梅銀柳，吳 潔

（中國藥科大學(xué)生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，南京 211198）

糖尿病是一種慢性非傳染性疾病，目前已成為日益嚴(yán)峻的全球性公共衛(wèi)生問題。截至2019年，4. 63億成年人患有糖尿病，預(yù)計(jì)到2030年這一數(shù)字將增加到5. 78 億［1］。糖尿病的特征是高血糖、胰島素分泌不足或活性不足。高血糖會(huì)導(dǎo)致某些代謝途徑的激活，這些代謝途徑在異常狀態(tài)下會(huì)導(dǎo)致血管功能不足、神經(jīng)損害，進(jìn)而影響傷口愈合，如糖尿病足潰瘍（diabetic foot ulcers，DFUs）糖尿病患者一生中有15% ~ 25% 的概率發(fā)展為DFUs，愈合后5 年內(nèi)復(fù)發(fā)率為50% ~ 70%［2-3］，嚴(yán)重者最終會(huì)導(dǎo)致部分肢體或整個(gè)下肢截肢。

目前糖尿病患者傷口的基礎(chǔ)治療包括清創(chuàng)和清除感染；同時(shí)有濕性敷料、高壓氧治療、負(fù)壓傷口治療、皮膚移植、干細(xì)胞移植、人類生長因子和組織工程等新型生物治療策略［4］。但是上述部分方法在臨床應(yīng)用中存在缺陷［5］。例如，合成人造敷料無法有效釋放生物活性成分，天然敷料可能引起過敏反應(yīng)，組織工程類似物面臨血管生成減少和生理排斥的問題，慢性傷口中產(chǎn)生的內(nèi)源性酶會(huì)降解生長因子，而全身干細(xì)胞療法歸巢于靶組織的活細(xì)胞數(shù)量少［6］。納米顆粒作為一種新的局部藥物遞送系統(tǒng)有諸多優(yōu)點(diǎn)，可保護(hù)和負(fù)載藥物到特定靶點(diǎn)，緩控釋放藥物，減緩藥物降解，增強(qiáng)藥物在應(yīng)用區(qū)域滲透性，并能提高治療效果及減少不良反應(yīng)，展示出良好的應(yīng)用前景［6-7］。本文介紹了糖尿病傷口難愈的病理生理學(xué)，并對(duì)各種類型納米顆粒在動(dòng)物模型和臨床糖尿病患者傷口愈合研究中的應(yīng)用及作用機(jī)制進(jìn)行綜述。

1 糖尿病傷口愈合過程和病理生理學(xué)

正常傷口愈合過程包括4個(gè)相互關(guān)聯(lián)、相互重疊的階段：止血、炎癥、增生和組織重塑［8］。止血期包括局部血管收縮、血小板血栓和纖維蛋白激活形成凝塊限制出血，同時(shí)為新遷移的細(xì)胞提供一個(gè)支撐平臺(tái)［9］。止血期釋放的趨化因子吸引炎癥細(xì)胞，刺激駐地免疫細(xì)胞，兩者一起啟動(dòng)傷口愈合的炎癥期，此階段主要依賴于中性粒細(xì)胞與巨噬細(xì)胞對(duì)入侵微生物、壞死組織和凋亡細(xì)胞進(jìn)行清除。糖尿病傷口處炎癥細(xì)胞功能受損，凋亡異常，極易引發(fā)感染。炎癥信號(hào)傳導(dǎo)異常，炎癥介質(zhì)增加，使傷口處于慢性炎癥狀態(tài)難以進(jìn)入下一階段［10］。在增生期，角質(zhì)細(xì)胞、成纖維細(xì)胞和內(nèi)皮細(xì)胞在血小板和巨噬細(xì)胞分泌的細(xì)胞因子的作用下，支持損傷部位再上皮化、血管再生、膠原沉積和肉芽組織形成［11-13］。糖尿病狀態(tài)下高血糖、胰島素抵抗、氧化應(yīng)激水平高引起傷口血管新生和細(xì)胞增生減少，多種細(xì)胞因子及生長因子表達(dá)降低，導(dǎo)致傷口難以愈合。重塑期的主要特征是膠原蛋白沉積在有組織有秩序的網(wǎng)絡(luò)中，III型膠原被I型膠原替代［14］。許多新生成的毛細(xì)血管發(fā)生消退，使創(chuàng)面血管密度恢復(fù)正常［15］。傷口邊緣的肌成纖維細(xì)胞收縮傷口［16］。而對(duì)于糖尿病傷口而言，細(xì)胞凋亡異常和膠原轉(zhuǎn)化減少使得這一過程難以正常進(jìn)行。

神經(jīng)病變（神經(jīng)損傷）、感染和血管病變（血流量不足）是糖尿病傷口難愈的病理生理學(xué)原因。糖尿病周圍神經(jīng)病變（diabetic peripheral neuropa?thy，DPN）主要由于高血糖引起的微血管病變、代謝障礙、氧化應(yīng)激等所致。微血管病變使得血管擴(kuò)張減少和血管收縮增強(qiáng)，這種神經(jīng)內(nèi)膜微血管的功能變化加劇了神經(jīng)內(nèi)膜的缺氧，進(jìn)而導(dǎo)致DPN。長期高血糖狀態(tài)刺激醛糖還原酶和山梨醇脫氫酶生成增加，導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)積累大量的山梨醇和果糖，使細(xì)胞內(nèi)滲透壓升高，神經(jīng)施萬細(xì)胞和毛細(xì)血管細(xì)胞水腫、變性、壞死［17-18］；另外，葡萄糖和山梨醇的結(jié)構(gòu)類似于肌醇，競爭抑制神經(jīng)細(xì)胞肌醇的合成，中斷正常的神經(jīng)元傳導(dǎo)［19］。糖尿病中的糖代謝受損是導(dǎo)致氧化應(yīng)激的一個(gè)關(guān)鍵機(jī)制：過量的葡萄糖分流到如多元醇和己糖胺等其他代謝或非代謝途徑［20］，導(dǎo)致有毒代謝物的積累和煙酸腺嘌呤二核苷酸磷酸的過度消耗，從而增加細(xì)胞內(nèi)氧化應(yīng)激和對(duì)蛋白質(zhì)［21］、脂質(zhì)和DNA 的異常修飾，從而增加線粒體損傷和ROS 的過量產(chǎn)生，造成施萬細(xì)胞（Sehwann cells）丟失［22］。

糖尿病患者存在一定的血管病變，血管生成因子（如TGF-β、FGF2、VEGF）和血管抑制因子（如血小板反應(yīng)素、內(nèi)皮抑制素）之間處于不平衡狀態(tài)，新生血管的異常凋亡以及高血糖和慢性炎癥造成內(nèi)皮祖細(xì)胞歸巢功能受損，最終導(dǎo)致血管損傷，再生能力不足，造成傷口愈合損傷。

高血糖是細(xì)菌生長的良好培養(yǎng)基，主要是需氧革蘭氏陽性球菌，如金黃色葡萄球菌和β-溶血性鏈球菌。同時(shí)，糖尿病患者免疫系統(tǒng)受損，主要表現(xiàn)為白細(xì)胞功能缺陷和形態(tài)改變，這些加重了糖尿病患者感染風(fēng)險(xiǎn)［23］。

2 用于糖尿病創(chuàng)面愈合的納米顆粒類型

納米顆粒直徑在1 ~ 100 nm 不等，如今被廣泛應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)、藥物遞送、材料科學(xué)、環(huán)境治理和再生能源等領(lǐng)域。在傷口愈合領(lǐng)域，基于納米顆粒的傷口愈合療法也表現(xiàn)出新的前景和效益。由于納米材料的特性，納米顆粒有利于傷口愈合或者可作為無機(jī)骨架包封運(yùn)載藥物［24］。負(fù)載的藥物有活性分子（生長因子、多酚類化合物、基因、干細(xì)胞和藥物等）和非活性元素（金屬離子、一氧化氮、氧氣等）。

2. 1 碳基納米材料

碳基納米材料包括富勒烯、碳納米角、碳納米管和石墨烯。在傷口愈合領(lǐng)域，富勒烯和石墨烯通過改善傷口愈合的炎癥期與增生期可達(dá)到治療效果。富勒烯有強(qiáng)大的抗菌和抗炎作用，可以中和活性氧與活性氮［25］，對(duì)高血糖引起氧化應(yīng)激導(dǎo)致的組織損傷有緩解作用［26］。但是富勒烯之間有強(qiáng)烈的范德華力，導(dǎo)致溶解度下降，出現(xiàn)團(tuán)聚現(xiàn)象，具有毒性，影響人角質(zhì)細(xì)胞增殖。為改變這一現(xiàn)象，常使用己二羧基、三羧基和γ-環(huán)糊精對(duì)其功能化修飾［27］。Zhou等［28］設(shè)計(jì)合成了一系列抗氧化和對(duì)人角質(zhì)細(xì)胞活力無影響的富勒烯衍生物，利用改良的劃痕實(shí)驗(yàn)和體外人皮膚模型研究它們加速傷口愈合的能力。石墨烯為二維蜂窩晶格結(jié)構(gòu)，具有特殊的導(dǎo)電性、穩(wěn)定性、生物力學(xué)和生物相容性。還原的氧化石墨烯相對(duì)于石墨烯與氧化石墨烯毒性降低，一定濃度下可以誘導(dǎo)血管新生［29］。最近，研究者構(gòu)建了一種復(fù)合生物支架：間充質(zhì)干細(xì)胞嵌合氧化石墨烯，不僅改善了天然支架材料的理化特性，而且還構(gòu)建了用于糖尿病創(chuàng)面愈合的干細(xì)胞局部移植系統(tǒng)。復(fù)合生物支架在體外為干細(xì)胞和增殖提供良好環(huán)境，在糖尿病小鼠創(chuàng)面愈合期間，遞送間充質(zhì)干細(xì)胞支持血管新生和膠原沉淀，再上皮化［30］。負(fù)載抗氧化劑N-乙酰半胱氨酸的氧化石墨烯和膠原蛋白雜化膜在大鼠傷口模型上施用14 d 后，愈合程度上比對(duì)照組快22%，有望成為用于糖尿病創(chuàng)面愈合的新型敷料［31］。

2. 2 陶瓷納米顆粒

使用陶瓷納米顆粒中含有的二氧化硅及其衍生物，鈣鹽和羥磷灰石可運(yùn)用于傷口愈合［32］。鈣流入細(xì)胞可調(diào)節(jié)炎癥細(xì)胞浸潤、成纖維細(xì)胞增殖和角質(zhì)形成細(xì)胞遷移［33］。Kawai 等［34］設(shè)計(jì)膠原蛋白涂抹的鈣基納米顆粒，當(dāng)暴露在酸性條件下時(shí)，它很容易分解。通過改變CaCl2和甘油磷酸的濃度可修飾涂層溶液的離子組成。實(shí)驗(yàn)表明，鈣基納米顆粒通過增加體外成纖維細(xì)胞的鈣攝取，加速傷口收縮進(jìn)而促進(jìn)傷口愈合。

Gan 等［35］設(shè)計(jì)葡甘露聚糖修飾的二氧化硅納米顆粒通過誘導(dǎo)甘露糖受體在巨噬細(xì)胞表面聚集，有效激活巨噬細(xì)胞分化為M2 型表型。這種方式不同于遞送關(guān)鍵因子、巨噬細(xì)胞原位激活或加入外源性巨噬細(xì)胞，而是促進(jìn)巨噬細(xì)胞表型轉(zhuǎn)變以促進(jìn)傷口修復(fù)［36-38］。同時(shí)此顆粒自身有潛力通過刺激成纖維細(xì)胞的增殖和活化，促進(jìn)糖尿病創(chuàng)面的愈合能力［38-39］。

生物活性玻璃由SiO2、Na2O、CaO 和P2O5等組成，研究發(fā)現(xiàn)，其離子產(chǎn)物通過促進(jìn)巨噬細(xì)胞表達(dá)M2 表型，并刺激巨噬細(xì)胞表達(dá)更多的抗炎和血管生成生長因子，促進(jìn)成纖維細(xì)胞增殖和肉芽組織生長，進(jìn)而促進(jìn)糖尿病創(chuàng)面愈合［40］。

2. 3 金屬及金屬氧化物納米顆粒

銀納米顆粒（silver nanoparticles，AgNPs）具有廣譜抗菌活性，對(duì)真菌、細(xì)菌、酵母甚至病毒都有抗菌活性，可用于預(yù)防糖尿病傷口感染。豬接觸性皮炎模型揭示，AgNPs可顯著增加炎癥細(xì)胞的凋亡和降低促炎因子水平［41］。AgNPs通過抗菌特性，減少傷口炎癥，刺激角質(zhì)形成細(xì)胞的增殖和遷移來加速傷口愈合［42-43］。這可以改善DFUs中角質(zhì)形成細(xì)胞的過度增殖、不能完全分化和無遷移能力的缺陷［44］。但是，AgNPs會(huì)因許多因素（例如大小，固有特性和表面化學(xué)性質(zhì)）導(dǎo)致納米顆粒對(duì)細(xì)胞具有毒性。在醫(yī)學(xué)設(shè)計(jì)中，常用生物相容性的涂層材料或生物可降解或生物相容的納米顆粒改善其性能和降低其毒性［45］。Orlowski等［46］設(shè)計(jì)多酚修飾的金銀雙金屬納米顆粒，小鼠局部淋巴結(jié)實(shí)驗(yàn)表明其不會(huì)引起皮膚毒性反應(yīng)，對(duì)傷口愈合也有促進(jìn)作用。Acticoat?和SilvaSorb?是含AgNPs 的商業(yè)敷料［47］，通過提供持續(xù)性釋放Ag+，克服傷口液因形成陰離子和蛋白質(zhì)復(fù)合物而導(dǎo)致銀顆粒失活的缺點(diǎn)。

金納米顆粒（gold nanoparticles，Au NPs）具有抗氧化性，可以抑制脂質(zhì)過氧化，防止形成活性氧，對(duì)DFUs 的治療非常有效［48］。有研究者設(shè)計(jì)角質(zhì)細(xì)胞生長因子（keratinocyte growth factor，KGF）與AuNPs 結(jié)合形成納米復(fù)合材料，體內(nèi)實(shí)驗(yàn)表明其通過促進(jìn)上皮化和收縮傷口加速了糖尿病大鼠創(chuàng)面的愈合［49］。神經(jīng)節(jié)苷脂-單唾液酸3 合成酶（GM3S）是糖尿病小鼠過表達(dá)的已知靶點(diǎn)，可引起胰島素抵抗和阻礙傷口愈合。Randeria 等［50］研究表明，通過靶向GM3S siRNA 的球形核酸共軛AuNPs 在糖尿病小鼠中敲除GM3S，可逆轉(zhuǎn)其傷口愈合受損且無細(xì)胞毒性。

白蛋白修飾的硫化銅納米顆粒具有制備簡單、成本低、毒性小、生物相容性好等優(yōu)點(diǎn)。將此納米顆粒作為光熱治療試劑，不僅發(fā)揮硫化銅納米顆粒優(yōu)越的抗菌活性，而且具備良好光熱性能，已成功用于治療糖尿病傷口感染［51］。

另外氧化鈰納米顆粒（CeO2NPs）和氧化鋅納米顆粒（ZnONPs）也可運(yùn)用于傷口愈合。CeO2NPs可促進(jìn)細(xì)胞增殖和血管形成，在動(dòng)物模型中有很好的促傷口愈合作用［52］。將阻斷炎癥功效的miR-146a 與CeO2NPs 結(jié)合，成功促進(jìn)傷口愈合［53］。ZnONPs 具有抗菌、抑炎和防腐性能［47］，其中鋅離子可通過增加血小板聚集、角質(zhì)形成細(xì)胞遷移、上調(diào)VEGF和FGF等關(guān)鍵血管生長因子，并調(diào)節(jié)單核細(xì)胞分化為巨噬細(xì)胞來促進(jìn)傷口愈合過程［54］。

2. 4 聚合物納米顆粒

聚合物分為天然聚合物，包括蛋白質(zhì)（膠原蛋白、明膠、蠶絲、角蛋白和天然橡膠蛋白等）及多糖（甲殼素、殼聚糖、淀粉、海藻酸鹽、纖維素和透明質(zhì)酸等），和合成聚合物［聚乳酸- 羥基乙酸（PLGA）、聚己內(nèi)酯和聚乙二醇等］。他們由于其優(yōu)良的力學(xué)性能、生物相容性、生物降解性和非免疫原性［55］等多方面的特性，近年來在臨床和生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用顯著增加。

PLGA 水解的代謝單體乳酸和乙醇酸容易通過檸檬酸循環(huán)被人體代謝掉，以及乳酸可促進(jìn)血管新生［56］，故被FDA 批準(zhǔn)作為藥物遞送載體運(yùn)用于人體臨床試驗(yàn)［57］。包裹姜黃素的PLGA 納米顆粒能淬滅活性氧，抑制髓過氧化物酶，下調(diào)谷胱甘肽過氧化物和NF-kB的mRNA表達(dá)水平，進(jìn)而降低炎癥反應(yīng)，加速上皮再生，促進(jìn)肉芽組織形成［58］。Hasan 等［59］發(fā)明一種負(fù)載聚乙烯亞胺/二氮雜二酸的PLGA納米顆粒（PLGA-PEI/NO NPs），可作為NO供體，與耐甲氧西林金黃色葡萄球菌（MRSA）生物膜基質(zhì)結(jié)合并發(fā)揮抗菌作用，促進(jìn)傷口愈合能力。另有研究者制備了芝麻酚-PLGA納米混懸液，可通過增加再上皮化，膠原蛋白沉積，成纖維細(xì)胞遷移，炎癥細(xì)胞浸潤減少和血管再生促進(jìn)糖尿病大鼠傷口愈合［60］。

殼聚糖是氨基葡萄糖和N-乙酰氨基葡萄糖通過β-1，4-糖苷鍵連接形成，是幾丁質(zhì)一種活性去乙?；问?，因具有良好的生物相容性和生物可降解性，并且具有止血、組織再生、無毒、無免疫原性、刺激成纖維細(xì)胞增殖和抗菌活性，在傷口愈合中有廣泛的應(yīng)用。Sun 等［61］使用離子交聯(lián)法合成了含兒茶素、抗壞血酸、明膠和殼聚糖組合的納米顆粒，可通過增加糖尿病小鼠創(chuàng)面膠原的積累、促進(jìn)血管生成、減少炎癥細(xì)胞的浸潤最終促進(jìn)創(chuàng)面愈合。Riberiro 等［62］制備包含胰島素的殼聚糖納米顆粒，可促進(jìn)糖尿病大鼠傷口愈合。

2. 5 脂質(zhì)納米顆粒

傳統(tǒng)的脂質(zhì)體是脂質(zhì)雙分子層圍繞一個(gè)親水內(nèi)核。而脂質(zhì)納米顆粒則不同，它擁有致密電子的內(nèi)核，內(nèi)核中陽離子/可電離的脂質(zhì)與多陰離子的RNA 通過靜電吸附作用自組裝呈倒置膠束［63-64］。正是這種結(jié)構(gòu)使脂質(zhì)納米顆粒擁有優(yōu)越的穩(wěn)定性和結(jié)構(gòu)的可塑性，可以負(fù)載RNA 在腫瘤免疫治療中發(fā)揮作用［65］。最近有研究者針對(duì)TNFα，設(shè)計(jì)了一種負(fù)載siRNA 的脂質(zhì)納米顆粒，局部使用可使糖尿病鼠創(chuàng)面TNF-α 的mRNA 表達(dá)降低50% 左右［66］。脂質(zhì)納米顆粒負(fù)載具有抗菌、抗氧化和降血糖的桉樹精油或迷迭香精油，同時(shí)為防止納米顆粒聚集用卵磷脂作為表面活性劑，用于糖尿病大鼠燒傷模型，可加速組織修復(fù)能力［67］。

納米遞送載體在遞送、保護(hù)和緩釋藥物、延長有效藥物作用時(shí)間方面具有多種優(yōu)勢，現(xiàn)分類歸納見表1。

表1 納米顆粒對(duì)糖尿病傷口愈合的作用機(jī)制

3 總結(jié)與展望

近年來，納米顆粒作為藥物遞送系統(tǒng)的潛力已經(jīng)被廣泛證明。藥物遞送納米顆粒的優(yōu)點(diǎn)是用途廣泛、尺寸可控、合成方法能耗和成本較低、比表面積大、靶向能力較強(qiáng)，能夠持續(xù)穩(wěn)定地緩釋藥物，減緩藥物降解，降低全身吸收，減少不良反應(yīng)，增強(qiáng)藥物滲透，最終提高治療效果。與傳統(tǒng)抗生素相比，基于納米顆粒的抗菌治療更有可能消除細(xì)菌產(chǎn)生的耐藥性。但是這些納米顆粒和納米復(fù)合材料離獲得臨床應(yīng)用仍然存在一定距離，首先獲取高純度納米顆粒具有一定的難度，其次，部分納米顆粒會(huì)損傷肝、腎等器官，因而還需要進(jìn)一步研究它們的毒性、安全性、藥代動(dòng)力學(xué)和組織生物學(xué)分布，為其臨床應(yīng)用提供更多的理論和實(shí)驗(yàn)依據(jù)。