碱性成纤维细胞生长因子与糖尿病口腔黏膜愈合的研究进展

王力业，高莺,2

(1.山西医科大学口腔医学院，太原 030001； 2.山西医科大学第一医院口腔科，太原 030001)

糖尿病患者的葡萄糖代谢能力降低导致血糖升高，最终使伤口愈合过程受阻。由于缺乏预防和控制措施，糖尿病患者愈合延迟的发生率在全球范围内呈上升趋势，全世界每年有2.5%～15%的卫生预算用于治疗糖尿病，其中治疗糖尿病创面占很大一部分,据世界卫生组织推测，糖尿病将成为2030年第七大死亡原因[1]。创面愈合可分为炎症反应、细胞增殖、组织重塑等不同阶段，是有序而复杂的生物学过程，需要多种细胞、生长因子以及细胞外基质共同参与。口腔颌面部有丰富的血管供应以促进创面愈合，但糖尿病长期高血糖状态可能通过多种途径造成各类参与愈合的细胞功能缺陷并诱导细胞凋亡，细胞因子被糖基化产物修饰失去正常功能以及愈合相关信号通路无法正常运转等多方面的破坏最终导致难愈创面的形成[2]。碱性成纤维细胞生长因子(basic fibroblast growth factor，bFGF)是血管内皮细胞和成纤维细胞的促有丝分裂因子，能够促进细胞分裂和增殖，参与新生血管生成，加快肉芽组织形成，对创面愈合具有积极作用[3]。bFGF在皮肤创伤修复及美容中的应用被广泛研究，但bFGF在糖尿病患者口腔黏膜创面愈合领域的研究仍不完善。现就bFGF在糖尿病口腔黏膜愈合中的研究进展予以综述。

1 bFGF的生物学特性

目前已经证实，成纤维细胞生长因子(fibroblast growth factor，FGF)家族由23种序列相同、结构相似的多肽组成，可分为5个旁分泌和1个自分泌亚族，其中bFGF因广泛的生物学活性成为研究的重点[4]。bFGF的分子量为18 000，信号通路的激活以旁分泌为主，bFGF与硫酸肝素蛋白多糖结合后以复合物形式储存于细胞外基质中，以提高自身的稳定性，必要时可被肝素酶或蛋白酶水解后与bFGF受体结合而发挥作用[5]。bFGF分布于脑、神经、视网膜、胎盘等组织中，对来源于中胚层和神经外胚层的细胞(如血管内皮细胞、成纤维细胞、神经元、上皮细胞)具有促进分裂、辅助增殖的功能，可提高肉芽组织中新生血管形成速度，加快创面愈合进程[6]。

2 bFGF促进口腔黏膜愈合的理论基础

血管内皮细胞是口腔黏膜中bFGF的主要来源，当黏膜受损时，血管内皮细胞释放大量的bFGF，bFGF具有强大的促有丝分裂功能，在血管新生、组织修复方面发挥重要作用，参与口腔黏膜创面愈合过程中的炎症反应、细胞增殖以及组织重塑等不同阶段[7]。炎症反应阶段，bFGF可以促进中性粒细胞、巨噬细胞等免疫细胞向创面迁移。Zittermann和Issekutz[8]用放射性核素标记白细胞后并注射于bFGF预处理的炎症反应大鼠模型，结果发现，bFGF可通过上调血管内皮细胞黏附分子的表达趋化中性粒细胞、T细胞及单核细胞从血液中进入组织，而炎症细胞迁移至创面后可进一步释放表皮生长因子、转化生长因子等，诱发级联效应，缩短创面愈合时间。细胞增殖阶段，bFGF可以单独或协同其他细胞因子促进血管内皮细胞、成纤维细胞等在创面的迁移与增殖。陈立红等[9]将不同浓度的bFGF负载于壳聚糖/聚乳酸支架，同时与大鼠牙周膜细胞进行体外培养，结果显示，实验组G0/G1期细胞百分比低于空白组，而S期、G2/M+S期细胞比例均高于空白组，表明bFGF的使用可以使牙周膜成纤维细胞处于增殖活跃状态，且10 μg/L bFGF的效果最佳。组织重塑阶段，bFGF可刺激成纤维细胞增殖，调节细胞外基质中胶原的合成和沉积，从而提高修复组织的机械力。Oda等[10]在大鼠上腭制造直径4 mm的黏膜缺损，并于术后立即沿黏膜缺损边缘注射bFGF，结果发现，使用bFGF后创面最大直径较对照组显著缩小，新生肉芽组织中成熟胶原蛋白含量更高，且成熟速度更快，同时创面上皮化程度显著增加。

3 糖尿病对口腔黏膜愈合的影响及bFGF的作用机制

3.1糖尿病口腔黏膜创面愈合困难 高血糖可引起多种口腔并发症，组织修复受损、口腔干燥、念珠菌病、龋齿、牙龈炎和牙周炎、根尖周脓肿、灼口综合征等是糖尿病患者常见的口腔疾病。糖尿病患者生化代谢异常、长期处于高血糖状态，使多元醇通路活性增高、晚期糖基化终末产物过量积累、氨基己糖通路活性上调以及蛋白激酶C激活，进而导致细胞功能障碍、细胞因子活性改变以及细胞外基质成分破坏，对创面愈合各个阶段均产生不利的影响[11]。有学者通过剥脱细胞学来评估2型糖尿病患者口腔上皮细胞的数量和质量变化，并计算细胞核质比，结果显示，糖尿病组口腔黏膜上皮细胞形态学改变主要包括核增大、核破裂、多形核白细胞的双核化和炎性浸润[12]。口腔黏膜创面愈合过程中成纤维细胞和血管内皮细胞的参与至关重要，成纤维细胞增殖分化并分泌多种细胞因子及细胞外基质为创面愈合创造合适的环境，血管内皮细胞则通过迁移增殖形成新生血管以保证创面氧气、营养物质的输送[13]。有学者证实，糖尿病通过多种途径激活胞内p38促分裂原活化的蛋白激酶、磷脂酰肌醇-3-激酶/蛋白激酶B等信号转导通路，导致核转录因子活化，促进合成并释放大量促炎因子和细胞黏附因子，造成血管内皮细胞功能异常、血管壁炎症和血管损伤[14]。Ren等[15]用不同浓度的葡萄糖体外培养人牙龈成纤维细胞，结果发现，细胞的噻唑兰测定值随血糖浓度的增高而降低，与空白对照组相比，牙龈成纤维细胞增殖功能受到显著抑制，考虑与糖尿病状态下组织破坏、愈合能力减弱有关。

胶原是细胞外基质的主要成分，易被糖基化，胶原糖基化后生物特性发生改变，不易被酸和酶降解，高糖环境同时激活胶原酶活性，造成创面正常胶原成分大量降解[16]。Liao等[17]研究发现，与对照组相比，糖基化胶原基质组成纤维细胞达到增殖平台期的时间延长，且峰值细胞数和细胞迁移深度均显著降低。Retamal等[18]证明，糖基化胶原可刺激人牙龈成纤维细胞标志物平滑肌肌动蛋白含量增加以及胶原基质收缩，导致牙龈结缔组织弹性降低、韧性增加、力学性能降低，异常的组织结构和功能可能最终破坏组织稳态，导致愈合延迟。葡萄糖浓度增高还能够直接改变细胞外基质中基质金属蛋白酶的表达，糖尿病创面基质金属蛋白酶的含量几乎是正常创面的60倍，而过量的基质金属蛋白酶可导致组织破坏，抑制正常的修复过程[19]。

糖尿病状态下，口腔唾液环境发生改变，表现为唾液流量降低以及唾液成分改变[20]。López-Pintor等[21]的回顾分析发现，糖尿病患者唾液量显著低于正常人群，口干症发病率也远高于非糖尿病人群，而唾液中含有多种抗菌肽和蛋白，低流量可能引起口腔黏膜创面细菌感染。Xiang等[22]研究发现，糖尿病小鼠的颌下腺腺泡增大、导管萎缩、颗粒曲管数量减少，线粒体出现嵴排列紊乱以及ATP含量降低、功能异常，且唾液流量较正常组显著降低了67.2%；进一步体外培养大鼠颌下腺细胞，结果发现，线粒体在高糖状态下培养24 h后组织学改变及功能受损与动物实验结果相一致，证实糖尿病引起的线粒体功能障碍直接影响了唾液分泌。Maciejczyk等[23]研究发现，与正常大鼠相比，高糖饲养8周大鼠腮腺及颌下腺组织中的蛋白浓度分别降低了16%和36%，淀粉酶活性分别了降低87.8%和82%，高蔗糖饮食破坏了唾液腺功能，损害了口腔系统稳态。有学者直接获取糖尿病患者和非糖尿病患者的全唾液样本进行检测，结果发现，糖尿病患者唾液中谷胱甘肽水平显著降低，清除自由基的能力大幅降低，而低水平的清除剂和高水平的自由基则可能引起更多的氧化应激反应，延长糖尿病口腔黏膜创面愈合时间[24]。

3.2bFGF促进糖尿病口腔黏膜创面愈合 糖尿病患者内源性bFGF生成不足难以满足创面愈合的需求。有学者对糖尿病和非糖尿病动物创面生长因子表达情况进行分析，结果证实，bFGF在糖尿病创面愈合早期阶段基因表达水平显著降低，导致修复相关细胞结构改变、周期停滞、凋亡增加，创面炎症反应延迟，愈合进程缓慢[25]。Brizeno等[26]设计大鼠颊侧黏膜创面模型，结果显示，糖尿病组大鼠的血管数量、肌成纤维细胞数量以及bFGF免疫染色阳性细胞数量均显著低于对照组，糖尿病导致创面愈合过程中血管新生、纤维合成和胶原形成显著延迟。

高血糖状态下，bFGF可被过度积累的晚期糖基化终末产物修饰而导致活性降低，使愈合过程中信号通路的正常运转受阻、促细胞分化与增殖的能力减弱，对创面愈合产生不利影响[27]。Facchiano等[28]报道，在体外用浓度为12.5～50 mmoL的葡萄糖培养bFGF，并作用于血管内皮细胞，结果发现，bFGF以时间和剂量依赖的方式迅速发生糖基化，bFGF与受体结合的能力显著下降，同时促血管内皮细胞分裂和趋化活性减弱，丧失了约45%的血管生成活性。Nawrocka等[29]为寻找糖基化bFGF促血管生成作用减弱的原因，通过流式细胞仪观察发现，糖基化bFGF与细胞结合显著减少；进一步使用125I放射免疫分析发现，bFGF糖基化通过修饰其赖氨酸残基引起结构变化，进而降低了与酪氨酸激酶受体结合的能力，最终影响bFGF血管生成信号转导特性，降低了bFGF的促有丝分裂活性。

外源性bFGF辅助应用于糖尿病创面愈合十分必要，既可弥补创面生长因子数量不足，又能逆转细胞功能缺陷。Shi等[30]探讨bFGF在糖尿病条件下对成纤维细胞迁移的影响，结果发现，在高糖条件下成纤维细胞的迁移能力显著受损，而bFGF能够通过增加高极性指数的细胞数量、磷脂酰肌醇-3-激酶/蛋白激酶B/Rac1/c-Jun氨基端激酶途径产生活性氧类，逆转由高糖导致的细胞凋亡和炎症反应，并恢复成纤维细胞的迁移能力。此外，外源性bFGF还可抑制高血糖引起的炎症标志物胱天蛋白酶-3与肿瘤坏死因子-α的过表达，逆转高糖对c-Jun氨基端激酶和胞外信号调节激酶通路的激活，减少创面细胞凋亡，并推测外源性bFGF可与糖基化bFGF竞争性结合，修复相关的细胞受体，进而启动信号通路，使“休眠”细胞进入增殖周期，恢复创面愈合[31]。

4 bFGF促进创面愈合的临床应用

目前临床上bFGF多用于烧伤创面、糖尿病足、糖尿病褥疮等患者，主要是以局部应用的方式促进创面愈合。Lou等[32]将bFGF应用于外伤性骨膜穿孔患者的治疗中，计算愈合率和愈合时间，结果显示，bFGF处理组的愈合率远高于对照组[91.7%(11/12)比52.9%(9/17)]，表明bFGF直接应用于外伤性骨膜穿孔患者的治疗是可行的，并可以使一些患者避免进行鼓膜成形术。在瘢痕和皮肤深度创面整复中，将人工真皮于bFGF溶液中浸泡30 min后缝合于创面皮肤，可缩短创面愈合时间，提高愈合质量，提升患者救治的成功率[33]。在非缺血性糖尿病难愈性皮肤溃疡创面局部使用bFGF，可通过促进创面肉芽生成和上皮化，有效改善血供，缩小溃疡面积，加速愈合[34]。虽然口腔环境无法保证bFGF与黏膜表面形成稳定的黏附，但仍有学者尝试将bFGF局部应用于口腔黏膜创面，以加速其愈合。例如，王文兴等[35]选取口腔黏膜复发性阿弗他溃疡患者为研究对象，试验组在常规治疗基础上联用重组牛bFGF，对照组采用常规治疗，结果显示，试验组疼痛消失时间、溃疡面积、创面愈合时间等临床指标均优于对照组，因此，推荐临床应用重组牛bFGF治疗复发性阿弗他口腔溃疡，以减轻患者痛苦、加速创面愈合。Yoshinuma等[36]在牙周翻瓣术中将0.3%的bFGF涂布于暴露的牙根表面，在治疗前和治疗后36周分别进行X线检查，结果显示，牙槽骨高度增加86.9%，临床附着水平增加3 mm，牙周袋深度减少2 mm，证实bFGF局部治疗可能对牙周炎患者的牙周再生有效。也有研究者将bFGF应用于再植术中脱位牙的预处理，随访发现，与对照组相比，牙根表面涂抹bFGF后其牙周膜愈合效果及再植成功率均显著提高，且能够有效减少再植后牙吸收的发生，但因为病例数较少、随访期较短，因此最终效果仍需进一步临床验证[37]。

尽管基础和临床试验均已证实bFGF可促进口腔黏膜多种创面愈合，尤其对糖尿病状态下难愈性创面有较好的治疗效果，但bFGF具有半衰期短、易降解、价格昂贵以及局部使用易被稀释等缺点，因此如何维持足够浓度并延长作用时间是未来需要解决的主要问题。目前越来越多的学者将研究着重于bFGF的载体缓释技术、材料技术、基因工程等方面。例如，宋奕等[38]利用静电纺丝技术制备bFGF，在缓释bFGF的同时，又有足够机械强度的手术缝纫线，较好地维持了bFGF的生物学活性并延长了作用时间。Xuan等[39]开发了一种含银载活性bFGF的创面敷料，结果证明，该水凝胶以银为基质不仅可以有效抑制细菌活性，还可以控制释放bFGF，促进形成肉芽和再上皮化，在局部治疗方面具有很大的潜力。刘双喜等[40]在大鼠硬腭软组织缺损模型中置入靶向结合bFGF的胶原膜，与游离结合相比更能促进血管形成，改善创面营养物质供应，促进修复。王丽华等[41]制备载有bFGF和神经生长因子基因纳泡，在超声辐照下可释放bFGF，显著提高了局部生长因子基因的表达，加速创面愈合。Mai等[42]研制了一种具有抗菌活性和皮肤再生功能的水凝胶纳米给药系统(其内包埋了bFGF)，并将其应用于光动力抗微生物化疗治疗烧伤，结果在烧伤创面发现多种再生因子增加，部分促炎因子减少，同时有效抑制了细菌生长，促进了创面愈合，而且具有轻便、光触发、抗菌等特点，为临床治疗烧伤感染提供了一种新策略。随着组织工程技术的日益完善以及对生长因子作用机制研究的全面开展，未来会产生更加有效的制剂及相关材料为临床应用提供选择。

5 小 结

难愈性创面目前仍是糖尿病患者治疗的难点，严重的创面愈合延迟通常会影响患者的生活质量，威胁患者的生命安全。糖尿病难愈性创面的形成机制极其复杂，高血糖通过多种途径直接或间接损伤修复细胞，导致细胞的迁移分化过程受阻以及内源性bFGF分泌不足，并可使已分泌的bFGF在体内糖基化失去活性或活性降低，而唾液腺细胞的损伤使得唾液分泌不足以及唾液成分改变，这些均妨碍糖尿病口腔黏膜创伤的愈合。外源性bFGF的使用既可以补充细胞因子的缺失，还可以逆转细胞损伤，激活愈合相关信号通路，加速肉芽组织成熟，促进创面闭合。但糖尿病患者口腔黏膜创面的治疗仍需以严格控制血糖、维持血糖稳定以及改善血液循环为前提，并应用新的生物学技术以加速愈合。