细胞因子与糖尿病足血管发生的相关性研究

王中京 邓艾平 李居怡 徐子辉 吕晓玉 张旭艳 付秀丽 李亚蓉 宋春宇

华中科技大学同济医学院附属武汉中心医院 430014

糖尿病的发病率逐年上升，严重威胁民众的身体健康，是全球范围内最受关注的疾病之一。糖尿病足是糖尿病常见的并发症之一，约15%的糖尿病患者遭受着糖尿病足的危害[1]。研究表明，糖尿病足是由于合并神经病变以及各种不同程度末梢血管病变而导致的下肢感染、溃疡形成或组织破坏[2]。溃疡的愈合是由细胞因子、细胞外基质及多种其他细胞分子参与的复杂生理过程，包括炎性反应、血管生成、基质沉积和细胞募集等[3]。但由于多种因素引起的血管发生障碍，糖尿病足部溃疡创面愈合极差，常导致患者面临截肢甚至死亡的危险[4]。早有研究报道，局部细胞因子受抑是糖尿病足溃疡难愈的重要因素，而改变溃疡部位细胞因子的表达能显著促进伤口的愈合[5]。因此，基于细胞因子促进糖尿病足部血管新生，从而促进其痊愈的疗法逐渐受到人们的青睐。

1 细胞因子与血管发生

众所周知，细胞因子是一类由免疫细胞或其他相关细胞合成并分泌的具有广泛生物学活性的小分子多肽。按照其生物学功能，可分为白细胞介素、干扰素、集落刺激因子、肿瘤坏死因子、生长因子及趋化因子等。细胞因子在机体的免疫应答、炎性反应、抗病毒及抗肿瘤等生命活动中都发挥不可或缺的作用[6]。而正常伤口愈合就是一个血管新生的过程，可分为4个阶段：止血、炎性反应、肉芽的形成和重塑[7]。初始时主要是血小板的活化和纤维蛋白凝集，活化的血小板会释放部分血管生成抑制因子，抑制血管新生达到止血的作用，同时释放多种促炎细胞因子，促进炎性反应发生[8]。随后巨噬细胞、上皮细胞以及淋巴细胞会释放诸多促血管生成细胞因子，促进创伤处新生血管的形成和重建，进而促进伤口的愈合[9]。总而言之，血管新生促进因子及其抑制因子的动态平衡是维持伤口愈合正常发生的关键。

2 促血管生成细胞因子与糖尿病足血管发生

2.1 血管内皮生长因子(VEGF) VEGF是一种特异性促进血管生成的同源二聚体糖蛋白，其家族成员包括：VEGF-A～E以及胎盘生长因子(PLGF)。VEGF对病理性血管再生和生理性血管生成都具有重要作用，其主要通过增加血管通透性以及刺激内皮细胞增殖促进血管的发生[10]。VEGF是内皮细胞的趋化因子和刺激因子，在伤口愈合过程中，VEGF协同碱性成纤维细胞生长因子(FGF)刺激内皮细胞生长，促进伤口血管生成。糖尿病足患者的VEGF表达量明显低于无并发症的糖尿病患者，其原因可能是糖尿病足患者的内皮细胞功能障碍，VEGF的表达量不足，从而导致血管生成受阻并造成溃疡难以愈合[11-13]。研究显示，VEGF的大量产生可通过促血管生成，在糖尿病溃疡愈合过程中发挥作用，从而达到治疗糖尿病足的目的[14]。但其实际的临床应用还需进一步探究。

2.2 低氧诱导因子-1(HIF-1) HIF-1是一种在缺氧细胞中稳定表达的转录因子，包括两个亚结构：HIF-1α和HIF-1β。它主要通过调节血管发生、红细胞生成、细胞代谢、增殖、侵袭和存活来平衡细胞对缺氧的适应性[15]。根据全基因组染色质免疫沉淀分析可知，HIF-1直接调节1 000多个人类基因的表达[16]。研究发现，糖尿病足发病的主要因素之一为糖尿病患者下肢血管病变，患者下肢会出现严重的缺血、缺氧病变，通常还伴随侧枝血管形成能力受损。因此，改善患者下肢缺氧状态、改善并恢复肢体血流以及促进血管新生等是治疗糖尿病足的关键[17]。目前已有研究表明，在创伤愈合中，创口由于缺氧会导致血管破裂和氧耗增加伴随的炎性反应，HIF-1可通过激活多种血管生成因子及促炎细胞因子等的表达来诱导血管发生，从而促进伤口愈合[18]。在糖尿病足中，存在缺氧→HIF-1α→VEGF这一调控机制，由于VEGF受HIF-1α的调控，而糖尿病足患者出现缺血、缺氧时，HIF-1信号通路受损，其在低氧环境下的细胞应答受阻，导致VEGF等生长因子的表达水平下降，血管新生受阻，导致组织缺氧、缺血进一步加重，出现组织循环障碍，最终导致伤口难以愈合[19]。

2.3 FGF FGF是一类包含20多个亚家族成员的生长因子超家族，碱性FGF(FGF-2又称bFGF)是其家族成员之一，在伤口愈合中发挥重要作用[20]。在创伤愈合中，FGF-2可通过刺激基质金属蛋白酶和尿激酶型纤维蛋白溶酶原激活剂的合成来促进基底膜降解并迁移至创伤处，从而诱导后期血管的形成，VEGF可协同FGF-2刺激内皮细胞生长，促进伤口血管化进程[21]。FGF-2也可通过诱导内皮细胞分泌VEGF来促进血管生成，以及通过提高白细胞介素(IL)-6水平(可促进VEGF的合成)促进炎性反应[22]。研究表明，在糖尿病足患者中,FGF-2表达升高的同时伴随着VEGF-A表达的下降，而在单纯糖尿病患者中这两个细胞因子的表达正好相反。说明FGF-2和VEGF-A的表达具有不同的时效性，且它们之间的拮抗关系是延缓糖尿病足溃疡愈合的一个关键，但其具体作用机制还需探索[23]。

2.4 血小板衍生生长因子(PDGF) PDGF最早是在血小板中分离纯化的一种由两个二硫键连接多肽组成的二聚体蛋白，包括5个亚型：PDGF-AA、PDGF-BB、PDGF-AB、PDGF-CC和PDGF-DD[24]。PDGF可有效促进组织细胞发生有丝分裂及增加细胞趋化活性，促进细胞增殖，同时对肌纤维母细胞产生胶原具有促进作用，诱导创面血管平滑肌细胞发生迁移，诱导内皮细胞增殖，从而对新生血管的形成具有促进作用，它在伤口愈合的各个阶段都发挥重要作用：在伤口愈合的早期，PDGF由血小板和内皮细胞释放，作为趋化因子促进中性白细胞、巨噬细胞以及成纤维细胞等向创口处迁移，进而促进胞外基质沉积和肉芽形成；随后PDGF可诱导血管平滑肌细胞或周细胞释放促血管生成细胞因子(如VEGF)来促进新生血管形成； 最后它可调控基质中胶原酶的表达来促进胶原蛋白的合成，从而促进组织重塑[25]。已有研究表明，PDGF-CC和PDGF-BB都可促进后肢缺血性糖尿病小鼠的细胞增殖和血管形成，从而促进其创面伤口愈合[26-27]。同时在临床试验中，PDGF在治疗糖尿病足方面也表现出了非常强的疗效[25]。

2.5 其他 参与糖尿病足创面愈合的血管新生是一个复杂的过程，除了以上几个主要的细胞因子外，还有众多其他与血管生成相关的细胞因子也直接或间接地参与了糖尿病足溃疡愈合的发生。研究显示，神经生长因子可通过调节VEGF的表达促进血管的形成，在对糖尿病大鼠给予外源性神经生长因子治疗后，其溃疡愈合的速度有了显著提升[28]。除此之外，转化生长因子-β1、粒细胞巨噬细胞集落刺激因子及IL-8等细胞因子都与糖尿病足溃疡愈合过程中血管的发生有关[29]。

3 抑血管生成细胞因子与糖尿病足血管新生

3.1 色素上皮衍生因子(PEDF) PEDF最早是作为一种神经生长因子在人视网膜色素上皮细胞中发现的[30]。后经多年研究发现，PEDF广泛存于血管上皮细胞和周细胞等，以剂量依赖的方式抑制内皮细胞增殖。因此，PEDF作为最具潜力的内源性抑血管生成因子被人们所熟知，且PEDF与糖尿病患者的微血管并发症有关[31]。研究表明， PEDF在糖尿病足患者中高表达，且其可通过抑制Wnt/β-catenin信号通路来抑制内皮祖细胞的活化和增殖，从而阻滞糖尿病小鼠创口处的血管发生和伤口愈合[32]。

3.2 激肽释放酶结合蛋白(Kallistatin) Kallistatin是一种丝氨酸蛋白酶抑制剂，主要有两个结构域：活化结构域以及肝素结合结构域。其中Kallistatin可通过其肝素结合结构域竞争性地阻止VEGF、转化生长因子-β及肿瘤坏死因子-α等细胞因子与它们的受体结合，进而起到抗血管生成和抗炎的作用[33]。有学者发现，糖尿病患者血浆Kallistatin水平升高，且与PEDF的功能类似，Kallistatin也可通过抑制Wnt/β-catenin信号通路来延缓糖尿病小鼠伤口的血管新生[34]。

综上所述，血管的生成一直贯穿着糖尿病足伤口愈合的整个过程，而细胞因子在其中发挥着不可或缺的作用。如何提高糖尿病足溃疡部位促血管生成细胞因子的水平，同时抑制抑血管生成细胞因子的水平，从而促进患者足部伤口的愈合一直是人们研究的方向。且目前已有一种基于PDGF的药物贝卡普勒明(含重组PDGF的凝胶制剂)开始应用于临床，该药可将糖尿病足溃疡的愈合速率提高41.8%[35]。糖尿病足作为糖尿病常见的一种并发症，目前缺乏特异的治疗方法，由于足部溃疡的愈合与血管的生成是一个多细胞因子调控的复杂过程，且运用单一生长因子治疗糖尿病足的临床实验大多都未表现出良好的疗效。因此，进一步探索多细胞因子联合治疗糖尿病足的优化疗法，将为细胞因子治疗糖尿病足带来新的诊疗思路。