糖尿病足的分子機制課件

糖尿病足的分子機制

糖尿病足的分子機制1糖尿病足定義糖尿病足是發(fā)生于糖尿病患者，與局部神經(jīng)異常和下肢遠端外周血管病變相關(guān)的足部感染、潰瘍和/或深層組織破壞。有文獻報道糖尿病足患者有25%-44%是神經(jīng)性的、10%是缺血性的、45%-60%是神經(jīng)缺血性，感染常是最后的共同途徑。糖尿病足定義糖尿病足是發(fā)生于糖尿病患者，與局部神經(jīng)異常和下肢2病因及危險因素周圍神經(jīng)病變、缺血性血管病變和感染共同作用的結(jié)果。微循環(huán)障礙是病變的重要因素。吸煙、穿鞋不合適等危險因素。病因及危險因素周圍神經(jīng)病變、缺血性血管病變和感染共同作用的結(jié)3臨床表現(xiàn)神經(jīng)病變足病

溫暖皮膚干燥可觸及足部脈搏有潰瘍，但無不適胼胝存在

缺血性足病

發(fā)冷或發(fā)涼萎縮或經(jīng)常沒有汗毛觸不到足部脈搏觸痛或疼痛較常見跛行或靜息痛抬高時皮膚變白，低垂時變紅

臨床表現(xiàn)神經(jīng)病變足病缺血性足病4

分子機制晚期糖基化終末產(chǎn)物（AGEs）

AGEs是過量的糖和蛋白質(zhì)結(jié)合的產(chǎn)物在DF患者持續(xù)的高血糖環(huán)境下，某些結(jié)構(gòu)蛋白、功能蛋白及核酸蛋白會發(fā)生非酶糖基化反應產(chǎn)生AGEsAGEs與單核巨噬細胞的表面受體相互作用可以激活核因子-κB（NF-κB），而核因子-kB又可以誘導細胞黏附分子的基因轉(zhuǎn)錄，細胞黏附分子的作用在于能夠聚集并滯留血管內(nèi)皮下的單核細胞，導致血液黏稠度增加，易引發(fā)早期動脈粥樣硬化。

分子機制晚期糖基化終末產(chǎn)物（AGEs）5NF-κB是一種幾乎存在于所有細胞的轉(zhuǎn)錄因子，廣泛參與集體防御反應、組織損傷和應激、細胞分化和凋亡以及腫瘤生長等過程。NF-κB（p50-p65二聚體）靜止狀態(tài)下與抑制蛋白（IκB）結(jié)合成無活性；受體激活后可將IκB激酶（IKK）激活，IKK使IκB磷酸化，導致IκB與NF-κB解離，NF-κB得以活化?；罨腘F-κB進入細胞核，作用于相應的增強子原件，影響多種細胞因子、黏附因子、免疫受體、急性時相蛋白和應激反應蛋白基因的轉(zhuǎn)錄。NF-κB是一種幾乎存在于所有細胞的轉(zhuǎn)錄因子，廣泛參與集體防6分子機制細胞間黏附分子-1（ICAM-1）ICAM-1屬于免疫球蛋白超家族成員，是一種跨膜的單鏈糖蛋白，血管內(nèi)皮細胞、白細胞、上皮細胞等多種細胞可以表達ICAM-1，而其中最強的是血管內(nèi)皮細胞。ICAM-1是反映內(nèi)皮功能障礙的標志物，黏附分子所介導白細胞粘附和遷移是動脈粥樣硬化的最早期病理改變，可能是大血管病變的基本環(huán)節(jié)。分子機制7糖尿病大血管病變患者血ICAM-1增高可能是由于慢性糖尿病狀態(tài)時，高血糖、胰島素敏感性降低及胰島素抵抗等所致的血壓增高、血清CRP增高、血管內(nèi)皮損傷等原因所致。ICAM-1與下肢動脈硬化斑塊的形成及斑塊的穩(wěn)定性均有關(guān)，間接反映出糖尿病患者下肢動脈粥樣硬化的嚴重程度，可能會成為預測糖尿病患者血管病變的有效因子?？扇苄约毎g黏附分子-1（sICAM-1）是由表達于細胞表面的ICAM-1脫落入血液而成（ELISA法、美國USCNLIFE公司提供的試劑盒及美國BIO-RAD680型全自動酶標儀檢測）糖尿病大血管病變患者血ICAM-1增高可能是由于慢性糖尿病狀8

分子機制多聚合酶（PARP）多聚合酶（PARP）是一類催化聚ADP核糖化的核酶，廣泛存在于除酵母外所有真核細胞中，具有修復DNA損傷、調(diào)控基因轉(zhuǎn)錄、促細胞分裂和維持染色質(zhì)及基因組穩(wěn)定等生理功能。此外，PARP還被證實參與心血管疾病、炎癥、衰老、腫瘤等病生理過程。糖尿病的高糖環(huán)境可以刺激細胞生成大量活性氧簇（ROS）和活性氮簇（RNS），攻擊DNA造成DNA單鏈或雙鏈斷裂，從而激活PARP。

分子機制多聚合酶（PARP）9PARP在細胞核內(nèi)在Asp124和Gly215之間被Caspase剪切后，使PARP羧基端的催化結(jié)構(gòu)域(89kD)和氨基端的DNA結(jié)合結(jié)構(gòu)域(24kD)相分離，從而使PARP失去其酶活力。結(jié)果：PARP對于細胞的穩(wěn)定和存活非常重要，PARP失去酶活力會加速細胞的不穩(wěn)定。PARP在細胞核內(nèi)在Asp124和Gly215之間被Casp10分子機制一氧化氮合酶

人體內(nèi)NO主要是由一氧化氮合酶催化L-精氨酸產(chǎn)生的，一氧化氮合酶是NO產(chǎn)生過程的限速酶。NO在心血管系統(tǒng)中發(fā)揮作用的可能機制是通過提高細胞中鳥苷酸環(huán)化酶（GC）的活性，促進磷酸鳥苷環(huán)化產(chǎn)生環(huán)一磷酸鳥苷，使細胞內(nèi)cGMP水平增高，繼而激活依賴cGMP的蛋白激酶對心肌肌鈣蛋白Ⅰ的磷酸化作用加強，肌鈣蛋白c對Ca2+的親合性下降，肌細胞膜上K+通道活性也下降，cGMP的蛋白激酶增強，從而導致血管舒張。分子機制一氧化氮合酶11DF患者的足部潰瘍皮膚和正常皮膚中的精氨酸酶和一氧化氮合酶以及內(nèi)皮型一氧化氮合酶的水平要比正常皮膚中的水平明顯升高。發(fā)生糖尿病足的患者中，其內(nèi)皮細胞依賴性和內(nèi)皮細胞非依賴性血管舒張功能已經(jīng)減退。DF患者的足部潰瘍皮膚和正常皮膚中的精氨酸酶和一氧化氮合酶以12分子機制神經(jīng)營養(yǎng)因子

營養(yǎng)因子包括神經(jīng)生長因子（NGF）、神經(jīng)營養(yǎng)素-3(NT-3)、神經(jīng)營養(yǎng)素-4(NT-4)、神經(jīng)營養(yǎng)素-5(NT-5)、胰島素、胰島素樣生長因子-I(IGF-I)、胰島素樣生長因子-Ⅱ(IGF-Ⅱ)和源于神經(jīng)膠質(zhì)細胞系統(tǒng)的神經(jīng)營養(yǎng)因子(GDNF)等DF患者胰島素缺乏及高血糖-山梨醇相關(guān)的Schwann細胞損害，均使NGF合成減少，影響基因表達調(diào)控，神經(jīng)微絲、微管mRNA水平下降而合成減少，最終導致神經(jīng)軸索營養(yǎng)障礙，再生受損，嚴重則纖維萎縮、脫落。分子機制神經(jīng)營養(yǎng)因子13分子機制糖醛還原酶（AR）

體內(nèi)葡萄糖首先在多元醇通路中被AR還原成山梨醇，山梨醇又在果糖還原酶的作用下形成果糖。AR的活性隨著體內(nèi)血糖濃度升高而增強，長期高血糖環(huán)境使細胞內(nèi)山梨醇和果糖含量增多，導致細胞滲透壓升高、細胞水腫。已有研究表明，AR基因的多態(tài)性及ARmRNA水平與糖尿病足微循環(huán)病變有關(guān)，亦有臨床研究表明給予DF患者AR抑制劑有助于糖尿病足微循環(huán)病變的治療。分子機制糖醛還原酶（AR）14分子機制凋亡基因激活

DF病變與細胞凋亡有密切關(guān)系，現(xiàn)已知bcl-2、bax、fas、pax-3、CPP32等因子是細胞凋亡的主要調(diào)節(jié)基因DF患者體內(nèi)細胞凋亡因子bax、bc1-2的表達水平要明顯高于在足靜脈潰瘍患者體內(nèi)的表達水平有研究發(fā)現(xiàn)：周細胞在持續(xù)暴露的高糖環(huán)境中并不會加速其凋亡，而在用培養(yǎng)了內(nèi)皮細胞后的高糖環(huán)境培養(yǎng)的周細胞的凋亡速度卻顯著加快。這一實驗結(jié)果表明，周細胞的凋亡速度或許與在高糖環(huán)境下周細胞和內(nèi)皮細胞的相互作用有關(guān)，高糖條件下培養(yǎng)的內(nèi)皮細胞產(chǎn)生的一些可溶性物質(zhì)可能對周細胞的加速凋亡起關(guān)鍵性的作用。分子機制凋亡基因激活15分子機制免疫因素

研究表明，我國的糖尿病患者多數(shù)病因為自身免疫性疾病，通過對糖尿病患者血清的檢測發(fā)現(xiàn)，糖尿病患者血清中存在多種自身抗體，如谷氨酸脫羧酶抗體、胰島細胞抗體、胰島素抗體，這些自身抗體還能與神經(jīng)生長因子發(fā)生交叉反應，引起糖尿病患者神經(jīng)及組織損傷。免疫相關(guān)蛋白、細胞：免疫球蛋白IgM、IgG和IgA，T淋巴細胞亞型(CD3、CD4、CD8、CD4／CD8)等，其免疫失衡也可以作為糖尿病足檢測的免疫指標分子機制免疫因素16分子機制研究顯示，①潰瘍足患者的細胞因子與高危足相比顯著上調(diào)；②潰瘍足患者有較高的CRP和IL-6，并且足潰瘍程度呈正相關(guān)；③CRP和IL-6與IL-8無關(guān)；④潰瘍足患者中巨噬細胞炎性蛋白1α、巨噬細胞移動抑制因子、IL-10升高，IL-8、單核細胞趨化蛋白1不變。糖尿病足的發(fā)病中，其與微血管的病變高度相關(guān)，其中在糖尿病合并微血管病變的患者中，補體成分C3、C4水平增高，這就導致具有細胞毒和促炎作用的膜攻擊復合物(MAC)沉積，引起細胞溶解、凋亡、死亡。分子機制研究顯示，①潰瘍足患者的細胞因子與高危足相比顯著上調(diào)17分子機制IL-18

IL-18通過刺激釋放了γ-干擾素(IFN-γ)導致動脈粥樣硬化的發(fā)生血清IL-18的水平也快速上升，隨著血糖的恢復又可快速恢復，尤其在糖耐量異常者中其IL-18升高的水平較高。IFN-γ上調(diào)經(jīng)典II型抗原提呈途徑，促進CD4+T細胞特異肽的活化；IFN-γ刺激后進一步上調(diào)專職抗原提呈細胞及其他細胞表面MHC-II類分子表達，增強抗原呈遞，促進動脈粥樣硬化過程中炎癥反應。NKT細胞能識別脂質(zhì)抗原，IFN-γ可增強NKT細胞活性，促進細胞對修飾脂質(zhì)的吞噬，加速斑塊進展。分子機制IL-1818分子機制IFN-γ可抑制巨噬細胞脂蛋白脂酶活性，提高細胞內(nèi)三酰甘油水平；細胞表面細胞膽固醇清除受體（SR-β1）受IFN-γ刺激下調(diào)，使膽固醇排除減少，促進泡沫細胞形成。IFN-γ刺誘導中性粒細胞和外周血單核細胞向內(nèi)皮細胞的黏附，上調(diào)內(nèi)皮細胞中VCAM-1，ICAM-1，CXCL10，CCL2基因轉(zhuǎn)錄，適度增加細胞內(nèi)E-選擇素和P-選擇素，CXCL1，CXCL8，CCL5，COX-2基因轉(zhuǎn)錄，綜合作用是促進內(nèi)皮炎癥反應。分子機制IFN-γ可抑制巨噬細胞脂蛋白脂酶活性，提高細胞內(nèi)三19THANKYOU!THANKYOU!20

糖尿病足的分子機制

糖尿病足的分子機制21糖尿病足定義糖尿病足是發(fā)生于糖尿病患者，與局部神經(jīng)異常和下肢遠端外周血管病變相關(guān)的足部感染、潰瘍和/或深層組織破壞。有文獻報道糖尿病足患者有25%-44%是神經(jīng)性的、10%是缺血性的、45%-60%是神經(jīng)缺血性，感染常是最后的共同途徑。糖尿病足定義糖尿病足是發(fā)生于糖尿病患者，與局部神經(jīng)異常和下肢22病因及危險因素周圍神經(jīng)病變、缺血性血管病變和感染共同作用的結(jié)果。微循環(huán)障礙是病變的重要因素。吸煙、穿鞋不合適等危險因素。病因及危險因素周圍神經(jīng)病變、缺血性血管病變和感染共同作用的結(jié)23臨床表現(xiàn)神經(jīng)病變足病

溫暖皮膚干燥可觸及足部脈搏有潰瘍，但無不適胼胝存在

缺血性足病

發(fā)冷或發(fā)涼萎縮或經(jīng)常沒有汗毛觸不到足部脈搏觸痛或疼痛較常見跛行或靜息痛抬高時皮膚變白，低垂時變紅

臨床表現(xiàn)神經(jīng)病變足病缺血性足病24

分子機制晚期糖基化終末產(chǎn)物（AGEs）

AGEs是過量的糖和蛋白質(zhì)結(jié)合的產(chǎn)物在DF患者持續(xù)的高血糖環(huán)境下，某些結(jié)構(gòu)蛋白、功能蛋白及核酸蛋白會發(fā)生非酶糖基化反應產(chǎn)生AGEsAGEs與單核巨噬細胞的表面受體相互作用可以激活核因子-κB（NF-κB），而核因子-kB又可以誘導細胞黏附分子的基因轉(zhuǎn)錄，細胞黏附分子的作用在于能夠聚集并滯留血管內(nèi)皮下的單核細胞，導致血液黏稠度增加，易引發(fā)早期動脈粥樣硬化。

分子機制晚期糖基化終末產(chǎn)物（AGEs）25NF-κB是一種幾乎存在于所有細胞的轉(zhuǎn)錄因子，廣泛參與集體防御反應、組織損傷和應激、細胞分化和凋亡以及腫瘤生長等過程。NF-κB（p50-p65二聚體）靜止狀態(tài)下與抑制蛋白（IκB）結(jié)合成無活性；受體激活后可將IκB激酶（IKK）激活，IKK使IκB磷酸化，導致IκB與NF-κB解離，NF-κB得以活化。活化的NF-κB進入細胞核，作用于相應的增強子原件，影響多種細胞因子、黏附因子、免疫受體、急性時相蛋白和應激反應蛋白基因的轉(zhuǎn)錄。NF-κB是一種幾乎存在于所有細胞的轉(zhuǎn)錄因子，廣泛參與集體防26分子機制細胞間黏附分子-1（ICAM-1）ICAM-1屬于免疫球蛋白超家族成員，是一種跨膜的單鏈糖蛋白，血管內(nèi)皮細胞、白細胞、上皮細胞等多種細胞可以表達ICAM-1，而其中最強的是血管內(nèi)皮細胞。ICAM-1是反映內(nèi)皮功能障礙的標志物，黏附分子所介導白細胞粘附和遷移是動脈粥樣硬化的最早期病理改變，可能是大血管病變的基本環(huán)節(jié)。分子機制27糖尿病大血管病變患者血ICAM-1增高可能是由于慢性糖尿病狀態(tài)時，高血糖、胰島素敏感性降低及胰島素抵抗等所致的血壓增高、血清CRP增高、血管內(nèi)皮損傷等原因所致。ICAM-1與下肢動脈硬化斑塊的形成及斑塊的穩(wěn)定性均有關(guān)，間接反映出糖尿病患者下肢動脈粥樣硬化的嚴重程度，可能會成為預測糖尿病患者血管病變的有效因子?？扇苄约毎g黏附分子-1（sICAM-1）是由表達于細胞表面的ICAM-1脫落入血液而成（ELISA法、美國USCNLIFE公司提供的試劑盒及美國BIO-RAD680型全自動酶標儀檢測）糖尿病大血管病變患者血ICAM-1增高可能是由于慢性糖尿病狀28

分子機制多聚合酶（PARP）多聚合酶（PARP）是一類催化聚ADP核糖化的核酶，廣泛存在于除酵母外所有真核細胞中，具有修復DNA損傷、調(diào)控基因轉(zhuǎn)錄、促細胞分裂和維持染色質(zhì)及基因組穩(wěn)定等生理功能。此外，PARP還被證實參與心血管疾病、炎癥、衰老、腫瘤等病生理過程。糖尿病的高糖環(huán)境可以刺激細胞生成大量活性氧簇（ROS）和活性氮簇（RNS），攻擊DNA造成DNA單鏈或雙鏈斷裂，從而激活PARP。

分子機制多聚合酶（PARP）29PARP在細胞核內(nèi)在Asp124和Gly215之間被Caspase剪切后，使PARP羧基端的催化結(jié)構(gòu)域(89kD)和氨基端的DNA結(jié)合結(jié)構(gòu)域(24kD)相分離，從而使PARP失去其酶活力。結(jié)果：PARP對于細胞的穩(wěn)定和存活非常重要，PARP失去酶活力會加速細胞的不穩(wěn)定。PARP在細胞核內(nèi)在Asp124和Gly215之間被Casp30分子機制一氧化氮合酶

人體內(nèi)NO主要是由一氧化氮合酶催化L-精氨酸產(chǎn)生的，一氧化氮合酶是NO產(chǎn)生過程的限速酶。NO在心血管系統(tǒng)中發(fā)揮作用的可能機制是通過提高細胞中鳥苷酸環(huán)化酶（GC）的活性，促進磷酸鳥苷環(huán)化產(chǎn)生環(huán)一磷酸鳥苷，使細胞內(nèi)cGMP水平增高，繼而激活依賴cGMP的蛋白激酶對心肌肌鈣蛋白Ⅰ的磷酸化作用加強，肌鈣蛋白c對Ca2+的親合性下降，肌細胞膜上K+通道活性也下降，cGMP的蛋白激酶增強，從而導致血管舒張。分子機制一氧化氮合酶31DF患者的足部潰瘍皮膚和正常皮膚中的精氨酸酶和一氧化氮合酶以及內(nèi)皮型一氧化氮合酶的水平要比正常皮膚中的水平明顯升高。發(fā)生糖尿病足的患者中，其內(nèi)皮細胞依賴性和內(nèi)皮細胞非依賴性血管舒張功能已經(jīng)減退。DF患者的足部潰瘍皮膚和正常皮膚中的精氨酸酶和一氧化氮合酶以32分子機制神經(jīng)營養(yǎng)因子

營養(yǎng)因子包括神經(jīng)生長因子（NGF）、神經(jīng)營養(yǎng)素-3(NT-3)、神經(jīng)營養(yǎng)素-4(NT-4)、神經(jīng)營養(yǎng)素-5(NT-5)、胰島素、胰島素樣生長因子-I(IGF-I)、胰島素樣生長因子-Ⅱ(IGF-Ⅱ)和源于神經(jīng)膠質(zhì)細胞系統(tǒng)的神經(jīng)營養(yǎng)因子(GDNF)等DF患者胰島素缺乏及高血糖-山梨醇相關(guān)的Schwann細胞損害，均使NGF合成減少，影響基因表達調(diào)控，神經(jīng)微絲、微管mRNA水平下降而合成減少，最終導致神經(jīng)軸索營養(yǎng)障礙，再生受損，嚴重則纖維萎縮、脫落。分子機制神經(jīng)營養(yǎng)因子33分子機制糖醛還原酶（AR）

體內(nèi)葡萄糖首先在多元醇通路中被AR還原成山梨醇，山梨醇又在果糖還原酶的作用下形成果糖。AR的活性隨著體內(nèi)血糖濃度升高而增強，長期高血糖環(huán)境使細胞內(nèi)山梨醇和果糖含量增多，導致細胞滲透壓升高、細胞水腫。已有研究表明，AR基因的多態(tài)性及ARmRNA水平與糖尿病足微循環(huán)病變有關(guān)，亦有臨床研究表明給予DF患者AR抑制劑有助于糖尿病足微循環(huán)病變的治療。分子機制糖醛還原酶（AR）34分子機制凋亡基因激活

DF病變與細胞凋亡有密切關(guān)系，現(xiàn)已知bcl-2、bax、fas、pax-3、CPP32等因子是細胞凋亡的主要調(diào)節(jié)基因DF患者體內(nèi)細胞凋亡因子bax、bc1-2的表達水平要明顯高于在足靜脈潰瘍患者體內(nèi)的表達水平有研究發(fā)現(xiàn)：周細胞在持續(xù)暴露的高糖環(huán)境中并不會加速其凋亡，而在用培養(yǎng)了內(nèi)皮細胞后的高糖環(huán)境培養(yǎng)的周細胞的凋亡速度卻顯著加快。這一實驗結(jié)果表明，周細胞的凋亡速度或許與在高糖環(huán)境下周細胞和內(nèi)皮細胞的相互作用有關(guān)，高糖條件下培養(yǎng)的內(nèi)皮細胞產(chǎn)生的一些可溶性物質(zhì)可能對周細胞的加速凋亡起關(guān)鍵性的作用。分子機制凋亡基因激活35分子機制免疫因素

研究表明，我國的糖尿病患者多數(shù)病因為自身免疫性疾病，通過對糖尿病患者血清的檢測發(fā)現(xiàn)，糖尿病患者血清中存在多種自身抗體，如谷氨酸脫羧酶抗體、胰島細胞抗體、胰島素抗體，這些自身抗體還能與神經(jīng)生長因子發(fā)生交叉反應，引起糖尿病患者神經(jīng)及組織損傷。免疫相關(guān)蛋白、細胞：免疫球蛋白IgM、IgG和IgA，T淋巴細胞亞型(CD3、CD4、CD8、CD4／CD8)等，其免疫失衡也可以作為糖尿病足檢測的免疫指標分子機制免疫因素36分子機制研究顯示，①潰瘍足患者的細胞因子與高危足相比顯著上調(diào)；②潰瘍足患者有較高的CRP和IL-6