干细胞治疗糖尿病足溃疡

随着经济水平发展，我国糖尿病（diabetes mellitus，DM）发病率已从上个世纪80年代的0.67％上升至2013年的10.4％，即有超过1个亿DM患者，这是一个庞大的数字。近年来，我国医疗水平显著提高，DM诊断和治疗逐渐规范，预防理念被公众认识和接受，DM的总体发病率下降至9.7％。糖尿病足溃疡（diabetic foot ulceration，DFU）作为临床上重要的难治性慢性伤口之一，其治疗是一项系统工程，除了全面的内科血糖调控，外科清创、抗菌及辅助用药治疗外，患者的积极配合同样重要^[1]。据研究统计^[2]，全球每20s就有1例DM患者因DFU而截肢，DFU患者年死亡率高达11％，而截肢患者死亡率更达到了20％以上。在我国50岁以上的糖耐病患者中，DFU 的发病率为8.1％。一项来自国内某医院的回顾性研究显示，2001年至2015年期间共计1771例DFU患者总截肢率为18.24％，其中大截肢为2.32％，小截肢为15.92％；截肢患者血糖控制较差、炎症指标高、合并下肢血管病变率更高。而关于DFU类型，在2005对中国部分省市DFU调查发现，足部溃疡患者以混合型（神经缺血型）为主，约63.2％，其次为缺血型，约20.5％，而神经型溃疡约为19.1％。DFU常给患者家庭带来沉重的经济负担。在美国，糖尿病治疗费用中25％用于DFU治疗，DFU患者平均每年14次门诊，1.5次住院，花费3.3万美元。2004年在中华医学会糖尿病学分会组织的对全国11个省市、14家三级甲等医院全年门诊和住院DFU患者进行的调查研究显示平均住院天数为26d，平均每人费用为1.4 万元。显然，按照目前的物价水平，DF患者的实际住院费用将远远超过这个花费^[3]。

图1 糖尿病足溃疡示意图

已在临床前及临床研究中应用过的干细胞（stem cell，SC）包括脐带血间充质干细胞、脐带间充质干细胞、胎盘间充质干细胞、脂肪间充质干细胞和骨髓间充质干细胞等，其中脂肪间充质干细胞应用最为广泛。此外，可过表达某些细胞因子的基因工程SC表现出与常规SC不同的体内特性，为未来的临床应用提供了新的思路。根据SC的来源，用于治疗DFU的SC可分为自体间充质干细胞和异体间充质干细胞^[4]。

SC具有可增殖、分化及分泌大量细胞因子、外泌体等特点，这决定了其在体内作用机制的复杂性。研究发现间充质干细胞可聚集在伤口附近并分化成多种皮肤细胞，如角质细胞、内皮细胞、周细胞等，促进伤口的愈合。分泌多种细胞因子是SC发挥作用的重要机制，研究显示人乳牙牙髓间充质干细胞（human exfoliated deciduous teeth，SHED）可加速DFU溃疡创面愈合，在SHED 治疗组，SD大鼠外周血血管内皮生长因子、内皮一氧化氮合酶、基质金属蛋白酶-2（matrix metalloproteinase -2，MMP -2）及MMP -9等细胞因子表达量显著高于对照组，在治疗后的第7天和第14天，炎症细胞因子IL-10要显著低于对照组，可见免疫调节是SHED发挥作用的重要机制。除了上述发现，越来越多证据显示microRNA和lncRNA在DFU溃疡修复中扮演重要角色，而RNA是SC分泌的重要信息传导和调节分子。研究报道骨髓源间充质干细胞分泌含有lncRNA -H19 的外泌体可加速DFU溃疡愈合，预测lncRNA -H19的靶标为miR-152-3p，后者则靶向同源性磷酸酶-张力蛋白（phosphatase and tensin homolog，PTEN），因此，SC通过分泌表达lncRNA -H19阻断lncRNA -H19/miR -152 -3p -PTEN信号通路，进而抑制肥大细胞在炎症和凋亡中的作用，而促进伤口愈合^[5]。

图2 人类干细胞的分化用途

研究已证实SC及衍生物可用于治疗DFU，显著提高DFU溃疡愈合，但确切机制仍有待进一步的深入探索。鉴于SC治疗机制的复杂性和安全性考虑，开发具有同样效果但成分或作用机制简单明了的SC或其它细胞衍生物成为重要研究方向，SC及其它细胞衍生物展现出可观的应用前景，势必在未来的临床应用中扮演重要角色^[6]。除了显著促进溃疡部位创面愈合外，SC治疗DFU研究正迅速拓展至糖尿病治疗上。现阶段研究发现SC可归巢至胰岛，并可被诱导成胰岛素分泌细胞，但尚未有诱导SC分化为成熟的、有功能的胰岛β细胞的研究报道，可作为有潜力探索方向。

参考文献

[1] Zelen CM, Serena TE, Snyder RJ. A prospective, randomised comparative study of weekly versus biweekly application of dehydrated human amnion/chorion membrane allograft in the management of diabetic foot ulcers. Int Wound J. 2014 Apr;11(2):122-8. doi: 10.1111/iwj.12242. Epub 2014 Feb 21. PMID: 24618401; PMCID: PMC4235421.

[2] Elsharawy MA, Naim M, Greish S. Human CD34+ stem cells promote healing of diabetic foot ulcers in rats. Interact Cardiovasc Thorac Surg. 2012 Mar;14(3):288-93. doi: 10.1093/icvts/ivr068. Epub 2011 Dec 1. PMID: 22159252; PMCID: PMC3290362.

[3] Hou C, Shen L, Huang Q, Mi J, Wu Y, Yang M, Zeng W, Li L, Chen W, Zhu C. The effect of heme oxygenase-1 complexed with collagen on MSC performance in the treatment of diabetic ischemic ulcer. Biomaterials. 2013 Jan;34(1):112-20. doi: 10.1016/j.biomaterials.2012.09.022. Epub 2012 Oct 8. PMID: 23059006.

[4] Gadelkarim M, Abushouk AI, Ghanem E, Hamaad AM, Saad AM, Abdel-Daim MM. Adipose-derived stem cells: Effectiveness and advances in delivery in diabetic wound healing. Biomed Pharmacother. 2018 Nov;107:625-633. doi: 10.1016/j.biopha.2018.08.013. Epub 2018 Aug 14. PMID: 30118878.

[5] Becerra-Bayona SM, Solarte-David VA, Sossa CL, Mateus LC, Villamil M, Pereira J, Arango-Rodríguez ML. Mesenchymal stem cells derivatives as a novel and potential therapeutic approach to treat diabetic foot ulcers. Endocrinol Diabetes Metab Case Rep. 2020 Jul 5;2020:19-0164. doi: 10.1530/EDM-19-0164. Epub ahead of print. PMID: 32698128; PMCID: PMC7354732.

[6] Kassem DH, Kamal MM. Wharton's Jelly MSCs: Potential Weapon to Sharpen for Our Battle against DM. Trends Endocrinol Metab. 2020 Apr;31(4):271-273. doi: 10.1016/j.tem.2020.01.001. Epub 2020 Feb 5. PMID: 32035737.