Протеомный и транскриптомный анализ влияния смеси растительных экстрактов на заживление диабетических ран

Введение: По данным литературы, ежегодная частота возникновения диабетических язв стопы (ДЯС) составляет от 0,2 до 11% в клинических учреждениях, специализирующихся на лечении сахарного диабета, и от менее 0,1 до 8% в когортах, сформированных в общей популяции и на уровне сообщества. По данным Международной диабетической федерации, ДЯС страдают примерно 40–60 млн человек во всём мире; согласно недавнему метаанализу, глобальная распространённость ДЯС среди взрослых с сахарным диабетом составляет 6,3%, то есть около 33 млн человек. В США расходы на лечение сахарного диабета значительны: 273 млрд долларов приходится на прямые затраты и 90 млрд — на косвенные ежегодные расходы. Осложнения со стороны стоп при сахарном диабете увеличивают ежегодные затраты на 50–200% по сравнению с базовыми расходами на лечение диабета. Стоимость лечения язв на поздних стадиях может превышать 50 000 долларов на один эпизод, а прямые расходы на большую ампутацию ещё выше. ДЯС лечат различными методами, включая перевязки, антибиотики, разгрузку конечности, заменители кожи, применение стволовых клеток, хирургическую обработку, местную оксигенотерапию, генную терапию и факторы роста. При тяжёлых ДЯС несвоевременное или ненадлежащее лечение повышает риск ампутации. Ампутация конечности не только причиняет пациенту физические страдания, но и создаёт экономическое бремя вследствие потери производительности труда и снижения занятости, связанных с ДЯС. В настоящее время длительное местное применение антибиотиков в клинической практике может приводить к развитию лекарственной устойчивости, тогда как факторы роста не обеспечивают эффективного подавления бактериального роста и контроля воспаления в ране. Терапия стволовыми клетками и генная терапия пока находятся на экспериментальной стадии. Местная хирургическая обработка в сочетании с терапией отрицательным давлением является дорогостоящим методом. Поэтому существует острая потребность в доступном нехирургическом методе лечения диабетических язв. Экстракты коры баугинии пурпурной (Bauhinia purpurea), корня пиона красного (Paeoniae rubrae), дудника даурского (Angelica dahurica), аира болотного (Acorus calamus L.) и корня дудника двузубчатого (Radix Angelicae biseratae) традиционно применяют для лечения воспалительных заболеваний и кожных ран благодаря их противовоспалительным свойствам и способности стимулировать восстановление сосудов. Однако исследований смеси этих пяти растительных экстрактов при диабетическом заживлении ран проведено мало.

Цель: Оценить влияние смеси пяти перечисленных растительных экстрактов на заживление диабетических язвенных ран у крыс и с помощью транскриптомного и протеомного анализа выявить потенциальные механизмы заживления.

Дизайн исследования: Влияние пяти растительных экстрактов на процесс заживления диабетических ран изучали в экспериментах in vivo, а лежащие в его основе механизмы исследовали методами протеомики и транскриптомики.

Методы: Смесь пяти перечисленных растительных экстрактов применяли для лечения диабета у крыс, индуцированного внутрибрюшинным введением стрептозотоцина; на спине животных создавали круглую полнослойную кожную рану размером 2 × 2 см. На поверхность раны равномерно наносили 1 мл суспензии Staphylococcus aureus концентрацией 1,5 × 10 КОЕ/мл. Затем рану наблюдали в течение 72 ч. Модель инфицированной язвы у крыс с диабетом считали успешно созданной при выявлении инфицирования раны S. aureus. В зависимости от лечения крыс разделили на три группы: смесь растительных экстрактов (MHE), раствор Kangfuxin (KFS) и контрольную группу (Ctrl). Оценивали влияние препаратов на заживление ран. Для оценки гистопатологических изменений и синтеза коллагена выполняли окрашивание гематоксилином и эозином, а также окрашивание по Массону. Неоваскуляризацию оценивали с помощью иммуногистохимического окрашивания, а пролиферацию M2-макрофагов — методом иммунофлуоресцентного окрашивания. Для изучения потенциального механизма, посредством которого пять растительных экстрактов способствуют заживлению ран, проводили протеомный и транскриптомный анализ. Химический состав смеси растительных экстрактов определяли методом UHPLC-QE-MS.9

Результаты: Смесь растительных экстрактов стимулировала ангиогенез, пролиферацию M2-макрофагов и синтез коллагена. Согласно данным транскриптомного анализа, ключевую роль в регуляции заживления ран играли микроРНК rno-miR-1298, rno-miR-144-5p и rno-miR-92a-1-5p. По данным протеомного анализа, при лечении MHE важное значение имели белки Rack1, LOC100362366, Cops2, Cops6, Eif4e, Eif3c, Rpl12, Srp54, Rpl13 и Lsm7. После лечения MHE по сравнению с другими группами были обогащены сигнальные пути аутофагии, PI3K–Akt и mTOR.

Выводы: Смесь растительных экстрактов, содержащая экстракты коры Bauhinia purpurea, P. rubrae, A. dahurica, A. calamus L. и R. A. biseratae, обладает выраженным ранозаживляющим действием в модели диабетических язвенных ран у крыс. Эти результаты свидетельствуют о том, что местное применение MHE при диабетических ранах может ускорять процесс заживления. Кроме того, эксперименты in vivo показали, что заживление диабетических ран главным образом опосредуется ангиогенезом и поляризацией макрофагов в M2-фенотип. Таким образом, полученные данные могут служить основой для разработки перспективной нехирургической стратегии ускорения заживления диабетических ран и снижения частоты ампутаций конечностей у пациентов с сахарным диабетом.