Effects of Berberine, a Natural Plant-Derived DPP4 Inhibitor, on In Vitro Scab Remodeling

Abstract

Gestörte Wundheilung ist eine häufige Komplikation bei Diabetikern. Sie stellt eine erhebliche klinische und wirtschaftliche Belastung für die Gesundheitssysteme dar. Ziel dieser Studie war es, die Wirkung von Berberin (BBR), einem natürlichen DPP4-Inhibitor, auf die Wundregeneration bei Diabetes in vitro zu untersuchen. Unsere Daten zeigen, dass diabetische Wunden aufgrund einer Stagnation des EMT-Prozesses eine gestörte Remodellierung aufweisen. Konkret manifestiert sich dies durch eine persistierend erhöhte Expression der epithelialen Marker E-Cadherin, Keratin 18 und Keratin 19, eine unterdrückte Expression des mesenchymalen Markers N-Cadherin sowie ein Ungleichgewicht in der Expression von wichtigen EMT-Transkriptionsfaktoren, wobei Snail2 und ZEB1 signifikant hochreguliert und ZEB2 signifikant herunterreguliert sind. Wir identifizierten DPP4 als Schlüsselmolekül, das diesen Defekt vermittelt. Funktionelle Validierungsexperimente unter Verwendung von rekombinantem humanem DPP4 und dessen spezifischem Inhibitor Sitagliptin zeigen, dass eine erhöhte DPP4-Aktivität nicht nur ein Biomarker des Diabetes, sondern auch eine direkte Ursache gestörter Wundheilung darstellt. Die pharmakologische Hemmung von DPP4 kann die normale Remodellierungsdynamik wiederherstellen und die EMT-Markerexpression korrigieren. Bemerkenswerterweise hemmt das natürliche Isochinolin-Alkaloid Berberin (BBR) die DPP4-Aktivität effektiv mit einem IC50 von etwa 50 µM und reversiert innerhalb eines nicht-zytotoxischen Bereichs (bis zu 100 µM) dosisabhängig die abnorme Expression von EMT-Markern in diabetischen Wunden, fördert die Transformation zum mesenchymalen Phänotyp und beschleunigt die Bildung von Extrazellärmatrix. Diese Ergebnisse legen nahe, dass die DPP4-EMT-Achse eine vielversprechende Therapiestrategie zur Verbesserung chronischer diabetischer Wunden darstellt. Als natürlicher DPP4-Inhibitor mit multiplen Targets (einschließlich AMPK-Aktivierung und antioxidativen Effekten) bietet BBR einen kostengünstigen und sicheren Kandidaten für die lokale Behandlung, der die zugrundeliegenden Zellmigrationsdefekte adressiert, die die verzögerte Heilung diabetischer Wunden verursachen.

Impaired wound healing in diabetic patients exposes a great clinical and economic burden to the health care systems. This study aimed to investigate the effect of Berberine (BBR), a natural DPP4 inhibitor, on diabetic wound remodeling in vitro. Our data demonstrate that diabetic scabs exhibit remodeling impairment due to the stagnation of the EMT process. Specifically, this is manifested by persistently high expression of epithelial markers E-cadherin, Keratin 18, and Keratin 19, suppressed expression of the mesenchymal marker N-cadherin, and an imbalance in the expression of key EMT transcription factors: significantly upregulated Snail2 and ZEB1, and significantly downregulated ZEB2. We identified DPP4 as a key molecule mediating this defect. Functional validation experiments using recombinant human DPP4 and its specific inhibitor sitagliptin indicate that elevated DPP4 activity is not only a biomarker of diabetes but also a direct cause of impaired wound healing. Pharmacological inhibition of DPP4 can restore normal remodeling dynamics and correct EMT marker expression. Notably, the natural isoquinoline alkaloid BBR effectively inhibits DPP4 activity with an IC50 of approximately 50 µM, and within a non-cytotoxic range (up to 100 µM), it dose-dependently reverses the abnormal expression of EMT markers in diabetic scabs, promotes mesenchymal phenotypic transformation and accelerates scab remodeling. These findings suggest that targeting the DPP4-EMT axis is a promising therapeutic strategy for improving chronic diabetic wounds. As a natural DPP4 inhibitor with multi-target benefits (including AMPK activation and antioxidant effects), BBR provides a cost-effective and safe candidate for local treatment, addressing the underlying cell migration defects that cause delayed healing in diabetic wounds.