遲愈合。近期研究顯示，某些針對(duì)趨化因子作用的制劑可以加速糖尿病創(chuàng)面愈合，如CXCR4拮抗劑AMD3100能修復(fù)糖尿病受損的內(nèi)皮祖細(xì)胞基質(zhì)衍生因子-1α開關(guān)機(jī)制，使內(nèi)皮祖細(xì)胞動(dòng)員增加(新生血管數(shù)量不增加)、傷口愈合加速[18]。CCL2治療通過誘導(dǎo)糖尿病傷口早期巨噬細(xì)胞浸潤，避免炎性反應(yīng)延遲(DFUs早期炎性反應(yīng)并不過度)[20]。皮膚T細(xì)胞趨化因子/CCL27通過刺激骨髓來源的角化細(xì)胞來加速傷口愈合。以上這些證據(jù)證明，糖尿病足創(chuàng)面修復(fù)、愈合中受特定的趨化因子/趨化因子受體相互作用，對(duì)傷口愈合至關(guān)重要。

綜上所述，趨化因子可能通過調(diào)節(jié)炎性細(xì)胞、血管平滑肌細(xì)胞、血管內(nèi)皮祖細(xì)胞和上皮細(xì)胞，參與DFUs創(chuàng)面的炎性反應(yīng)、動(dòng)脈粥樣硬化斑塊形成、新生血管生成和創(chuàng)面修復(fù)等過程。未來針對(duì)趨化因子作用進(jìn)行研發(fā)的治療制劑，可能是DFUs治療的新方法。

[1] Drela E, Stankowska K, Kulwas A,et al.Endothelial progenitor cells in diabetic foot syndrome[J].Adv Clin Exp Med,2012,21(2):249-254.

[2] Behm B,Babilas P,Landthaler M,et al.Cytokines,chemokines and growth factors in wound healing[J]. J Eur Acad Dermatol Venereol,2012,26(7):812-820.

[3] Maxson S, Lopez EA, Yoo D,et al. Concise review: role of mesenchymal stem cells in wound repair[J].Stem Cells Transl Med,2012, 1(2):142-149.

[4] Dinh T, Tecilazich F, Kafanas A,et al. Mechanisms involved in the development and healing of diabetic foot ulceration[J].Diabetes,2012, 61(11):2937-2947.

[5] Martins-Green M, Petreaca M, Wang L.Chemokines and their receptors are key players in the orchestra that regulates wound healing[J].Adv Wound Care(New Rochelle),2013,2(7)：327-347.

[6] Bitto A, Irrera N, Minutoli L,et al.Relaxin improves multiple markers of wound healing and ameliorates the disturbed healing pattern of genetically diabetic mice[J].Clin Sci(Lond),2013,125(12):575-585.

[7] Pradhan L,Cai X,Wu S,et al.Gene expression of pro-inflammatory cytokines and neuropeptides in diabetic wound healing[J].J Surg Res,2011,167(2):336-342.

[8] Ota T.Chemokine systems link obesity to insulin resistance[J].Diabetes Metab J,2013，37(3):165-172.

[9] Martínez-Hervás S, Vinué A, Núez L, et al.Insulin resistance aggravates atherosclerosis by reducing vascular smooth muscle cell survival and increasing CX3CL1/CX3CR1 axis[J].Cardiovasc Res,2014,103(2):324-336.

[10] Okamoto M, Fuchigami M, Suzuki T,et al.A novel C-C chemokine receptor 2 antagonist prevents progression of albuminuria and atherosclerosis in mouse models[J]. Biol Pharm Bull,2012,35(11):2069-2074.

[11] Meng L, Park J, Cai Q,et al.Diabetic conditions promote binding of monocytes to vascular smooth muscle cells and their subsequent differentiation[J].Am J Physiol Heart Circ Physiol,2010,298(3): H736-H745.

[12] Kolluru GK, Bir SC, Kevil CG.Endothelial dysfunction and diabetes: effects on angiogenesis, vascular remodeling, and wound healing[J].Int J Vasc Med，2012,2012:918267.

[13] Teraa M, Sprengers RW, Westerweel PE, et al. Bone marrow alterations and lower endothelial progenitor cell numbers in critical limb ischemia patients[J].PLoS One,2013,8(1): e55592.

[14] Bosisio D, Salvi V, Gagliostro V, et al.Angiogenic and antiangiogenic chemokines[J].Chem Immunol Allergy,2014,99:89-104.

[15] Kiefer F, Siekmann AF.The role of chemokines and their receptors in angiogenesis[J].Cell Mol Life Sci,2011,68(17):2811-2830.

[16] Nishimura Y,Ii M,Qin G,et al.CXCR4 antagonist AMD3100 accelerates impaired wound healing in diabetic mice[J].J Invest Dermatol,2012,132(3 Pt 1):711-720.

[17] Kroeze KL, Boink MA, Sampat-Sardjoepersad SC,et al.Autocrine regulation of re-epithelialization after wounding by chemokine receptors CCR1, CCR10, CXCR1, CXCR2, and CXCR3[J]. J Invest Dermatol,2012,132(1):216-225.

[18] Allen RJ Jr, Soares MA, Haberman ID,et al.Combination therapy accelerates diabetic wound closure[J].PLoS One, 2014, 9(3):e92667.

[19] Badr G, Badr BM, Mahmoud MH,et al.Treatment of diabetic mice with undenatured whey protein accelerates the wound healing process by enhancing the expression of MIP-1α, MIP-2, KC, CX3CL1 and TGF-β in wounded tissue[J]. BMC Immunol,2012,13:32.

[20] Wood S, Jayaraman V, Huelsmann EJ, et al.Pro-inflammatory chemokine CCL2 (MCP-1) promotes healing in diabetic wounds by restoring the macrophage response[J]. PLoS One，2014,9(3):e91574.

Rolesofchemokinesindiabeticfootulcerandthemechanisms

ChenJinan,LiuLan,JiangKechun,WangAiping.

DepartmentofEndocrinology,The454thHospitalofPLA,TheCentralofDiabeticFootinNanjingMilitaryCommand,Nanjing210002,China

WangAiping,Email:wap454hospital@163.com

Diabetic foot ulcer is one of the most common chronic complications of diabetes. Infection, nerve and/or vascular lesions, and healing impairment are common pathophysiologic characteristics of diabetic foot ulcer. Chemokines play roles in immune regulation, chemotaxis and catalytic, but their roles in diabetic foot ulcer are still unclear. They may play roles in inflammatory response, atherosclerosis, angiogenesis as well as wound healing by acting on inflammatory cells, vascular smooth muscle cells, endothelial progenitor cells and epithelial cells. Further researches on the role of chemokines in diabetic foot ulcer may provide new direction for the treatment of diabetic foot ulcers.

Chemokines; Diabetes mellitus; Foot ulcers

(IntJEndocrinolMetab，2015，35：357-359)

10.3760/cma.j.issn.1673-4157.2015.05.018

210002 南京，解放軍第四五四醫(yī)院內(nèi)分泌科，南京軍區(qū)糖尿病足中心

王愛萍，Email:wap454hospital@163.com

2015-03-17)