Astragaloside IV and ginsenoside Rb1 combination improves diabetic foot ulcer healing by downregulating the IRF1-ZBP1 axis in keratinocytes

Voor miljoenen mensen die met diabetes leven, kan een klein sneetje aan de voet een levensveranderende wond worden die weigert te genezen. Deze aandoening, bekend als een diabetische voetzweer, is niet louter een oppervlakkige verwonding; het is een diepe biologische patstelling. In een gezond lichaam is het genezingsproces een gecoördineerde sequentie waarbij immuuncellen naar de locatie haasten om puin op te ruimen en infecties te bestrijden, om vervolgens opzij te stappen zodat er nieuw weefsel kan groeien. Bij diabetes brengt een hoge bloedsuikerspiegel dit proces in chaos. De immuuncellen, met name neutrofielen, worden overactief en verward. In plaats van te helpen, laten ze een giftige wolk van ontstekingssignalen vrij en vernietigen ze zichzelf op manieren die het weefsel dat ze juist moeten repareren, beschadigen. Dit creëert een vicieuze cirkel van ontsteking en celsterfte die voorkomt dat de huid weer aan elkaar groeit, wat vaak leidt tot ernstige complicaties of amputatie. Wetenschappers zoeken al lang naar een manier om deze cirkel te doorbreken, zoekend naar middelen die het immuunsysteem kunnen kalmeren en de huidcellen kunnen beschermen zonder schade aan te richten.

Een team onderzoekers aan de Nanchang Universiteit in China heeft een veelbelovende aanpak geïdentificeerd met behulp van een combinatie van twee natuurlijke verbindingen die in de traditionele Chinese geneeskunde worden gevonden: astragaloside IV, afkomstig van de astragaluswortel, en ginsenoside Rb1, aanwezig in ginseng. In een onlangs gepubliceerde studie toonden de onderzoekers aan dat wanneer deze twee stoffen samen in een specifieke verhouding worden gebruikt, ze het genezingsproces van diabetische voetzweren bij ratten aanzienlijk kunnen versnellen en huidcellen in het laboratorium kunnen beschermen. De sleutel tot hun succes ligt in de manier waarop ze interageren met de cellulaire machinerie van het lichaam. De onderzoekers ontdekten dat een hoge bloedsuikerspiegel een specifiek type celsterfte triggert genaamd PANoptosis, een proces waarbij cellen sterven op een manier die tegelijkertijd ontstekingssignalen vrijgeeft, wat de wond verergert. De studie laat zien dat de combinatie van de twee medicijnen werkt door de activiteit van een specifiek eiwit genaamd ZBP1 omlaag te brengen, wat fungeert als een schakelaar voor dit destructieve proces. Door deze schakelaar uit te zetten, laten de medicijnen de huidcellen overleven en de wond genezen.

Om te begrijpen hoe dit werkt, creëerden de wetenschappers eerst een model van het probleem in een schaal. Ze namen menselijke huidcellen, bekend als keratinocyten, en stelden deze bloot aan hoge concentraties glucose om de omgeving van een diabetische voet na te bootsen. Onder deze omstandigheden begonnen de cellen snel te sterven door apoptose, pyroptose en necroptose — drie verschillende vormen van geprogrammeerde celsterfte die in deze context samensmelten tot de enkele destructieve gebeurtenis van PANoptosis. De onderzoekers testten vervolgens verschillende concentraties astragaloside IV en ginsenoside Rb1, zowel alleen als in combinatie. Ze ontdekten dat hoewel elk medicijn op zichzelf enige bescherming bood, ze samen het beste werkten. Specifiek produceerde een mengsel waarbij de hoeveelheid astragaloside IV ten opzichte van de hoeveelheid ginsenoside Rb1 een verhouding van twee op drie had, het sterkste beschermende effect. Deze combinatie hield de huidcellen in leven, verminderde de afgifte van giftige ontstekingschemicaliën en verlaagde de niveaus van oxidatieve stress, wat in essentie een vorm van roestschade is veroorzaakt door instabiele moleculen in de cel.

De onderzoekers gingen vervolgens van het laboratorium in een schaal naar levende dieren om te zien of deze resultaten standhielden in een complex biologisch systeem. Ze creëerden een model van een diabetische voetzweer bij ratten door diabetes te induceren en vervolgens een precieze een centimeter grote wond op de rug van het dier te maken. Ze behandelden deze wonden met de combinatie van de twee medicijnen, met elk medicijn alleen, of met een zoutoplossing als controle. Gedurende twaalf dagen sloten de wonden die behandeld waren met de combinatie van de twee medicijnen aanzienlijk sneller dan die in de andere groepen. Wanneer de onderzoekers het weefsel onder een microscoop bekeken, zagen ze dat de combinatiebehandeling leidde tot dikker, gezonder nieuw huidweefsel en een dichter netwerk van nieuwe bloedvaten, die essentieel zijn voor de aanvoer van zuurstof en voedingsstoffen naar een genezende wond. Cruciaal was dat ze ook een opvallende vermindering zagen in de infiltratie van neutrofielen, de immuuncellen die de meeste schade hadden veroorzaakt. De behandeling stopte deze cellen effectief in het vrijgeven van hun giftige netten en ontstekingssignalen, waardoor het genezingsproces kon voortgaan.

Om het moleculaire mechanisme achter deze genezing te ontrafelen, onderzocht het team hoe de medicijnen interageerden met de eiwitten binnen de cellen. Ze gebruikten computermodellering om te voorspellen hoe de medicijnmoleculen in de structuren van diverse eiwitten betrokken bij celsterfte zouden passen. De modellen suggereerden dat beide medicijnen stevig konden binden aan ZBP1, een eiwit dat fungeert als een sensor voor gevaarsignalen en een PANoptosis-cascade triggert. Om deze fysieke interactie te bevestigen, voerden de onderzoekers experimenten uit waarbij de eiwitten werden verhit of werden blootgesteld aan enzymen die ze afbreken. Ze vonden dat wanneer de medicijnen aanwezig waren, het ZBP1-eiwit stabieler en resistenter werd tegen afbraak, wat aangeeft dat de medicijnen er inderdaad aan vastklonken. Verdere experimenten toonden aan dat de medicijnen ook de niveaus van een ander eiwit genaamd IRF1 verminderden, dat normaal gesproken stroomopwaarts van ZBP1 zit en het signaal geeft om het aan te zetten. Door IRF1 te onderdrukken, voorkwamen de medicijnen de activatie van ZBP1, waardoor het signaal dat de huidcellen vertelde om zichzelf te vernietigen, effectief werd afgesneden.

De studie ging een stap verder om te bewijzen dat ZBP1 het cruciale doelwit was. De onderzoekers gebruikten genetische hulpmiddelen om de hoeveelheid ZBP1 in de huidcellen te verlagen, waarmee het effect van de medicijnen werd nagebootst. Wanneer ZBP1 werd verminderd, werden de cellen veel resistenter tegen de schadelijke effecten van hoge suiker, net zoals ze dat waren toen ze met de medicijnen werden behandeld. Echter, toen de onderzoekers probeerden de cellen die al lage niveaus van ZBP1 hadden te behandelen met de medicijnen, boden de medicijnen geen extra voordeel. Dit bevestigde dat de medicijnen specifiek werken door ZBP1 aan te pakken; als het doelwit al weg is, hebben de medicijnen niets meer te doen. Omgekeerd, toen de onderzoekers de cellen dwongen om extra ZBP1 of extra IRF1 te produceren, leden de cellen ernstige schade, maar de combinatie van medicijnen was nog steeds in staat om deze schade te herstellen. Dit bewees dat de medicijnen krachtig genoeg zijn om de destructieve signalen te overstijgen, zelfs wanneer het systeem richting celsterfte wordt gedreven.

De bevindingen suggereren dat de combinatie van astragaloside IV en ginsenoside Rb1 een tweeledige strategie biedt voor de behandeling van diabetische voetzweren. Ten eerste beschermen ze de huidcellen direct door de specifieke moleculaire schakelaar, ZBP1, die hun zelfvernietiging triggert, uit te schakelen. Ten tweede, door deze cellulaire alarmbel te kalmeren, verminderen ze indirect de chaotische activiteit van het immuunsysteem, waardoor voorkomen wordt dat neutrofielen de ontstekingswolken vrijgeven die de genezing vertragen. De studie biedt een duidelijke moleculaire verklaring voor waarom deze twee natuurlijke verbindingen beter samenwerken dan afzonderlijk, en identificeert een specifiek pad dat kan worden aangepast om het vermogen van het lichaam om te genezen te herstellen. Hoewel het onderzoek in cellen en ratten is uitgevoerd, en de auteurs opmerken dat verdere studies nodig zijn om de veiligheid en effectiviteit bij mensen te bevestigen, biedt het werk een veelbelovende nieuwe richting voor de ontwikkeling van behandelingen die de dieperliggende oorzaken van chronische, niet-genezende wonden aanpakken in plaats van alleen de symptomen te beheersen.