糖尿病伤口愈合研究成热点
糖尿病是一种常见的慢性代谢障碍，而糖尿病伤口愈合更是一项极为复杂的生理过程，至今仍没有非常理想的治疗方案。近日，在Sci. Adv.、AFM等国际著名期刊上连续发表了多篇关于糖尿病伤口愈合的研究工作，展示了新型治疗方案的巨大前景。
在糖尿病伤口愈合过程中，加速血管生成能够向修复组织提供营养和氧气，对于伤口愈合来说非常关键。而诸如血管内皮生长因子（VEGF）等药剂的递送则非常有利于血管生成和伤口闭合。肝素（heparin）水凝胶是比较常见的VEGF递送系统，其在最初的数个小时内会集中突释VEGF，这就要求VEGF的添加量非常巨大以保证长期释放的效果。然而，水凝胶中大量的VEGF可能会造成异常的血管生成等副作用。因此，目前亟需改善VEGF递送系统保证长期连续释放的同时还能减小副作用的风险。
此外，在糖尿病伤口处存在着糖基化残留物，结合高血糖症状会导致伤口处巨噬细胞从促炎性M1表型转变成抗炎性M2表型的能力减弱，从而导致M1巨噬细胞的富集、强化了严苛的微环境（长期炎症、强烈的蛋白质水解、过度的氧化应激）。因此，理想的糖尿病愈合策略不仅需要刺激血管生成，还需要调节巨噬细胞极化状态以减少局部炎症。
（糖尿病足及其中的糖尿病伤口，图片来源：网络）
细菌疗法带来治疗新思路
合成生物学的快速发展使得活细菌可以作为生物分子工厂来治疗代谢疾病、感染以及癌症等。例如可分泌纤连蛋白的工程化细菌被成功用于控制干细胞的生长及分化。根据合成生物学，陆军军医大学的Jing Wang、罗高兴、邓君和中科院北京纳米能源与系统研究所的李舟等人联合提出可对非致病性细菌，即乳酸乳球菌（Lactococcus lactis）进行编程，并将其装载到肝素-泊咯沙姆（heparin-poloxamer）水凝胶中用于优化糖尿病伤口愈合过程。在治疗过程中，乳酸乳球菌可持续分泌VEGF和乳酸，其中VEGF可加速血管生成，而乳酸则可以作为代谢物信号分子诱导M1巨噬细胞进行类M2极化转变，从而逆转糖尿病伤口的炎症和蛋白质水解状态。相关工作以“Engineering Bacteria-Activated Multifunctionalized Hydrogel for Promoting Diabetic Wound Healing”为题发表在Advanced Functional Materials。
一、细菌活化多功能水凝胶
乳酸乳球菌是一种非致病性的益生菌，利用质粒编码VEGF进行基因改造可形成分泌VEGF的工程化细菌（LL_VEGF）（图1）。经过诱导，改造过的工程化细菌可持续分泌VEGF，并在3小时左右达到最高值（每109个细胞可产生约6 ng），随后在超过24小时的时间里释放量逐渐减少（这是由于VEGF的半衰期较短造成的）。为了稳定并提高VEGF的活化，必须构建相应的载体材料。为了解决这一问题，作者设计了肝素和泊咯沙姆共轭聚合物（HP），与工程化细菌一道可集成为温敏性的杂化水凝胶材料（HP@LL_VEGF）。
蛋白质分泌动力学实验发现，与装载了工程化细菌的单纯泊咯沙姆水凝胶相比，经过肝素改性的HP水凝胶在装载工程化细菌后能够在24小时内持续释放VEGF并将VEGF的释放浓度逐步增至10 ng mL–1左右，同时24小时的VEGF释放总量也显著提高。这些结果说明，肝素具有保护VEGF不失活的生物学效应，并且可以限制VEGF的扩散以实现局部释放，最终放大血管生成信号。
图1细菌活化多功能水凝胶
二、HP@LL_VEGF在细菌生长、巨噬细胞极化、血管生成方面的作用
在活体研究中，由于水凝胶的存在，这些益生菌被局部限制在伤口中。通过水凝胶限制营养供应和物理装载，可在24小时内有效减少细菌扩散和加强生物防护。如图2所示，通过监测局部炎症诱导的充血情况，研究发现经过HP@LL_VEGF处理的伤口周边的充血情况得到缓解，表明免疫反应得到了改善。伤口切片的免疫荧光染色表征则发现，在HP@LL_VEGF处理的伤口处，iNOS M1标记物阳性细胞的比例显著减少，而CD206、Arg1 M2 标记物阳性细胞的浸润和分布则得到了强化，这一结果说明HP@LL_VEGF驱动巨噬细胞表型转变以促进组织修复和再生。此外，通过监测伤口位点的血流量和检测血管内皮细胞标志物CD31，研究发现HP@LL_VEGF处理的伤口可展现更高的血流灌注和CD31表达，证明HP@LL_VEGF治疗可重建伤口处的结构性/功能性血管网络。
图2HP@LL_VEGF在活体对细菌生长、巨噬细胞极化、血管生成的影响
三、HP@LL_VEGF提高糖尿病伤口修复和再生能力
在活体治疗实验中，作者建立了糖尿病小鼠模型，在这些模型中，小鼠伤口即便在超过20天的时间里也很难愈合，相比之下正常小鼠的伤口可在12天里愈合。而当这些糖尿病小鼠伤口经过HP@LL_VEGF处理后，伤口闭合速度显著加快——在第6天就有接近50%的闭合程度，在第12天伤口闭合程度更是达到90%左右（图3）。这些结果不仅说明了HP@LL_VEGF的治疗效果优于其他对照组，也表明生长信号的强化和对免疫反应的调节的联合作用是一种高效的治疗策略。
图3HP@LL_VEGF治疗糖尿病伤口
结论
作者总结到，目前的非手术性糖尿病伤口治疗方案包括血糖控制、伤口清创以及使用伤口敷料。而常用的伤口敷料主要是水状胶质、水凝胶和泡沫敷料，这些敷料可以吸收伤口渗出物，但缺乏可以调节伤口微环境的生物活性分子。这些生物活性分子如生长因子、干细胞等在临床治疗糖尿病伤口方面自身也面临着诸多问题，包括容易失活、较低的生物利用度以及单一的伤口微环境调节能力。因此，发展可有效稳定释放生物活性分子以调节伤口微环境的新型敷料可以说是迫在眉睫。HP@LL_VEGF水凝胶可同时稳定地释放生物活性蛋白质和免疫调节分子，削弱炎症性微环境的同时还能刺激血管生成，符合上述临床需求，为提高糖尿病伤口愈合开辟了新的思路。
文献链接：
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202105749
来源：高分子科学前沿
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