唐习强 韦 骋 王雪玲 包崇婵 田馨如 葛星月 唐乾利
慢性难愈合创面是临床常见的慢性疾病, 多由创伤、 烧伤、 手术及各种内科疾病引起创面迁延不愈所致, 具有难治愈、 易复发等特点, 可导致患者残疾甚至死亡。 目前, 慢性难愈合创面的愈合机制尚不完全明确[1], 部分研究学者认为其修复效果与细胞外基质 (extracellular matrix, ECM) 的表达水平密切相关, 且基质金属蛋白酶 (matrix metalloproteinase, MMP) 在慢性难愈合创面ECM 的动态平衡中发挥了重要作用。 而皮肤再生医疗技术(moist exposed burn treatment/moist exposed burn ointment, MEBT/MEBO) 是近年来被广泛应用于急慢性创面治疗的方法之一, 其因能够促进血管再生、 加快肉芽组织生长, 在多种原因导致的慢性难愈合创面治疗中取得了满意的临床疗效[2-4], 且具体的促进创面愈合作用机制的相关研究也已有初步进展, 但其与MMP-3、 MMP-8 的相关性研究却鲜见报道[5-6]。 鉴于此, 本研究笔者研究探讨了MEBT/MEBO 通过哺乳动物雷帕霉素靶蛋白复合物(mammalian target of rapamycin complex, mTORC)信号通路对大鼠慢性难愈合创面组织中MMP-3、MMP-8 表达水平的影响, 现报道如下。
12 周龄健康 SPF 级雄性 Wistar 大鼠60 只, 体质量220 ~250 g, 均购自长沙市天勤生物技术有限公司 [许可证号: SCXK (湘) 2014-0011], 并饲养于清洁级动物实验室内, 室温控制在20 ~25 ℃,相对湿度控制在40% ~60%。 本研究经右江民族医学院实验动物伦理委员会批准。
湿润烧伤膏 (moist exposed burn ointment,MEBO): 汕头市美宝制药有限公司生产, 国药准字Z20000004; 重组牛碱性成纤维细胞生长因子(recombinant bovine basic fibroblast growth factor,rb-bFGF) 凝胶: 珠海亿胜生物制药有限公司生产,国药准字S20040001; 醋酸氢化可的松注射液: 上海通用药业股份有限公司生产, 国药准字H31021290; 苏木素染色液BA-4041: 珠海贝索生物技术有限公司生产; Masson 三色染色试剂盒G1340: 北京索莱宝科技有限公司生产; 二氨基联苯胺 (diaminobenzidin,DAB) 显色剂ZLI-9018: 北京诺博莱德科技有限公司生产; MMP-3、 MMP-8 免疫组化试剂盒 (一抗): 美国 Novus Biologicals 公司生产; MMP-3、MMP-8 免疫组化试剂盒 (二抗): 北京中杉金桥生物技术有限公司生产; 酶联免疫吸附测定 (enzyme linked immunosorbent assay, ELISA) 试剂盒: 上海酶联生物科技有限公司生产; HS-3345 型组织切片机: 北京莱博联泰科技有限公司生产; VHX-7000 系列光学显微镜: 北京普瑞赛司仪器有限公司生产。
将60 只大鼠适应性饲养7 d 后, 按照随机数表法将其随机分为空白组、 对照组、 模型组、rb-bFGF组、 MEBO 组, 每组 12 只, 所有大鼠均于腹腔注射10%水合氯醛溶液麻醉后备皮; 对照组、模型组、 rb-bFGF 组、 MEBO 组在外科无菌条件下参照单云龙等[7]的造模方法于脊柱两侧做2 处类圆形深达筋膜的全层皮肤缺损创面, 建立急性创面模型; 继而, 模型组、 rb-bFGF 组、 MEBO 组立即注射醋酸氢化可的松 (80 mg/100 g), 建立慢性难愈合创面模型。
模型建立后, 空白组大鼠备皮处皮肤及对照组大鼠创面依次覆盖生理盐水纱布及无菌纱布包扎固定; 模型组、 rb-bFGF 组、 MEBO 组大鼠创面于1∶5000呋喃西林溶液清洗后, 模型组依次覆盖生理盐水纱布及无菌纱布包扎固定, rb-bFGF 组均匀涂抹rb-bFGF 后依次覆盖rb-bFGF 药纱及无菌纱布包扎固定, MEBO 组均匀涂抹MEBO 后依次覆盖MEBO药纱及无菌纱布包扎固定, 每天换药2 次。
分别于药物干预第3、 7、 14 天, 在固定焦距下对创面进行拍照, 并采用Image J 软件测量创面面积, 计算创面愈合率。 创面愈合率= (初始创面面积-时相点创面面积) /初始创面面积×100%。
分别于药物干预第3、 7、 14 天, 采集相同位点皮肤/创面组织常规予以脱水、 石蜡包埋、 切片、脱蜡后, 进行Masson 染色 (严格按照试剂盒说明书依次行核染液染色1 min、 冲洗液冲洗30 s、 质染液染色 10 s、 冲洗液冲洗 30 s、 分化液分化8 min、 复染 3 min)、 100% 乙醇脱水、 二甲苯透明、 中性树胶封片; 200 倍普通光学显微镜下观察组织细胞情况。
分别于药物干预第3、 7、 14 天, 采集相同位点皮肤/创面组织50 mg, 剪碎后于液氮中研磨至细粉末状; 置于离心管中, 加入500 μl RIPA 裂解液后于4 ℃恒温环境中充分反应; 裂解完全后12000 r/min离心10 min, 取上层液体用Western blotting 法检测MMP-3、 MMP-8、 mTORC 蛋白含量, Image J 图像分析软件分析蛋白条带灰度值。
分别于药物干预第3、 7、 14 天, 采集相同位点皮肤/创面组织, 根据试剂盒说明书采用Trizol法提取总RNA, 并在10 μl 反转录体系 (10 g DNA Eraser Buffer 1μl、 gDNA Eraser 0.5μl、 RNA Template 110 pg ~1 μg, 加 RNase-Free Water 至 10 μl)中反转录合成cDNA 后进行PCR 扩增, 以GAPDH作为内参基因, 采用2-△△Ct法计算 mRNA 相对表达量。 MMP-3 引物序列为 F: 5’-TCTGAAGGAGAGGC TGACATAAT-3’, R: 5’-AGTGAAAGAGACCCAGG GAGTG-3’; MMP-8 引物序列为 F: 5’-CGACTCTG GTGATTTCTTGCTA-3’, R: 5’-GTTGATGTCTGCTT CTCCCTCT-3’; mTORC 引物序列为 F: 5’-TTGGA GAACCAGCCCATAAGAAA-3’, R: 5’-TGAGAGAA ATCCCGACCAGTGA-3’; GAPDH 引物序列为 F:5’-CAAGTTCAACGGCACAGTCAA-3’, R: 5’-CAC AAACATGGGGGCATCAG-3’。
采用SPSS 22.0 统计软件对所得数据进行统计学分析, 符合正态分布的结果数据以均数±标准差() 表示, 多组间比较采用单因素方差分析,两组间比较采用q检验, 均以P<0.05 为差异具有统计学意义。
干预第 3 天, 对照组、 模型组、 rb-bFGF 组、MEBO 组组间创面愈合率对比, 除rb-bFGF 组明显高于模型组 (P<0.05) 外, 其余各组间均无明显差异 (P均 >0.05); 干预第 7、 14 天, 对照组、rb-bFGF 组、 MEBO 组大鼠创面愈合率均明显高于模型组 (P均<0.05), 详见表1。
表1 各组大鼠创面愈合率对比 (%, )Table 1 Comparison of wound healing rates between different groups (%,)
表1 各组大鼠创面愈合率对比 (%, )Table 1 Comparison of wound healing rates between different groups (%,)
注: rb-bFGF 为重组牛碱性成纤维细胞生长因子, MEBO 为湿润烧伤膏; 对照组与模型组采用生理盐水纱布换药处理, rb-bFGF组采用rb-bFGF 换药处理, MEBO 组采用MEBO 换药处理。 各组大鼠创面愈合率组间两两对比, 其中与对照组对比, aP <0.05, 差异具有统计学意义; 与模型组对比, bP <0.05, 差异具有统计学意义Note: rb-bFGF: recombinant bovine basic fibroblast growth factor,MEBO: moist exposed burn ointment; Control group and model group were managed with dressing change of normal saline gauzes, rb-bFGF group and MEBO group were respectively managed with dressing change of rb-bFGF and MEBO. The wound healing rates of rats in each group were compared between every two of the four groups, and statistically significant differences were observed as compared with control group (aP <0.05)and with model group (bP <0.05)
组别Group只数Number of rats第3 天Day 3第7 天Day 7第14 天Day 14对照组Control group 12 10.26 ± 1.95 48.29 ± 2.56 84.39 ± 5.68模型组Model group 12 9.02 ± 1.08 35.55 ± 3.39a 77.25 ± 6.28a rb-bFGF 组rb-bFGF group 12 11.03 ± 2.21b 49.62 ± 1.95b 86.28 ± 5.53b MEBO 组MEBO group 12 10.15 ± 1.86 49.52 ± 2.13b 86.55 ± 5.26b F 值F value 2.474 84.700 6.997 P 值P value 0.074 <0.001 <0.001
干预第3 天, 模型组、 rb-bFGF 组及 MEBO 组大鼠创面组织形态相似, 均有炎症细胞浸润, 组织水肿明显, 无新生毛细血管。 干预第7 天, rb-bFGF组和MEBO 组大鼠创面组织中炎症细胞明显减少,可见新生毛细血管及毛囊结构; 模型组大鼠创面组织中炎症细胞未见明显减少, 且新生毛细血管较少。 干预第 14 天, rb-bFGF 组和 MEBO 组大鼠创面组织中可见毛细血管、 成熟皮脂腺和毛囊紧密排列; 模型组大鼠创面组织中炎症细胞明显较少, 而成纤维细胞明显增多, 详见图1。
图1 干预第3、 7、 14 天, 各组大鼠皮肤/创面组织Masson 染色图 ( ×200)Fig.1 Masson staining images of rat skin or wound tissues in each group respectively on day 3,7 and 14 of interventions ( ×200)
干预第 3、 7、 14 天, 对照组、 rb-bFGF 组、MEBO 组 大 鼠 创 面 组 织 中 MMP-3、 MMP-8、p-mTORC蛋白表达水平均呈先升高后降低的趋势,而模型组呈持续升高的趋势; 干预第 3、 7 天,rb-bFGF组和 MEBO 组大鼠创面组织中 MMP-3、MMP-8、 p-mTORC 蛋白表达水平均明显高于模型组 (P均 <0.05), 且 rb-bFGF 组 MMP-3、 MMP-8蛋白表达水平均明显低于MEBO 组 (P均<0.05);而干预第14 天, rb-bFGF 组和MEBO 组大鼠创面组织中MMP-3、 MMP-8、 p-mTORC蛋白表达水平均明显低于模型组 (P均 <0.05), 且 rb-bFGF 组和MEBO 组间无明显差异 (P均>0.05), 详见表2、图2。
图2 各组大鼠皮肤/创面组织中MMP-3、 MMP-8、 p-mTORC 蛋白表达水平条带图Fig.2 Histogram of expression levels of MMP-3, MMP-8 and p-mTORC in rat skin or wound tissues in each group
表2 各组大鼠皮肤/创面组织中MMP-3、 MMP-8、 p-mTORC 蛋白表达水平对比 ()Table 2 Comparison of expression levels of MMP-3, MMP-8 and p-mTORC in rat skin or wound tissues between different groups ()
表2 各组大鼠皮肤/创面组织中MMP-3、 MMP-8、 p-mTORC 蛋白表达水平对比 ()Table 2 Comparison of expression levels of MMP-3, MMP-8 and p-mTORC in rat skin or wound tissues between different groups ()
注: rb-bFGF 为重组牛碱性成纤维细胞生长因子, MEBO 为湿润烧伤膏, MMP-3 为基质金属蛋白酶-3, MMP-8 为基质金属蛋白酶-8,mTORC 为哺乳动物雷帕霉素靶蛋白复合物; 空白组、 对照组与模型组采用生理盐水纱布换药处理, rb-bFGF 组采用rb-bFGF 换药处理,MEBO组采用 MEBO 换药处理。 各组大鼠创面组织中 MMP-3、 MMP-8、 p-mTORC 蛋白表达水平组间两两对比, 其中与空白组对比,aP <0.05, 差异具有统计学意义; 与对照组对比, bP <0.05, 差异具有统计学意义; 与模型组对比, cP <0.05, 差异具有统计学意义; 与rb-bFGF组对比, dP <0.05, 差异具有统计学意义Note: rb-bFGF: recombinant bovine basic fibroblast growth factor,MEBO:moist exposed burn ointment,MMP-3:matrix metalloproteinase-3,MMP-8:matrix metalloproteinase-8, mTORC: mammalian target of rapamycin complex; Blank group, control group and model group were managed with dressing change of normal saline gauzes, rb-bFGF group and MEBO group were respectively managed with dressing change of rb-bFGF and MEBO. The expression levels of MMP-3, MMP-8 and p-mTORC in rat skin or wound tissues in each group were compared between every two of the five groups, and statistically significant differences were observed as compared with blank group (aP < 0.05), control group (bP < 0.05), model group (cP < 0.05) and rb-bFGF group (dP <0.05)
组别Group只数Number of rats MMP-3MMP-8p-mTORC第3 天Day 3第7 天Day 7第14 天Day 14第3 天Day 3第7 天Day 7第14 天Day 14第3 天Day 3第7 天Day 7第14 天Day 14 Blank group 12 0.15 ±0.03空白组0.18 ±0.03 0.12 ±0.01 0.23 ±0.05 0.21 ±0.05 0.14 ±0.03 0.07 ±0.01 0.09 ±0.02 0.11 ±0.01 Control group 12 0.70 ±0.03a 0.98 ±0.06a对照组0.47 ±0.04a 0.61 ±0.05a 0.60 ±0.09a 0.41 ±0.06a 0.31 ±0.03a 0.58 ±0.05a Model group 12 0.37 ±0.04ab 0.64 ±0.05ab rb-bFGF 组0.27 ±0.04a模型组0.49 ±0.04ab 0.75 ±0.06ab 0.31 ±0.02ab 0.33 ±0.04ab 0.60 ±0.03ab 0.18 ±0.03ab 0.35 ±0.03ab rb-bFGF group 12 0.56 ±0.02abc 0.27 ±0.02ac MEBO 组0.91 ±0.04abc 0.43 ±0.07ac 0.52 ±0.02abc 0.59 ±0.08ac 0.40 ±0.05ac 0.34 ±0.03abc 0.47 ±0.06abc MEBO group 12 0.67 ±0.02abcd 0.30 ±0.04ac F 值F value 755.000 858.258 235.606 273.097 104.243 169.137 201.136 191.564 367.452 1.01 ±0.04acd 0.44 ±0.05ac 0.57 ±0.02abcd 0.66 ±0.06acd 0.38 ±0.04ac 0.35 ±0.04abc 0.47 ±0.06abc P 值P value <0.001 <0.001 <0.001 <0.001 <0.001 <0.001 <0.001 <0.001 <0.001
干预第 3、 7、 14 天, 对照组、 rb-bFGF 组、MEBO 组大鼠创面组织中 MMP-3、 MMP-8 mRNA 表达水平均呈先升高后降低的趋势, 而模型组呈持续升高的趋势; 干预第3、 7 天, rb-bFGF 组和 MEBO组大鼠创面组织中 MMP-3、 MMP-8 mRNA 表达水平均明显高于模型组 (P<0.05), 而干预第14 天,rb-bFGF 组和 MEBO 组大鼠创面组织中 MMP-3、MMP-8 mRNA 表达水平均明显低于模型组 (P均<0.05), 且 rb-bFGF 组和 MEBO 组间无明显差异(P均 > 0.05); 干预第 3、 7、 14 天, 各组大鼠创面组织中mTORC mRNA 表达水平均无明显变化(P均 >0.05), 详见表 3。
表3 各组大鼠皮肤/创面组织中MMP-3、 MMP-8、 mTORC mRNA 表达水平对比 ()Table 3 Comparison of expression levels of mRNA of MMP-3, MMP-8 and mTORC in rat skin or wound tissues between different groups ()
表3 各组大鼠皮肤/创面组织中MMP-3、 MMP-8、 mTORC mRNA 表达水平对比 ()Table 3 Comparison of expression levels of mRNA of MMP-3, MMP-8 and mTORC in rat skin or wound tissues between different groups ()
注: rb-bFGF 为重组牛碱性成纤维细胞生长因子, MEBO 为湿润烧伤膏, MMP-3 为基质金属蛋白酶-3, MMP-8 为基质金属蛋白酶-8,mTORC 为哺乳动物雷帕霉素靶蛋白复合物; 空白组、 对照组与模型组采用生理盐水纱布换药处理, rb-bFGF 组采用rb-bFGF 换药处理,MEBO组采用MEBO 换药处理。 各组大鼠创面组织中MMP-3、 MMP-8、 mTORC mRNA 表达水平组间两两对比, 其中与空白组对比, aP <0.05,差异具有统计学意义; 与对照组对比, bP <0.05, 差异具有统计学意义; 与模型组对比, cP <0.05, 差异具有统计学意义Note: rb-bFGF: recombinant bovine basic fibroblast growth factor,MEBO:moist exposed burn ointment,MMP-3:matrix metalloproteinase-3,MMP-8:matrix metalloproteinase-8, mTORC: mammalian target of rapamycin complex; Blank group, control group and model group were managed with dressing change of normal saline gauzes, rb-bFGF group and MEBO group were respectively managed with dressing change of rb-bFGF and MEBO. The expression levels of mRNA of MMP-3,MMP-8 and mTORC in rat skin or wound tissues in each group were compared between every two of the five groups,and statistically significant differences were observed as compared with blank group (aP < 0.05), control group (bP < 0.05) and model group (cP < 0.05)
组别Group只数Number of rats MMP-3MMP-8mTORC第3 天Day 3第7 天Day 7第14 天Day 14第3 天Day 3第7 天Day 7第14 天Day 14第3 天Day 3第7 天Day 7第14 天Day 14 Blank group 12 0.98 ±0.10空白组1.20 ±0.12 1.01 ±0.11 1.08 ±0.14 1.16 ±0.09 0.99 ±0.13 1.07 ± 0.12 1.10 ± 0.13 0.99 ± 0.11 Control group 12 2.30 ±0.17a对照组3.47 ±0.25a 1.81 ±0.17a 2.85 ±0.27a 4.31 ±0.27a 1.98 ±0.14a 1.24 ± 0.14 1.28 ± 0.08 1.19 ± 0.09 Model group 12 1.30 ±0.12ab模型组2.05 ±0.21ab 2.61 ±0.15ab 1.56 ±0.19ab 2.55 ±0.30ab 3.32 ±0.25ab 1.24 ± 0.07 1.30 ± 0.15 1.09 ± 0.11 rb-bFGF group 12 2.08 ±0.19abc rb-bFGF 组3.24 ±0.21abc 1.76 ±0.12ac 2.62 ±0.29ac 4.00 ±0.28abc 1.91 ±0.14ac 1.15 ± 0.13 1.19 ± 0.14 1.20 ± 0.14 MEBO group 12 1.97 ±0.20abc MEBO 组3.12 ±0.32abc 1.80 ±0.07ac 2.69 ±0.35ac 4.03 ±0.16abc 1.82 ±0.22abc 1.02 ± 0.12 1.21 ± 0.14 1.06 ± 0.09 F 值F value 145.168 207.371 232.225 111.650 389.705 251.795 8.402 4.468 7.930 P 值P value <0.001 <0.001 <0.001 <0.001 <0.001 <0.001 <0.001 0.003 <0.001
MEBT/MEBO 是以 MEBO 为核心药物、 生理性湿润环境为基础的创面再生医疗技术, 可加快坏死组织液化排除, 扩张创面毛细血管, 促进创面组织原位再生, 进而加速创面愈合[8-9], 在各种慢性难愈合创面的治疗中取得了显著疗效[10]。 相关研究显示, MMP-3、 MMP-8 可通过参与创面修复过程中血管基底膜的降解与重塑[11-13], 促进血管生芽,从而促使新生血管形成, 在创面组织修复过程中发挥着重要作用[14-15]。 本研究笔者为进一步探究MEBO 在慢性难愈合创面中的作用机制, 观察了MEBO 通过mTORC 信号通路对大鼠慢性难愈合创面组织中MMP-3、 MMP-8 表达水平的影响。
创面修复过程中需要大量对创面愈合至关重要的蛋白质, 而参与调控蛋白质翻译、 细胞增殖和分化及血管生成作用的信号转导通路一旦异常, 可阻碍创面愈合。 mTORC 是细胞内重要的信号转导通路之一, 具有调控核酸转录和蛋白质翻译等作用,可在细胞生长、 存活、 增殖、 凋亡和血管生成等多项活动中发挥作用[16]。 如研究发现, mTORC 可通过激活磷脂酰肌醇-3-羟激酶并对蛋白激酶产生磷酸化作用而进一步活化下游分子mTORC1, 参与细胞的生长、 代谢及血管的新生; 活化后的mTORC可快速磷酸化真核细胞翻译起始因子4E 结合蛋白1 (eIF4E-binding protein 1, 4E-BP1) 和调节因子核糖体蛋白S6 激酶, 进而激活效应蛋白S6K1, 促进mRNA 基因转录, 且磷酸化的4E-BP1 可快速失活、 分离并释放出真核细胞翻译起始因子 4E(eukaryotic initiation factor 4E, eIF4E), 再结合eIF4A 和eIF4G 形成三聚体 eIF4F, 进而启动蛋白质翻译, 促进蛋白质的合成[17-19]。 本研究结果显示, 干预第3、 7 天 rb-bFGF 组和 MEBO 组大鼠创面组织中MMP-3、 MMP-8 蛋白及 mRNA 表达水平均高于模型组, 至干预第14 天恢复至近似生理水平, 而模型组却呈持续升高的状态, 且干预第7、14 天rb-bFGF 组和MEBO 组大鼠创面愈合率明显高于模型组、 新生毛细血管明显多于模型组、 炎症细胞明显少于模型组。 可见, 大鼠慢性难愈合创面应用rb-bFGF 和MEBO 治疗, 可快速增加创面组织中 MMP-3、 MMP-8 蛋白及其 mRNA 表达水平, 从而加速创面愈合。 本研究结果还显示, rb-bFGF 组和 MEBO 组大鼠创面组织中 MMP-3、 MMP-8、p-mTORC蛋白及 MMP-3、 MMP-8 mRNA 表达水平均呈先升高后降低的趋势, 而模型组则呈持续升高的趋势。 可见, 大鼠慢性难愈合创面形成初期, 在慢性创面信号的持续刺激下, mTORC 信号通路激活受阻, 影响了创面组织修复的相关生物学进程,与李利青等[20]的研究结果相似; 而经过 rb-bFGF、MEBO 治疗后的慢性难愈合创面mTORC 信号通路逐渐被激活, MMP-3、 MMP-8、 p-mTORC 蛋白表达水平逐渐升高, 考虑与mTORC 信号通路激活后可促进 MMPs 的表达有关[21-22]。 此外, 本研究结果显示, 干预第3、 7 天 MEBO 组大鼠创面组织中MMP-3、 MMP-8 蛋白表达水平均明显高于rb-bFGF组, 而干预第 3、 7、 14 天 rb-bFGF 组和 MEBO 组大鼠创面组织中 MMP-3、 MMP-8 mRNA 表达水平均无明显差异, 说明MEBO 促进创面愈合的效果可能更好, 而两组间干预第3、 7 天 MMP-3、 MMP-8蛋白与mRNA 表达水平不一致可能与本研究样本量较小有关, 有待进一步研究证实。
综上所述, MEBT/MEBO 可通过调控mTORC信号通路增加创面组织中MMP-3 和MMP-8 的表达水平, 进而促进慢性难愈合创面的愈合。