第二型糖尿病患者醫源性喉氣管狹窄的纖維母細胞表徵特性研究
Characterization of Fibroblasts in Iatrogenic Laryngotracheal Stenosis and Type II Diabetes Mellitus
Volume 5, Issue 1
關鍵字 ：
喉氣管狹窄，第二型糖尿病，肌纖維母細胞，纖維母細胞，後聲門狹窄，氧化，磷酸化，攣縮性, Laryngotracheal stenosis, type 2 diabetes mellitus, myofibroblast, fibroblast, posterior glottic stenosis, oxidative phosphorylation, contractility
作者 ：
Ioan Lina, MD ; Hsiu-Wen Tsai, PhD; Dacheng Ding, MD, PhD; Ruth Davis, MD ; Kevin M. Motz, MD ; Alexander T. Hillel, MD
譯者 ：
台大醫院耳鼻喉部小兒耳鼻喉科 許巍鐘醫師
摘要：
Objectives: Iatrogenic laryngotracheal stenosis (iLTS) is the pathological narrowing of the glottis, subglottis, and/or trachea due to scar tissue. Patients with type 2 diabetes mellitus (T2DM) are over 8 times more likely to develop iLTS and represent 26% to 53% of all iLTS patients. In this investigation, we compared iLTS scar-derived fibroblasts in patients with and without T2DM.
Study Design: Controlled ex vivo study.
Methods: iLTS scar fibroblasts were isolated and cultured from subglottic scar biopsies in iLTS patients diagnosed with or without type 2 diabetes (non-T2DM). Fibroblast proliferation, fibrosis-related gene expression, and metabolic utilization of oxidative phosphorylation (OXPHOS) and glycolysis were assessed. Contractility was measured using a collagen-based assay. Metabolically targeted drugs (metformin, phenformin, amobarbital) were tested, and changes in fibrosis-related gene expression, collagen protein, and contractility were evaluated.
Results: Compared to non-T2DM, T2DM iLTS scar fibroblasts had increased α-smooth muscle actin (αSMA) expression (8.2× increased, P = .020), increased contractility (mean 71.4 ± 4.3% vs. 51.7 ± 16% Δ area × 90 minute−1, P = .016), and reduced proliferation (1.9× reduction at 5 days, P < .01). Collagen 1 (COL1) protein was significantly higher in the T2DM group (mean 2.06 ± 0.19 vs. 0.74 ±.44 COL1/total protein [pg/μg], P = .036). T2DM iLTS scar fibroblasts had increased measures of OXPHOS, including basal respiration (mean 86.7 vs. 31.5 pmol/minute/10 μg protein, P = .016) and adenosine triphosphate (ATP) generation (mean 97.5 vs. 25.7 pmol/minute/10 μg protein, P = .047) compared to non-T2DM fibroblasts. Amobarbital reduced cellular contractility; decreased collagen protein; and decreased expression of αSMA, COL1, and fibronectin. Metformin and phenformin did not significantly affect fibrosis-related gene expression.
Conclusion: T2DM iLTS scar fibroblasts demonstrate a myofibroblast phenotype and greater contractility compared to non-T2DM. Their bioenergetic preference for OXPHOS drives their increased contractility, which is selectively targeted by amobarbital.
專家評論：
第二型糖尿病患者醫源性喉氣管狹窄的纖維母細胞表徵特性研究
台大醫院耳鼻喉部小兒耳鼻喉科 許巍鐘醫師
臨床上導致喉氣管狹窄的原因眾多，常引發患者呼吸道表皮黏膜的纖維化與狹窄，並導致呼吸窘迫與呼吸衰竭等緊急狀況。其中，醫源性的喉氣管狹窄，約占48%-55%。原因多為呼吸道氣管內插管、氣切等臨床處置，而引起呼吸道黏膜的受傷，誘發呼吸道表皮細胞後續的發炎反應，進而纖維化等不可逆的生理病理變化過程。所以臨床上，常常必須以內視鏡或外科手術的方式，如一系列的氣球擴張術、氣切、或是喉氣管整形與重建手術等等方式予以治療。即便這些手術方法行之有年，也已十分的成熟。然而，還是會有部分的患者，常常有呼吸道喉氣管經手術後再狹窄的問題，而需要定期或是不定期的反覆手術予以緩解呼吸窘迫的臨床上不定時危急狀況。
特別是患有第二型糖尿病的患者，根據統計顯示，會有高達8倍以上的風險。在這些醫源性的喉氣管狹窄患者中，約佔26%-53%。臨床上的觀察顯示，由於這些患有第二型糖尿病的醫源性喉氣管狹窄患者，常常在呼吸道會有較多的瘢痕化組織形成，導致後聲門狹窄、杓狀軟骨間攣縮、沾黏，或是關節固定等現象。進而導致有較多的患者屬於困難處理的呼吸道狹窄，而需要長期依賴氣切，無法順利拔管。而這些現象，在第二型糖尿病的患者的其他器官系統，如皮膚、心臟等，亦有類似的表現，如異常畸變增生的纖維母細胞、瘢痕化攣縮等。
所以本文的作者及研究團隊，基於該研究團隊長久以來，針對第二型糖尿病的患者醫源性喉氣管狹窄斑痕組織中的纖維母細胞，所培養出來的離體細胞株研究基礎，更進一步對照比較，患有第二型糖尿病與其他沒有第二型糖尿病患者的醫源性喉氣管狹窄組織中，瘢痕纖維母細胞細胞株的特徵表現。並且，更進一步嘗試以藥物抑制第二型糖尿病患者瘢痕纖維母細胞的過度增生及過度攣縮特性，以減少臨床上棘手的醫源性呼吸道喉氣管狹窄經手術後再狹窄的窘境。
結果顯示，在10位醫源性喉氣管狹窄患者(5位第二型糖尿病患者；5位非第二型糖尿病患者)的呼吸道瘢痕組織切片檢體細胞培養結果中，第二型糖尿病的患者檢體的纖維母細胞，呈現較低的再生能力、較高的α平滑肌肌動蛋白(αSMA)及較高的膠原1蛋白(COL1)；並且，有較高的氧化磷酸化基礎呼吸代謝能力(OXPHOS)及三磷酸腺苷(ATP)能量產生。藥物測試的部分，則發現阿莫巴比妥(Amobarbital)可以有效的減少組織攣縮性、降低膠原1蛋白、α平滑肌肌動蛋白和纖維連結蛋白(fibronectin)。
手術後黏膜細胞組織的瘢痕化與纖維化一直是呼吸道手術專家難以克服的盲點所在，牽涉複雜的傷口癒合分子細胞機轉。本研究以第二型糖尿病患者，醫源性喉氣管狹窄斑痕組織中的纖維母細胞做離體細胞培養研究，證實在此類病患的肌肉纖維母細胞表徵，的確與其他患者不同。除了有較高的組織攣縮現象外，還有較高的細胞氧化磷酸化反應；藉由可以選擇性降低複體1(Complex 1)活性的藥物，阿莫巴比妥作用48小時之後，可以有效的減低纖維化相關的基因表現，進而抑制細胞與組織的攣縮現象。未來有機會可以成為呼吸道喉氣管整型重建手術術後，抑制傷口纖維化攣縮，避免術後再次狹窄的利器。
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