综述:糖尿病伤口愈合的分子机制:聚焦 Wnt/β-catenin 和 MAPK/ERK 信号通路

【字体: 时间:2025年05月14日 来源:Cytokine 3.7

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  这篇综述聚焦糖尿病伤口愈合难题,探讨 Wnt/β-catenin 和 MAPK/ERK 信号通路(在糖尿病伤口愈合中的作用。阐述正常与糖尿病伤口病理生理机制,指出靶向这些通路或为治疗糖尿病伤口带来新策略,为后续研究提供思路。

  

引言


糖尿病(Diabetes mellitus,DM)是一种慢性代谢疾病,持续高血糖会引发多种并发症,其中糖尿病伤口,尤其是足部溃疡,危害极大。全球范围内,糖尿病患者中约 25% 会在患病过程中出现足部或皮肤溃疡,每年糖尿病患者占非创伤性下肢截肢病例的 50 - 70%。亚洲、欧洲、非洲的糖尿病伤口患病率分别为 5.5%、5.1%、7.2% ,印度糖尿病慢性溃疡(DCUs)平均患病率在 12 - 15%。

高血糖会激活多元醇通路,使有害代谢物如山梨醇积累,损伤血管和神经组织,影响血流。同时,高血糖还会导致上皮细胞功能障碍,减少促血管生成信号和一氧化氮(NO)生成,削弱白细胞活性,损害免疫功能,这些都阻碍了伤口愈合。而且,糖尿病患者患糖尿病溃疡的终生风险为 15 - 28%,5 年内复发率达 50 - 70%。

研究发现,Wnt 信号通路中的关键基因 TCF7L2 存在单核苷酸多态性(SNPs),可能影响疾病进展和伤口愈合,Wnt 蛋白对维持组织完整性和代谢功能意义重大。因此,探究 Wnt/β-catenin、MAPK/ERK 信号系统与糖尿病溃疡的关系,对寻找新的治疗靶点和策略至关重要。

正常伤口病理生理学的机制洞察


受伤后,止血阶段随即启动,组织因子(TF)作为凝血级联反应的关键膜糖蛋白被激活,它能促使血小板和单核细胞活化。同时,TF 与病原体相关分子模式(PAMPs,如细菌脂多糖)、损伤相关分子模式(DAMPs,如细胞碎片和 RNA)共同引发炎症阶段,这两个阶段是同步进行的。

糖尿病伤口病理生理学的机制洞察


已有研究表明,多种相关因素会阻碍糖尿病患者的伤口愈合:

  • 葡萄糖代谢紊乱:异常的葡萄糖代谢和晚期糖基化终末产物的积累,会抑制单核巨噬细胞活性和内皮细胞增殖,还会干扰内皮细胞与白细胞之间的相互作用。
  • 微血管变化:表现为广泛的内皮细胞增殖异常等改变,影响伤口处的血液供应。

Wnt/β-catenin 信号通路


首个 Wnt 基因 “int-1” 由 Nusse 和 Varmus 发现,给小鼠接种小鼠乳腺肿瘤病毒(MMTV)后,int-1 在肿瘤整合位点过度表达。在果蝇中,wingless(Wg)基因是 int-1 的同源基因,二者统称 Wnt。Wnt 信号系统在物种间高度保守。

Wnt/β-catenin 在慢性伤口中的作用


糖尿病慢性溃疡(DCU)的发展历经止血、炎症、伤口扩展、重塑四个相互重叠的阶段。治疗 DCU 面临的主要难题包括血管化不足、伤口持续感染、真皮细胞分化受损(这对新血管形成至关重要)。Wnt/β-catenin 信号通路在伤口愈合中发挥着重要作用,它可以调节皮肤色素沉着、真皮厚度和血管生成。然而,糖尿病的高血糖环境会抑制该通路的活性。

MAPK/ERK 信号通路


细胞外信号调节激酶 1/2(ERK1/2)是丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)家族的重要成员,在细胞信号转导中不可或缺,它能将细胞外刺激传递到细胞内。MAPK 级联反应是控制细胞分化、增殖、应激反应等重要功能的关键信号通路,由三到五层蛋白激酶组成,包括 MAPK 激酶激酶 - 激酶(MAP4K)、MAPK 激酶 - 激酶(MAP3K)、MAPK 激酶(MAPKK)、MAPK 和 MAPK 激活的蛋白激酶(MAPKAPK) 。

MAPK/ERK 结构和功能


在众多信号网络中,MAPK 信号传递途径对调节细胞的多种生理功能至关重要,如细胞分裂、生长、发育和死亡。以 ERK 为核心的 ERK/MAPK 信号系统,主要负责调控细胞增殖和分化,它通过经典的 MAPK 酶促级联反应发挥作用,即上游激活剂、MAP3K、MAPKK 依次激活 。

Wnt 和 MAPK/ERK 信号之间的相互作用


Wnt 配体除了启动经典的 Wnt/β-catenin 信号通路外,还会激活包括 MAPK 级联反应在内的多条非经典通路。具体来说,Wnt 信号可强烈激活 p38 MAPK,这一过程依赖 G 蛋白和 Dishevelled。激活后的 p38 MAPK 能抑制糖原合成酶激酶 3β(GSK3β)的激酶活性,进而调节 Wnt/β-catenin 通路。同样,Wnt 诱导的 c-Jun 氨基末端激酶(JNK)激活,也是通过一个复杂的信号网络实现的。

MAPK 信号通路


MAPK 通路是细胞内最重要的信号网络之一,它对血管生成、细胞凋亡、分化、肿瘤转移和细胞增殖等过程都有调控作用。在真核细胞中,已发现细胞外信号调节激酶(ERK)、p38 MAPK、JNK / 应激激活蛋白激酶(SAPK)和 ERK5 这四条不同的 MAPK 级联反应。每个 MAPK 级联反应都通过至少三个基本层次发挥作用:MAP3K、MAPKK 和 MAPK。

ERK 信号通路


细胞外信号调节激酶(ERK)信号通路,也就是常见的 Ras–Raf–MEK–ERK 通路,属于传统的 MAPK 级联反应。该通路对控制细胞增殖、分化、凋亡等生物学过程至关重要,它通过分层酶促级联反应发挥功能,其中 ERK 蛋白作为关键信号转导分子,通常位于细胞质中,负责传递促有丝分裂信号。

未来方向


越来越多的证据显示,靶向细胞内信号通路,尤其是 Wnt/β-catenin 和 MAPK/ERK 通路,有望恢复糖尿病患者正常的伤口愈合过程。这两条通路是细胞增殖、分化、迁移和血管生成的核心调节因子,而这些过程在糖尿病伤口中往往处于失调状态。

干细胞疗法


干细胞疗法是治疗糖尿病慢性溃疡(DCUs)的一项重要进展,分为自体和异体两种治疗方式。自体干细胞包括骨髓来源的干细胞(BMMSCs 和 BMMNCs),其中含有间充质干细胞(MSCs)、炎症细胞祖细胞和多能干细胞,通过局部、直接和肌肉注射等方式应用,可有效改善伤口愈合指标。外周血来源的干细胞(PBSCs 和 PBMNCs)在经过适当处理后,也能发挥促进伤口愈合的作用。

结论


糖尿病伤口愈合的病理生理学过程十分复杂,给临床治疗带来了巨大挑战,目前的治疗方法效果有限。这篇综述全面阐述了 Wnt/β-catenin 和 MAPK/ERK 信号通路在糖尿病伤口愈合中的关键作用,以及它们作为潜在治疗靶点的可能性。研究表明,糖尿病伤口存在独特的分子和细胞改变,如血小板功能受损等。未来,深入研究这些信号通路,开发针对性的治疗策略,将为糖尿病伤口的治疗带来新的希望。

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