中医药干预自噬促进皮肤创面愈合的研究进展

李琳琳,郭 晶,朱朝军,卢旭亚,张朝晖

(1. 天津中医药大学第二附属医院,天津 300150;2. 天津中医药大学研究生院,天津 300193)

皮肤创面愈合是由多细胞、多细胞因子、多机制参与的连续动态复杂过程,深入研究皮肤创面的愈合机制对于促进创面愈合以及研发新的治疗药物具有重要的意义。细胞自噬作为维持细胞稳态、实现细胞更新再生的重要生理过程,其具有清除细胞质内受损或衰老细胞器、有害分泌蛋白的作用,已有研究证实皮肤溃疡创面的细胞自噬能够参与创面炎症反应、细胞能量代谢、创面上皮再生、新生血管形成以及组织结构重塑等病理过程［1］。中医药治疗皮肤溃疡具有明显的临床疗效,并且越来越多研究发现,中医药干预创面细胞自噬可能是其发挥治疗作用的机制之一,因此,本文总结近年文献,对皮肤溃疡创面自噬作用机制特点以及中医药干预创面自噬促进慢性皮肤溃疡愈合的研究概述如下。

1 自噬参与皮肤创面修复

皮肤创面修复是一个连续的、多步骤、相互重叠的复杂的生物学过程,主要过程包括初期炎症反应阶段、中期创面增殖阶段( 溃疡疮面血管新生、肉芽组织形成、上皮化等) 以及后期组织重塑阶段。目前研究结果发现自噬基本全程参与了皮肤创面的愈合过程,如早期炎症阶段具有抗炎、抗感染效应,防止创面组织炎症过度反应加重组织损伤。在增殖阶段,创面缺氧环境诱导自噬激活,发挥其抗细胞凋亡作用,促进细胞存活,促进新生血管形成,加速创面上皮化进程。在重塑阶段,成纤维细胞自噬能影响增生性瘢痕的形成,现将自噬在皮肤创面修复过程中的具体作用机制分述如下。

1.1自噬抗炎症效应 皮肤创面感染后即处于炎症反应期,此时创面内大量炎性细胞(中性粒细胞、单核细胞、巨噬细胞)活化,导致释放大量炎症因子,引起创面持续炎症反应,炎症反应的剧烈程度直接影响创面愈合的进程,而自噬在此阶段具有明显的抗炎和抗感染效应。在炎症反应阶段,中性粒细胞被招募到损伤部位并通过吞噬作用、活性氧(ROS)的产生、中性粒细胞胞外陷阱(neutrophil extracellular traps,NETs)［2］的释放来发挥抗炎作用。有研究表明,自噬与中性粒细胞特异性生物学功能密切相关。例如,用肺炎链球菌体外感染人中性粒细胞可诱导自噬并增强其吞噬活性,而暴露于自噬抑制剂可大大降低吞噬率［3］。此外,某些自噬相关基因(Atg5/7)缺陷的小鼠,其中性粒细胞中脱颗粒和ROS水平显著降低［4］。诱导自噬发生可以进一步提高NETs的产生和脓毒症小鼠的存活率［5］。另有研究发现,远红外治疗能够上调LC3-Ⅱ、Beclin-1蛋白表达来促进巨噬细胞中自噬小泡的形成并激活自噬,从而抑制NLRP3炎症小体的形成并减少了IL-1β分泌［6］。此外,巨噬细胞自噬功能障碍促进其向M1表型极化,而自噬诱导则促进其向M2表型极化,从而缓解炎症反应,促进创面组织修复［7-8］。

1.2自噬与创面新生血管形成 创面新生血管的形成是创面愈合过程中的重要环节之一,新生血管能够保证创面肉芽组织有足够的氧气和血供,在创面血管形成的过程中,内皮细胞呈现出增殖、迁移、出芽和延伸以及新生血管腔逐渐形成的动态过程。已有较多研究表明,自噬通过影响内皮细胞的活动从而影响新生血管形成。首先,自噬不仅能够保护内皮细胞抵抗凋亡,促进细胞存活,还能保护内皮细胞免受氧化应激损伤［9-10］。缺氧诱导的自噬不仅能作为内皮细胞的保护剂,同时又能诱导血管生成［11-12］。Guo等［13］研究发现,间歇性缺氧通过干预AMPK/mTOR 信号通路诱导自噬,降低人脐静脉内皮细胞(human umbilical vein endothelial cells,HUVECs)凋亡率,改善其细胞功能。Jeong等［14］通过自噬抑制剂(3-MA)或沉默自噬相关基因(Atg5-siRNA)等方法抑制自噬后,血管内皮细胞迁移活动以及血管形成均受到抑制。另有研究以c57小鼠全层皮肤切除为动物模型,创面局部注射自噬激动剂雷帕霉素干预的间充质干细胞(mesenchymal stem cells,MSCs)后,LC3-Ⅱ表达上调,同时可以通过MAPK/ERK1/2信号通路刺激MSCs中VEGF旁分泌,促进创面血管再生［15］。

1.3自噬与创面再上皮化 皮肤创面再上皮化是指角质形成细胞从基底层向角质层迁移并同时发生增殖与分化的过程,有研究表明,自噬参与角质形成细胞的增殖、分化从而促进创面再上皮化。Qiang等［16］研究证实角质形成细胞自噬可以调节小鼠伤口愈合,创伤能够诱导小鼠皮肤中自噬基因表达,而特异性Atq5/7基因敲除后的小鼠伤口新表皮中的角质细胞增殖和分化率低于野生型小鼠,并且延缓创面再上皮化和伤口闭合。同时自噬缺陷可能导致角质形成细胞DNA受损,细胞增殖周期停滞,抗氧化应激能力降低［17］。PDZ结合激酶(PDZ-binding kinase,PBK)是一种能够通过介导 p38激活促进细胞增殖的蛋白酶。有研究表明PBK抑制了人表皮角质形成细胞的增殖,而Beclin1的丢失下调了PBK,提示Beclin1通过PBK信号通路调节人表皮角质形成细胞的增殖［18］。此外,Zhang等［19］研究表明,在损伤早期形成的缺氧微环境会诱导大量ROS的产生,激活p38和JNK -MAPK信号,上调BNIP3介导的自噬,并导致 LC3、Atg5、Beclin-1等蛋白的表达明显增加,促进角质形成细胞的迁移。李雄［20］研究报道MEBT/MEBO疗法可以上调自噬相关蛋白Beclin-1、LC3、角蛋白-19的表达,进而促进创面再上皮化。

总之,自噬在皮肤创面修复过程中发挥着重要的作用,但是自噬是一把双刃剑,其过度激活或者过度抑制均可能产生不同的生物学效应,如自噬激活有助于发挥细胞的抗炎效应,促进巨噬细胞表型转化等,但是巨噬细胞、内皮祖细胞和成纤维细胞的迁移则受自噬的抑制,因此自噬与皮肤创面修复之间的深入机制仍需要进一步探索。今后希望能够通过对不同的创面类型、创面修复的不同阶段、创面组织不同细胞的自噬活性开展更多基础和临床研究。

2 中医药干预自噬促进创面修复

中医药治疗皮肤创面历史悠久,经验丰富,并且在临床上取得了较好的疗效,特别是在一些慢性难愈性皮肤创面的治疗方面具有独特的优势。近年来在临床疗效的基础上,众多学者对于中医药治疗皮肤创面的作用机制展开了一系列研究,其中自噬也逐渐成为研究者的切入点,一些研究结果表明干预创面自噬可能是中医药促进创面修复的重要靶点之一。

湿润暴露疗法/湿润烧伤膏(MEBT/MEBO)是目前中医外治法治疗烧烫伤的治法之一。MEBO的主要中药成分有黄芩、地龙、黄连、黄柏、罂粟壳等,该药具有活血化瘀、清热解毒、祛腐生肌的功效。已有研究证实MEBT/MEBO能够通过调控 MMP-2和MMP-9,改善细胞超微病理结构,提高MAPKK、c-myc mRNA的表达水平,激活 PI3K-Akt-mTOR信号通路,合成创面促愈合蛋白等途径,促进慢性创面愈合［21-23］。其中,Zheng等［24］观察到在糖尿病创面愈合过程中,细胞自噬体呈现早期增加,后期减少的现象,同时也发现调控细胞自噬的PI3K-Akt-mTOR信号通路呈现先低后高表现,在创面愈合早期,MEBO可以刺激细胞自噬发生来清除坏死物质,维持细胞功能和稳态,促进创面修复,而在创面中、晚期,MEBO却能激活PI3K-Akt-mTOR信号通路,进而抑制细胞自噬,减少创面细胞凋亡,进一步促进创面愈合。麻华胆等［25］研究结果发现MEBT/MEBO可能通过诱导自噬蛋白ULK1的高表达,增强糖尿病大鼠创面细胞自噬功能从而促进糖尿病大鼠创面的愈合。因此,对创面细胞自噬的调控作用可能是MEBO促进创面修复的作用机制之一。

紫朱软膏是在我国著名中医外科学家奚九一教授的经验方“捞底膏”基础上进一步完善后提出的治疗创面有效的外用中药,其主要包含朱砂、紫草、黄芪、血竭、阿胶、冰片6味药物,上述药物主要针对创面“因虚致瘀、瘀久化热、热盛肉腐”的主要病机,具有“补气化瘀、清热解毒、化腐生肌”的功效。胡啸明等［26-27］研究结果显示,在治疗急性创面的过程中,与生理盐水对照组相比较,紫朱软膏组创面愈合速度及愈合率较高,同时能够减少创面IL-1β表达,促进MMP-9和TGF-β上调,在对自噬相关指标检测后发现,紫朱软膏组电镜下观察到的自噬体数量少于对照组,LC3、Beclin-1蛋白表达减少,因此,作者推测紫朱软膏可能通过抑制创面修复过程中细胞自噬来进一步促进创面愈合。

紫色疽疮膏由龙血竭、琥珀粉、乳香粉、冰片、珍珠粉等药物组成,全方具有活血化瘀通络、敛疮祛腐生肌的功效。王广宇等［28］研究了紫色疽疮膏干预血管内皮细胞自噬促进慢性血瘀型糖尿病足创面愈合的作用机制,该学者以慢性血瘀型糖尿病足患者的破溃创面组织为研究对象,并以肢体近端正常皮肤浅层真皮为对照组,比较2组创面组织中LC3Ⅱ/LC3Ⅰ、eNOS、p-mTOR蛋白表达情况,结果发现,治疗组治疗前LC3Ⅱ/LC3Ⅰ、p-mTOR蛋白表达低于正常对照组,提示糖尿病足创面组织内皮细胞自噬水平受到抑制,在治疗3 d、6 d后创面组织LC3Ⅱ/LC3Ⅰ、p-mTOR较治疗前有所上调,提示紫色疽疮膏治疗慢性糖尿病足溃疡作用机制可能与改善创面局部血运状态促进血液微循环,同时提高创面组织内皮细胞自噬水平有关。

长皮膏临床主要用于对慢性难愈型皮肤溃疡的治疗,临床疗效确切,该膏药主要由紫草、当归、大黄、甘草、象皮粉、轻粉、生地黄、地骨皮、白蜡、麻油等药物组成,诸药相伍,具有祛瘀活血通络、化腐生肌长皮之功效［29］。临床及实验研究表明长皮膏能够通过提高创面血管内皮生长因子表达、成纤维细胞增生,增加创面组织内神经营养因子(Nerve growth factor,NGF)分泌、降钙基因素相关肽(Calcitonin gene related peptide,CGRP)表达,从而促进创面新生血管形成及神经再生,改善创面血流供应,加速创面修复［30-33］。廖明娟等［34］研究观察了长皮膏对下肢静脉性溃疡创面组织的自噬通路相关蛋白LC3-Ⅱ和Beclin-1的影响,该研究将下肢静脉性溃疡患者随机分为长皮膏治疗组和重组牛碱性成纤维细胞生长因子对照组,每组各30例,治疗8周后,观察2组创面愈合率及创面肉芽组织中LC3-Ⅱ、Beclin-1的蛋白表达。结果发现,在治疗6周及8周后,长皮膏治疗组的疮面愈合率明显高于重组牛碱性成纤维细胞生长因子对照组,同时,治疗组创面组织中LC3-Ⅱ、Beclin-1蛋白表达高于对照组,说明长皮膏促进创面愈合作用机制可能与其诱导皮肤创面组织细胞自噬增强有关。

油桐花属于蔷薇亚纲大戟科植物油桐的花,具有消肿止痛止血,促进伤口愈合的功效［35］。研究表明,油桐花提取物可以上调大鼠烧烫伤创面组织中抑凋亡蛋白Bcl-2表达, 改善Bcl-2/Bax比值,减少创面细胞凋亡,促进创面愈合［36-37］。彭健等［38］学者观察油桐花提取物基于HIF-1α/Beclin1/LC3-Ⅱ信号通路促进烫伤大鼠创面愈合的作用机制。研究结果发现,油桐花提取物能够抑制烫伤大鼠血清HIF-1α、Beclin1及 LC3-Ⅱ的表达,同时降低烫伤大鼠创面组织中上述蛋白表达,提示油桐花提取物可能通过抑制创面细胞过度自噬而促进烫伤创面愈合。

姜黄素是从中药姜黄中提取的重要化合物之一,目前关于姜黄素的研究广泛,结果表明,姜黄素凭借其保肝、降脂、抗氧化、抗菌等作用被广泛用于肝脏疾病、肿瘤、糖尿病及其并发症、心脑血管疾病、慢性创面等的治疗［39-40］。越来越多研究显示姜黄素在慢性创面治疗中具有良好的效果［41］。有研究显示姜黄素对调节自噬的上游PI3K/Akt/mTOR信号通路有抑制作用,从而上调LC3-Ⅱ蛋白表达及自噬体数目发挥抗氧化作用,因此,姜黄素可能会作为通过干预自噬促进创面愈合的潜在药物之一［42］。

3 小 结

细胞自噬在皮肤溃疡创面修复整个阶段中扮演着重要的角色,但从目前研究结果来看,不同创面类型、创面的不同阶段、不同的细胞类型的自噬状态均可能影响创面修复过程,过度的自噬激活或者自噬抑制可能产生不同作用,因此,进一步理清自噬状态与创面修复的具体关系,可能会为今后开发基于自噬治疗皮肤创面的新型药物提供科学依据。中医外治法和中医外用药能够通过干预创面自噬促进慢性皮肤溃疡愈合,期待今后能够有更多的研究来证实上述内容,并从现代医学角度进一步丰富和发展中医外治法治疗皮肤创面的科学理论和内涵。

利益冲突:所有作者均声明不存在利益冲突