2021,年糖尿病足基础及临床研究进展
时间：2023-02-18 22:25:04 来源：千叶帆 本文已影响人
李炳辉 王 卉 刘慧真
（华中科技大学同济医学院附属梨园医院，湖北 武汉 430077）
糖尿病足是由糖尿病所致下肢神经和血管病变引起，糖尿病足溃疡（diabetic foot ulcer，DFU）是其最常见的表现，也是导致残疾和死亡的主要原因，具有发病率高、治疗难度大，治疗费用贵的特点[1]，对患者的生活、经济和心理都会产生巨大影响[2]。近年来，DFU 发病率持续上升，已经成为主要的健康相关杀手之一[3]。本文着重对2021 年有关糖尿病足的相关基础研究和临床治疗策略的研究进展综述如下，以期为治疗糖尿病足提供借鉴帮助。
糖尿病足的伤口愈合经历炎症、增殖和重塑等阶段，是一个动态、连续的过程[4]。近年来，随着系统生物学的快速发展，除了传统的炎症生物标志物外，人们在DFU 的炎症、增殖和重塑阶段的研究中发现了越来越多的生物标志物。这些生物标志物对DFU 的愈合起着至关重要的作用。
1.1炎症因子及免疫细胞 免疫细胞对DFU 的愈合具有重要作用。炎症早期，巨噬细胞促进炎症反应并去除病原体、伤口碎片和已经凋亡的细胞；
炎症后期，巨噬细胞抑制炎症并促进角质形成细胞、成纤维细胞和内皮细胞增殖、分化和迁移，进一步促进新生血管形成和伤口闭合。DFU 发生后，促炎细胞因子分泌增加，巨噬细胞功能失调，吞噬病原体和凋亡细胞的能力降低，伤口中具有抗炎和修复作用的M2 型巨噬细胞能力降低，招募到伤口的巨噬细胞数量增加并被激活成为具有促炎作用的M1 型巨噬细胞，导致伤口闭合延迟[5]。中性粒细胞和单核细胞则分泌基质金属蛋白酶8（matrix metalloproteinase 8，MMP-8）和活性氧。活性氧激活核因子-κB（NF-κB），上调MMP-9[6]；
MMP-8 有利于细胞外基质重塑，促进创面愈合，而过量的不受控制的MMP-9 是有害的[7]。坏死组织的清除过程中，中性粒细胞及巨噬细胞可利用MMP-9 帮助基质分解，MMP-9 还通过激活肿瘤坏死因子-α（TNF-α）和血管内皮生长因子促进血管生成[8]，但过量的持续升高的MMP-9 会促进炎症细胞进入伤口，使炎性期持续，不能向修复阶段转化，导致伤口愈合延迟[8]。研究发现，激 活 蛋 白-1（activator protein 1，AP1） 是MMP-9 转录的关键转录因子，而AP1 可以被细胞外信号相关激酶1/2（ERK1/2）磷酸化和激活。DFU 发生后，高葡萄糖水平可激活ERK1/2，进一步激活AP1 并增加MMP-9 的表达[9]。
1.2成纤维细胞及间充质基质细胞（mesenchymal stromal cells） 成纤维细胞在伤口愈合的重塑阶段起着至关重要的作用。p62 是一种多结构域蛋白，可以直接与自噬相关蛋白LC3 相互作用形成自噬体，促进蛋白质降解，诱导细胞凋亡[10]。研究表明，DFU 时，高葡萄糖水平增加了p62 的表达，抑制了成纤维细胞的活化并促进细胞凋亡[11]。间充质基质细胞的旁分泌被认为是促进糖尿病伤口愈合的主要分子机制。间充质基质细胞能够分泌多种血管生成生长因子、免疫调节因子、抗菌肽、修复分子和趋化因子，加快肉芽组织形成，促进伤口血管生成和胶原代谢及伤口再上皮化[12]。间充质基质细胞的细胞外囊泡促进巨噬细胞从M1 型（促炎）转变为M2 型（抗炎），使白细胞介素-10 水平升高、促炎因子白细胞介素-1β 和TNF-α 水平降低，减轻炎症并改善伤口愈合[13]。间充质细胞衍生的外泌体中的长链非编码RNA(lncRNAs)H19 可以作为一种内源性竞争性RNA，通过逆转微小RNA（miRNA）-152-3p 介导的磷酸酶和张力蛋白同源物，抑制了成纤维细胞的凋亡和炎症，促进 DFU 的伤口愈合[14]。
1.3调节因子 lncRNAs 是重要的细胞内调节因子，在多种生理过程中发挥重要作用[15]，已被证明是伤口愈合的调节因子[16]。lncRNAs 通过海绵化miRNA，招募表观遗传相关酶，调节蛋白质稳定性和其他过程，对基因调控产生影响。lncRNAs 的异常表达破坏了DFU 中伤口愈合的有序过程[17]。
miRNA 是一种内源性非编码小RNA，可以与mRNA 结合，阻断靶基因蛋白编码基因的表达，阻止翻译过程。miRNA-29b 可减少转化生长因子-1（TGF-1）、Smad 蛋白3、纤维连接蛋白和胶原蛋白1 的表达以及细胞外基质积累，抑制DFU 的伤口愈合。原纤维蛋白1（FBN1）是细胞外微原纤维的关键成分，存在于各种组织中。lncRNA H19 可以与miRNA-29b 竞争，提高成纤维细胞中FBN1 的表达，增强成纤维细胞的增殖、迁移并抑制其凋亡，从而促进 DFU 的伤口愈合[18]。王雪等[19]证明了2 型糖尿病患者足感染伤口愈合过程中miRNA-21 及miRNA-132 可能发挥抑制愈合作用，miRNA-155 有促炎作用，并且miRNA-21、miRNA-132 和miRNA-155 与血小板衍生生长因子BB（PDGF-BB）、碱性成纤维细胞生长因子（bFGF）以及免疫细胞CD4+T 细胞、自然杀伤（NK）细胞和单核细胞的作用有关，即miRNA-21、miRNA-132 和miRNA-155 参与PDGF-BB 及bFGF 的相关调控。miRNA-34c是miRNA-34 家族成员，miRNA-34c 可诱导大量促炎细胞因子的分泌，导致中性粒细胞和巨噬细胞过量，加重慢性伤口的炎症，不利于感染的消除，抑制DFU 的伤口愈合[20]。
糖尿病患者长期高血糖造成下肢远端神经病变和不同程度的周围血管病变，引起足部溃疡及深层组织破坏，常伴有感染，因此创面愈合困难，需要多种治疗方法改善伤口状态，促进溃疡愈合。DFU 的基本内科治疗包括控制感染、伤口护理和促进伤口修复。
2.1抗感染治疗 DFU 并发感染中最常见的病原体是革兰氏阳性细菌，如金黄色葡萄球菌[21]。核壳纳米纤维是以聚环氧乙烷和壳聚糖为壳，以聚乙烯吡咯烷酮和明胶为核心形成的聚合物。负载了万古霉素和亚胺培南/西司他丁的核壳纳米纤维对金黄色葡萄球菌、耐甲氧西林金黄色葡萄球菌、大肠杆菌和铜绿假单胞菌都具有优异的抗菌活性，可以用作治疗DFU 感染以及其他细菌感染的有效药物输送系统，有效降低医疗成本[22]。此外，新的研究表明，一种半合成脂糖肽—达巴万星，对革兰氏阳性细菌菌株表现出优异的灭菌活性，并且它能够渗透到滑液和骨组织中，延长半衰期，是革兰氏阳性细菌所致糖尿病足部感染及糖尿病足骨髓炎的有前景的治疗方法[23]。
2.2敷料治疗 DFU 的治疗敷料通常包括水凝胶、海藻酸盐、泡沫和银浸渍敷料，其中水凝胶最常用。水凝胶敷料因具有较好的保湿性、生物相容性等治疗特性而成为最常用的伤口敷料之一，抗炎水凝胶、抗氧化水凝胶、促血管生成水凝胶、抗菌水凝胶、降血糖水凝胶甚至多功能水凝胶等水凝胶敷料已进入研究领域，为糖尿病伤口的治疗带来了希望[24]。Liu 等[25]开发出具有抗菌能力的广泛耐温水凝胶敷料用于治疗DFU，这种采用聚丙烯酰胺、明胶和ε-聚赖氨酸制造出的耐温（-20 ～60℃）抗菌水凝胶敷料表现出良好的耐热性和防冻性能；
在此宽温度范围内，水凝胶具有超拉伸性、持久的保水性、黏附性和抗菌性能，对革兰氏阳性和革兰氏阴性细菌都具有持久和广泛的抗菌活性；
该敷料通过加速胶原沉积、促进血管生成和抑制细菌繁殖来有效促进DFU 愈合，可在极端环境中使用，为DFU 的治疗提供了更多伤口敷料的选择。另有研究显示，使用三氯乙酸、海藻酸钙和泡沫组成的敷料，联合人自体成纤维细胞注射和成纤维细胞接种胶原支架治疗，对治疗DFU 并发骨髓炎非常有效，可显著预防DFU 患者的截肢[26]。研究证实，银敷料显著降低了DFU 的细菌负荷，包括金黄色葡萄球菌、肠杆菌科细菌和铜绿假单胞菌，早期使用银泡沫敷料可减少生物膜的形成，从而减少细菌负担，改善伤口早期治疗效果[27]。与普通银敷料相比，纳米银敷料具有更大的接触面和更强的杀菌效果，能更好地控制伤口感染并促进伤口愈合[28]。局部凝胶治疗DFU 的优势包括易于应用，增加敷料与伤口的直接接触面积，以及避免治疗药物的全身递送等。用于制备水凝胶的常见的天然生物材料包括胶原蛋白、明胶、蚕丝、壳聚糖、纤维素、海藻酸盐、透明质酸、甲壳素、弹性蛋白和去细胞颗粒包封表皮生长因子。实验表明，复合水凝胶敷料可使伤口愈合效果显著增强，并且在第14 天可能达到97%的伤口闭合程度[29]。另外，天然橡胶乳胶-海藻酸盐敷料也显示出加速糖尿病伤口愈合的巨大潜力[30]。天然橡胶乳胶提供了组织再生所需的营养、细胞和环境，可以促进血管生成，促进细胞黏附，加速伤口愈合。负载海藻酸盐的天然橡胶乳胶敷料能够增强细胞增殖并具有高度的吸收性和可渗透性。Wang 等[31]选择Mg2+和水溶性壳聚糖衍生物、羟丙基三甲基氯化铵壳聚糖作为功能性敷料的主要元素，设计了一种双功能杂交季铵化壳聚糖-Mg- 海藻酸盐敷料，研究结果表明，双功能敷料能促进成纤维细胞和内皮细胞的迁移，刺激局部血管生成，有效根除细菌，降低了创面感染率，提高了DFU 的愈合效果。
2.3干细胞治疗 间充质干细胞（MSCs）作为一种细胞疗法，已成为慢性伤口治疗的有效方法。最近研究显示，脂肪来源干细胞可增加皮肤胶原蛋白的产生和血管生成，促进细胞增殖，抑制细胞凋亡，减少炎症反应，有利于皮肤屏障功能修复[32]。Carstens 等[33]证明了脂肪来源MSCs 可以安全地用于治疗DFU，其作用包括促进血管修复和（或）血管生成。MSCs 外泌体具有与MSCs 相似的修复功能，它富含多种细胞生长因子、修复蛋白和治疗性非编码RNA，可以通过调节炎症、血管形成和抗凋亡机制来促进DFU 修复[34]。
2.4气体疗法 伤口愈合是一个复杂的过程，其中氧气起着重要的作用[35]。研究表明，在DFU 修复阶段，活性氧对生长因子的信号转导过程以及伤口愈合过程中涉及的白细胞募集、细胞运动、血管生成和细胞外基质形成等过程至关重要[36]。有研究利用吲哚青绿血管造影术评估高压氧治疗慢性伤口愈合的效果，显示高压氧治疗可改善缺氧和促进血管生成，从而对慢性伤口的血液灌注产生有益影响[37]。在局部氧疗中，最有影响力的途径是TNF信号通路。TNF 可以拮抗细胞因子如解偶联蛋白2（UCP2）的作用，并通过表达上游的TNF-α 来加重血管损伤。局部氧疗可以下调TNF-α、AKT和其他关键信号因子，抑制TNF 信号通路；
局部氧疗可以延缓糖尿病足伤口中细胞的凋亡，缓解炎症的发生。因此，局部氧疗治疗糖尿病足的主要机制是限制炎症反应和细胞凋亡，并阻断一系列氧化应激反应[38]。局部氧疗遵循类似于高压氧治疗的间歇性治疗方案。目前较新的局部氧疗设备是可穿戴的，不需要外部氧气源，可使用氧气扩散器或氧气扩散敷料连续将氧气直接扩散到伤口中。连续弥漫性氧疗的特点是每天持续供应高纯度氧气，以3 ～10 mL/h 的稳定的氧气流速，可以使氧气到达伤口底部。连续弥漫性氧疗与传统湿性伤口敷料疗法相结合，可有效减少创面面积，缓解炎症[39]。除氧气以外，重复经皮应用气态CO2使皮肤血流量增加，可以改善DFU 患者受损的微血管功能，同时不引起任何可观察到的全身不良反应[40]。另外，一氧化氮（NO）具有抗菌、扩张血管作用[41]，经皮NO 治疗能使微血管扩张，增加血流量，改善灌注，从而促进糖尿病足伤口愈合[42]。
仅使用内科治疗如敷料、氧疗等方法不能成功治愈所有的DFU，还需要血管重建、清创和手术治疗等，以及时控制创面感染，促进创面愈合，降低DFU 的高发病率、截肢的高风险性以及由此引起的严重并发症[43]。
3.1清创 临床上可以选择多种清创方法，包括外科清创、酶解清创、机械清创、生物清创或自体清创[44]。各类清创术均有一定局限性，联合多种清创方法的效果优于使用单一清创术。研究表明，超声清创联合自溶性清创可有效提高DFU 的疗效，缩短创面愈合时间，减少换药次数，节约医疗成本，缩短住院周期，提高床位周转率，且不会加重患者的经济负担[45]。
3.2负压伤口治疗（NPWT） NPWT 因其在改善伤口引流、增强组织灌注和促进肉芽组织生长方面的显著作用而得到认可，是糖尿病足伤口的重要辅助治疗方法[3]。但是单纯的NPWT 难以清除隐藏于创面床中的坏死组织与微生物，从而衍生出了多种联合了其他方法的NPWT 术式，如负压吸引联合冲洗、负压吸引联合持续局部微氧灌注、负压吸引联合新型敷料等[46-49]，以加速清除细菌和炎症因子，减轻水肿，促进创面愈合。研究表明，滴注式负压伤口治疗可有效去除创面床中的坏死组织和细菌，有效控制局部感染[50]。滴注式负压伤口治疗更有助于创面床多类因子的表达、加快肉芽组织生长，有效降低细菌负荷，维持伤口局部的细菌低负荷和血流高灌注，更有助于伤口的愈合和皮片成活，治疗效果更佳。
3.3手术治疗 胫骨横向骨搬移术（transverse tibial bone transport，TTT）可以促进骨组织、血管组织、神经的再生，促进创面修复，为糖尿病足的治疗提供了新手段[51]。Nie 等[52]证明，与常规治疗方法（清创，血运重建，NPWT，局部或游离皮瓣移植，皮肤移植物或等效物）相比，TTT增加了足部灌注和新生血管形成，提高了愈合效果和肢体抢救概率，减少了复发。近年来，TTT 与其他方法结合治疗DFU 也取得了不错的疗效。何亮等[53]将TTT 和负压引流技术结合治疗糖尿病足，术后患者肱踝指数及血清相关生长因子水平显著优于TTT 治疗。余杰等[54]将TTT 联合牛鼻子引流术治疗重度DFU，有效缩短了抗生素使用时间及患者住院时间，显示这种方法是治疗合并深部感染或相对密闭腔隙或窦道的重度DFU 的有效方法。另外，对于自身一般情况较差特别是合并贫血的DFU 患者，陈若曦等[55]用同种异体血小板血浆局部注射联合清创治疗，可促进创面肉芽组织形成并持续促进创面修复。
3.4皮肤移植治疗 脱细胞同种异体真皮是一种同种异体移植物，是经无菌处理的人网状无细胞真皮基质，保留了完整的基底膜和人体网状真皮中关键的细胞外基质成分，免疫原性较低，富含与创面愈合相关的肽和生长因子，可促进细胞活化、介导炎症反应并增强组织修复，目前主要应用于烧伤整形创面修复；
移植后，能有效诱导新生上皮细胞的生长及分化，提高表皮成活率并促进新生血管和上皮形成。实验表明，脱细胞真皮基质结合自体皮移植相比于单纯自体皮移植能有效地促进创面愈合，是治疗DFU 重建真皮结构的一种有效方法，同时还可避免其他部位的二次损伤[56]。Zelen 等[57]研究证明，使用脱细胞真皮基质移植物治疗DFU 伤口的愈合速度明显优于标准护理。脱细胞真皮基质的开放结构和细胞外基质蛋白可促进人真皮成纤维细胞和人内皮细胞增殖和浸润，导致大量新基质蛋白的分泌，促进关键的细胞反应，并协同细胞相互作用，有助于恢复溃疡部位组织微环境和调节细胞活性，还可以降低治疗成本和避免组织浪费。邓海波等[58]通过实验证明猪脱细胞真皮基质可为毛囊角质细胞的迁移提供合适的微环境，比如诱导分泌促进细胞迁移增殖的细胞因子等，进一步影响毛囊角质细胞迁移、增殖及分化，促进创面愈合。
随着医学的发展，对于DFU 的发病机制研究不断深入，但DFU 相关机制复杂，目前仍不能完全明确。关于DFU 治疗的新方法、新材料也层出不穷，经初步临床研究确定有一定疗效，但仍缺乏大样本多中心随机对照试验或循证医学方法进一步确定其治疗效果和可靠程度。目前，还需不断探索治疗的最佳方案，为治疗提供新思路和新靶点，不断完善DFU 的治疗。
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