《Scientific Reports》：Gene expression analysis of diabetic foot ulcers reveals the potential impact of Levofloxacin on wound healing
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本研究针对糖尿病足溃疡(DFU)中抗生素滥用可能加剧氧化应激、延缓伤口愈合的临床争议，通过分析左氧氟沙星治疗患者组织样本，发现该药物显著上调TGF-β1、NFE2L2、HMOX-1及MMP-9基因表达，提示抗生素可能通过诱导氧化应激干扰伤口愈合通路，为临床合理用药提供了分子依据。
糖尿病足溃疡(DFU)是糖尿病最严重且治疗成本最高的并发症之一，全球范围内，每30秒就有一名糖尿病患者因足部问题而截肢。这些慢性不愈合的伤口不仅给患者带来巨大的痛苦，也给医疗系统带来了沉重的经济负担。在临床治疗中，抗生素是控制感染、促进伤口愈合的常用手段，但关于抗生素在DFU治疗中的角色一直存在争议。一方面，抗生素的过度使用和滥用导致了日益严重的耐药性问题；另一方面，有证据表明，某些抗生素本身可能诱导氧化应激，从而破坏糖尿病患者本已失衡的氧化还原平衡，进而对伤口愈合产生负面影响。然而，抗生素究竟如何从分子层面影响伤口愈合，其具体机制尚不明确。
为了填补这一知识空白，来自巴基斯坦卡拉奇生物技术与基因工程研究所(KIBGE)的Nazia Hassan、Amber Ilyas、Syeda Nuzhat Nawab等研究人员在《Scientific Reports》上发表了一项题为“Gene expression analysis of diabetic foot ulcers reveals the potential impact of Levofloxacin on wound healing”的研究。该研究首次通过基因表达分析，揭示了抗生素左氧氟沙星(Levofloxacin)可能通过诱导氧化应激，改变关键基因的表达，从而延缓糖尿病足溃疡的愈合过程。
研究思路与方法
为了探究抗生素对糖尿病足溃疡愈合的分子影响，研究人员设计了一项病例对照研究。他们从卡拉奇市立医院糖尿病足诊所招募了30名参与者，并将其分为三组：10名接受左氧氟沙星(500 mg，每日两次，持续超过三周)治疗的DFU患者(DFU+Ab组)、10名未接受抗生素治疗的DFU患者(DFU-Ab组)以及10名非糖尿病健康志愿者作为对照组(C组)。研究人员收集了所有参与者的组织样本，并利用实时荧光定量PCR(RT-qPCR)技术，精确检测了四组关键基因的表达水平：转化生长因子-β1(TGF-β1)、核因子E2相关因子2(NFE2L2，又称Nrf2)、血红素加氧酶-1(HMOX-1)以及基质金属蛋白酶-9(MMP-9)。这些基因分别代表了伤口愈合、氧化应激反应和细胞外基质重塑等关键生物学过程。此外，研究还通过生物信息学分析，包括基因本体论(GO)分析、京都基因与基因组百科全书(KEGG)通路富集分析以及蛋白质-蛋白质相互作用(PPI)网络分析，深入挖掘了这些基因之间的功能联系。
研究结果
基线特征与临床参数
研究结果显示，DFU在男性中的患病率高于女性，这与既往研究一致。三组参与者在年龄和体重指数(BMI)方面无显著差异，表明研究结果的差异不太可能由这些基线特征引起。然而，与对照组相比，DFU患者的空腹血糖(FBS)、随机血糖(RBS)和糖化血红蛋白(HbA1c)水平均显著升高，这证实了高血糖状态与DFU的发生发展密切相关。
抗生素显著上调伤口愈合相关基因的表达
基因表达分析揭示了抗生素治疗的显著影响。与对照组相比，接受左氧氟沙星治疗的DFU患者(DFU+Ab组)其TGF-β1、NFE2L2、HMOX-1和MMP-9基因的表达均显著上调。这表明，抗生素的介入可能诱导了氧化应激，从而改变了伤口部位这些关键基因的表达水平。
DFU本身已存在基因表达异常，抗生素加剧了这种改变
研究人员进一步比较了未接受抗生素治疗的DFU患者(DFU-Ab组)与对照组。结果显示，即使在没有抗生素的情况下，DFU患者体内这四种基因的表达水平也显著高于健康对照组，但上调的幅度小于抗生素治疗组。这一发现表明，糖尿病足溃疡本身就是一个高氧化应激状态，而抗生素的加入进一步加剧了这种状态。
抗生素治疗组基因表达显著高于非抗生素治疗组
为了直接比较抗生素的影响，研究人员将DFU+Ab组与DFU-Ab组进行了对比。结果明确显示，接受左氧氟沙星治疗的DFU患者，其TGF-β1、NFE2L2、HMOX-1和MMP-9基因的表达水平均显著高于未接受抗生素治疗的DFU患者。这直接证明了抗生素在DFU的分子病理过程中扮演了重要角色。
热图分析直观展示基因表达模式
热图分析直观地展示了不同组别间基因表达模式的差异。结果显示，NFE2L2和TGF-β1在抗生素治疗组中呈现出最高的表达水平，进一步证实了抗生素在调控氧化应激和伤口愈合通路中的核心作用。
生物信息学分析揭示基因功能网络
GO和KEGG富集分析表明，这四种基因共同参与了氧化应激反应、炎症反应、细胞迁移以及血管生成等生物学过程。PPI网络分析则显示，TGF-β1、NFE2L2、HMOX-1和MMP-9在功能上存在紧密的相互作用，形成了一个复杂的调控网络，共同影响伤口愈合的进程。
结论与讨论
本研究首次在人体组织水平上证实，抗生素左氧氟沙星能够显著改变糖尿病足溃疡中关键基因的表达谱。研究结果表明，抗生素可能通过诱导氧化应激，上调TGF-β1、NFE2L2、HMOX-1和MMP-9等基因的表达，从而干扰正常的伤口愈合过程。
在讨论中，研究人员提出了一个可能的分子机制模型。在糖尿病状态下，高血糖和缺氧环境已经导致了氧化还原失衡。抗生素的介入，特别是左氧氟沙星这类杀菌性抗生素，可能通过破坏线粒体功能，进一步加剧了活性氧(ROS)的产生。过量的ROS一方面激活了TGF-β/Smad信号通路，导致TGF-β1的过度表达，这可能促进过度的纤维化和组织重塑异常；另一方面，ROS也激活了Nrf2/Keap1通路，导致NFE2L2及其下游靶基因HMOX-1的表达上调，这是细胞应对氧化应激的一种保护性反应。然而，在糖尿病这种慢性病理状态下，这种保护性反应可能变得功能失调，反而加剧了炎症反应。同时，MMP-9的过度表达可能导致细胞外基质(ECM)的过度降解，破坏了伤口愈合所必需的支架结构。
这项研究的意义在于，它挑战了抗生素在DFU治疗中“百利而无一害”的传统观念，揭示了抗生素在控制感染之外，可能对宿主细胞产生直接的分子影响。这提示临床医生在治疗DFU时，应更加审慎地评估抗生素使用的必要性和疗程，避免不必要的长期用药。此外，该研究也为开发新的治疗策略提供了思路，例如，将抗氧化剂与抗生素联合使用，可能有助于减轻抗生素诱导的氧化应激损伤，从而改善伤口愈合的结局。
总之，这项研究为理解抗生素在糖尿病足溃疡愈合中的复杂作用提供了新的分子证据，强调了在临床实践中实现感染控制与宿主反应平衡的重要性，为改善DFU患者的预后指明了新的方向。
