促血管生成因子对糖尿病足作用机制的研究进展

武相锋 刘韬 张倩

摘 要：糖尿病足是继发于糖尿病终末期的下肢溃疡缺血性疾病。促血管生成因子在糖尿病下肢缺血性疾病中的作用机制十分复杂，不同促血管生成因子发挥的作用不尽相同。在缺血损伤区域的修复过程中，促血管生成因子的表达上升，参与组织缺血损伤区血管结构的重建，改善局部血液循环，使组织缺血损伤得到修复。病理情况下，促血管生成因子参与炎症级联反应，与缺血/再灌注损伤关系密切，还可能诱导硬化斑块破裂、增加能量的代谢消耗，产生不利影响。近年来，随着再生医学研究的深入，促血管生成因子开始应用于糖尿病足的治疗中，逐渐成为糖尿病足新的治疗靶点。

关键词：糖尿病足；促血管生成因子；再生医学；缺血/再灌注损伤

中图分类号：R587.2 文献标识码：A DOI：10.3969/j.issn.1006-1959.2018.20.007

文章编号：1006-1959（2018）20-0018-05

Abstract：Diabetic foot is an ischemic disease of the lower extremity ulcer secondary to the end stage of diabetes.The mechanism of action of angiogenic factors in diabetic lower limb ischemic diseases is very complex，and different pro-angiogenic factors play different roles.During the repair of ischemic injury，the expression of pro-angiogenic factors increases，participates in the reconstruction of vascular structures in the ischemic injury area，improves local blood circulation，and repairs tissue ischemic injury.In pathological conditions，pro-angiogenic factors are involved in the inflammatory cascade，which is closely related to ischemia/reperfusion injury.It may also induce plaque rupture，increase energy metabolism，and have adverse effects.In recent years，with the deepening of regenerative medicine research，pro-angiogenic factors have begun to be used in the treatment of diabetic foot，and have gradually become a new therapeutic target for diabetic foot.

Key words：Diabetic foot；Pro-angiogenic factor；Regenerative medicine；Ischemia/reperfusion injury

糖尿病足（diabetic foot，DF）是糖尿病終末期常见的严重并发症，是由于糖尿病患者足部神经病变致使下肢保护功能减退，大血管和微血管动脉灌注不足导致微循环障碍而发生溃疡和坏疽的疾病状态，是糖尿病患者致残，甚至致死的重要原因之一，不但给患者造成痛苦，还衍生了一系列社会和经济问题，给家庭及社会增添了巨大的经济负担。临床上，改善糖尿病足患者预后的干预措施包括手术干预、全身药物治疗和局部治疗等[1]。糖尿病足治疗的根本在于促进局部溃疡组织区域微动脉的血管再生，从而改善局部组织的血液循环，恢复组织血液供应，促进局部缺血缺氧组织的再生及修复。因此促进缺血组织的血管再生是治疗糖尿病足的关键点。血管生成是指在原有的血管基础上形成新的血管，普遍发生在组织生长及损伤修复的过程中，是动态的、生长因子依赖的、缺氧诱导的过程。其广泛参与了缺氧缺血损伤控制、再灌注损伤、侧支循环建立等生理病理过程[2]。血管生成在糖尿病足中的作用机制比较复杂，促血管生成因子在其中发挥关键作用，以下就糖尿病足治疗中的促血管生成因子研究进行综述。

1 促血管生成因子机制概述

新生血管在组织损伤区域的生成被认为是一种正常的损伤修复过程，其参与了缺血组织损伤区域的恢复[3]。组织中血管生成的主要诱导途径可分为炎症反应和缺氧诱导两个方面，其作用机制表现为组织损伤触发免疫应答，免疫细胞迁移至受损组织，恢复组织稳态所参与的血管生成等方面。持续性的局部组织损伤，可以活化内皮细胞，增加血管通透性，同时募集炎症细胞，释放一系列促血管生成因子，诱导内皮细胞的增殖和迁移[4]。与此同时，蓄积的炎症细胞、纤维成分会导致微循环障碍，引起局部组织缺氧，从而诱导血管生成[5]。大量研究显示[6]，缺氧可以介导缺氧诱导因子信号传导，激活血管生成。而组织损伤、炎症是血管生成的启动因素，损伤炎症引起的缺氧加速了这一过程。

在糖尿病足中，因局部缺血部位缺少血液灌注，出现广泛的缺氧、组织损伤，引起炎症级联反应，大量的促血管生成因子释放，从而激活血管生成[7]。局部组织缺氧刺激血管生成的发生，通过缺氧诱导因子的作用，启动促血管生成基因的转录[8]。在促血管生成因子的作用下，血管内皮细胞以及血管周围细胞被激活，原有的血管基底膜及细胞外基质（extracellular matrix，ECM）在缺血损伤部位发生降解和重构，内皮细胞通过ECM定向迁移至新的部位随之增殖和分化，最终形成新的基底膜和管腔结构[9，10]。在持续性的缺氧损伤过程中，损伤区域组织释放白细胞介素-6（IL-6）、白细胞介素-8（IL-8）等炎性因子，触发炎症级联反应而引起组织损伤，最终导致缺氧的持续发展。炎症是细胞缺血损伤后的基本生物学反应，持续性的炎症、炎症级联反应，会释放大量的炎症介质，这些介质通过诱导缺氧诱导因子-1（HIF-1）激活核因子-kB（NF-KB）通路，激发血管生成[11，12]。

2 促血管生成因子

2.1血管内皮生长因子（vascular endothelial growth factor，VEGF） VEGF主要由单一基因编码的同源二聚体糖蛋白构成，可直接刺激血管内皮细胞移动、增殖以及分裂，进而增加微血管通透性。VEGF作为血管形成的关键性刺激因子，在血管发生以及形成过程中起着中枢性的调控作用。缺氧、炎症、组织细胞损伤等可以诱导VEGF等促血管生成因子表达增多，从而使血管增生、管腔扩张、血管通透性增加等。在组织损伤早期阶段，VEGF通过增加血管通透性等作用，刺激血管内皮细胞的迁移、增殖及分化，重建侧支循环，同时介导细胞信号传导通路，通过前列腺环素分泌等途径，松弛血管平滑肌[13]，增加组织供氧量，从而减轻局部缺氧损伤。在正常血清中，VEGF的表达量较低，但在机体出现缺氧缺血损伤之后，局部组织VEGF及其受体的表达量会迅速上升，其通过基质金属蛋白酶9（matrix metalloproteinase precursor-9，MMP-9）的裂解与膜结合的受体酪氨酸激酶配体作用，释放可溶性肝细胞因子，从而动员内皮祖细胞（endothelial progenitor cell，EPC）促进血管生成，改善微循环。体外研究也证实，VEGF等促血管生成因子，可以诱导内皮细胞增殖、迁移，促进毛细血管网络的生成[14]。在发生短暂缺血后，VEGF作用于内皮细胞膜表面的血管内皮细胞生长因子受体（vascular endothelial growth factor receptor，VEGFR）激活下游信号通路，发挥抗凋亡、抗炎、促血管生成的作用，见图1。

2.2血小板反应素（Thrombospondins，TSPs） TSPs家族有 5 个成员，为细胞外基质糖蛋白，在哺乳动物的多种生物过程中起着至关重要的作用，包括细胞增殖、细胞迁移、血管生成、伤口愈合等[15]。其中，TSP-1和TSP-2为抑制血管生成蛋白[16]。由于TSP-1和TSP-2抑制MMP-2和MMP-9的蛋白水解活化，这些TSP可能潜在地抑制TSP-3在心脏相关部位的表达[17]。TSP-4是一种分泌型蛋白，能与胶原、非胶原结合，调控细胞迁移、增殖、连接、粘附以及血管生成、神经发育、组织架构、器官发育，通过介导TGF-β受体，活化smad3通路，正反馈使TSP-4表达增加[18]，促进血管生成。有研究结果表明miR-142的缺失导致TSP-4的过度表达，将增强肝细胞癌的迁移和肿瘤血管侵袭。相反，对TSP-4敲降则会抑制癌细胞的迁移和侵袭，并抑制其诱导的血管生成[19]。通过在缺氧缺血所致的组织损伤治疗中的应用，TSP-4有望成为糖尿病足治疗的新靶点。

2.3碱性成纤维细胞生长因子（basic fibroblast growth factor，b-FGF） 有研究表明，在FontaineⅣ期临界肢体缺血患者在植入单核细胞后肢体得到明显恢复[20]。另外也有报道在b-FGF与单核细胞治疗合并给药，以及严格的感染控制下，慢性肾功能衰竭和严重足趾坏疽的糖尿病患者得以成功保肢[21]。有研究结果显示在糖尿病并发外周动脉疾病时，感染局部给予抗生素控制，合并使用b-FGF治疗，在糖尿病足患肢的血管造影中可以观察到新生血管的出现，说明b-FGF的治疗可能会达到改善患肢血供，恢复肢体功能的目的[22]。

2.4缺氧诱导因子-1α（hypoxia inducible factor-1，HIF-1α） HIF-1α是调节对缺氧的适应性反应的关键转录因子。研究结果显示在高血糖的环境下，HIF-1α穩定性和活化受到影响，导致HIF-1靶基因的表达在体内和体外受到抑制，阻碍伤口愈合[23]。有数据表明在2型糖尿病中VEGF/VEGFR受体途径受损，经过表皮生长因子刺激的间充质干细胞可通过HIF-1α、VEGF/VEGF受体和eNOS途径促进损伤组织周围区域血管形成，恢复局部组织血流状态[24]。有研究显示20（S）-原人参二醇（20（S）-protopanaxadiol，20（S）-PPD）通过PI3K/Akt/mTOR和Raf/MEK/ ERK信号级联激活p70S6K，增加HIF-1α合成，并通过HIF-1α介导的VEGF表达来刺激血管生成[25]。

2.5白细胞介素-6（interleukin-6，IL-6） 大量研究表明IL-6可以促进血管生成，IL-6可以直接诱导离体主动脉环血管生成，以及促进内皮细胞增殖和迁移，具有与VEGF相似的效力。但与VEGF不同的是，在IL-6刺激作用下新生的血管有缺陷的周细胞覆盖[26]。研究显示IL-6可能是参与结肠直肠癌的血管生成的关键的炎性细胞因子[27-29]，而更高水平的IL-6和VEGF-A能显著增强内皮细胞的增殖、迁移和血管形成，促进糖尿病足缺血组织的恢复[30]。

2.6单核细胞趋化因子1（monocyte chemoattractant protein-1，MCP-1） MCP-1是一种单核细胞趋化因子，可以对单核细胞和巨噬细胞发挥作用，其作用途径包括超氧阴离子的诱导、细胞因子的产生和粘附分子的表达[31]。单核细胞进入缺血组织受到许多因素包括趋化因子，如MCP-1和VEGF-A的调节[32]。但是，来自糖尿病患者的单核细胞显示出特异性针对VEGF-A的趋化性缺陷[33]。高血糖诱导患者血管内皮细胞和视网膜色素上皮细胞产生MCP-1，并且被认为是促进糖尿病血管并发症的诱因[31]。

2.7总结 目前促血管生成因子在糖尿病足中的作用机制尚不完全清楚，不同促血管生成因子发挥的作用不尽相同，表1从作用途径、主要特点、抑制剂类型等方面对不同血管生成因子进行比较。

3 展望

目前，在糖尿病足的治疗过程中联合应用促血管生成因子的生物医学方案是一种新的治疗策略。临床试验数据证实，在安全性方面，促血管生成因子在临床应用中并未增加肿瘤发生率；在有效性方面，促血管生成因子应用后，许多实验指标得以改善，局部缺血组织血流恢复，组织功能得到明显改善[34]。促血管生成因子在糖尿病足治疗中的作用机制十分复杂，缺血损伤修复过程中，伴随着促血管生成因子表达的增加，最终出现血管结构增多及功能改善。有研究显示，血管生成减少或促血管生成功能降低与促血管生成因子缺陷存在相关性[35]。促进血管生成因子生理性的表达上升参与组织损伤修复、循环改善，但在病理情况下，促血管生成因子参与炎症级联反应并与缺血/再灌注损伤关系密切，还可能诱导硬化斑块破裂，内出血以及增加能量的代谢消耗[36]。目前促血管生成因子在糖尿病足中的作用机制尚不完全清楚，需要开展更多的分子及细胞生物学研究，比如基因编辑等，使促血管生成因子联合干细胞作为细胞药物，通过介入等治疗手段治疗糖尿病足，深入探讨其与其他因子及不同可移植细胞间的相互作用，进一步分析构建治疗糖尿病足的细胞因子网络，为糖尿病足的治疗提供更为安全有效的治疗策略。

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收稿日期：2018-8-24；修回日期：2018-9-4

編辑/成森