活性氧對缺血再灌注損傷皮瓣的影響及中藥干預研究進展

魏曉濤，張玉昌，何志軍，劉 濤，王威威

1.甘肅省中醫院手外科（蘭州 730000）

2.甘肅中醫藥大學中醫臨床學院（蘭州 730000）

3.甘肅省中醫院足踝骨科（蘭州 730000）

隨著人們生活水平不斷提高，私家車保有量和交通運輸業的迅猛發展，高能量開放性大面積損傷發生風險也隨之呈現上升趨勢。除大面積皮膚缺失外，高能量開放性損傷常合并皮下組織（如肌腱、神經、血管、骨骼等）外露或斷裂。皮瓣移植是整形修復外科解決大面積皮膚缺失、組織外露最有效和常用的技術之一。缺血再灌注損傷（ischemia-reperfusion injury, IRI）是目前整形修復外科及器官移植領域的研究熱點，也是皮瓣移植術后最常見、最嚴重的并發癥[1-2]。若IRI 處理不及時、不恰當，可引起皮瓣壞死，導致手術失敗[3]。研究表明，調控活性氧（reactive oxygen species, ROS）釋放可改善皮瓣缺血再灌注損傷（flap ischemia-reperfusion injury, FIRI），中藥可通過調控ROS 起到抑制皮瓣壞死、提高皮瓣存活率的作用。本文總結了ROS 釋放在IRI 中的作用及中藥干預研究進展，以期為藥物防治FIRI 提供參考。

1 IRI概述

IRI 是指某種原因導致組織灌注不足，引發組織缺血性改變，當組織再次獲得充分血流灌注時，組織缺血狀態未能得到改善，反而損傷進一步加重，最終導致缺血再灌注組織壞死。FIRI 是由于術中皮瓣組織灌注不足，術后血供恢復，皮瓣損傷進一步加重，最終導致皮瓣壞死。IRI 發病機制復雜且尚未完全明確，但ROS 的產生是包括骨骼肌、心臟、腎臟和皮瓣在內的多種組織器官IRI 的主要原因[4-6]。

IRI 引起的組織損傷分為早期缺血損傷和再灌注損傷。早期缺血性損傷起初由缺氧和營養不足引起。當早期缺血存在較長時間后，細胞代謝產物被保留并引起代謝性酸中毒。當血供重建時，局部炎癥和ROS 生成增加，導致繼發性損傷。細胞反應依賴于組織損傷的嚴重程度，長期IRI 引起的細胞損傷可導致細胞凋亡、自噬、壞死[7-9]。較短的IRI 時間可以激活細胞存活程序來控制ROS生成和細胞損傷[10]。不同的IRI 發病途徑可能導致不同的細胞死亡機制。

2 ROS在IRI中的作用

血栓形成、中性粒細胞浸潤、毛細血管狹窄、內皮功能障礙、細胞因子和促炎物質的釋放通過再灌注觸發產生ROS。ROS 主要產生于線粒體中，包括氧自由基（如超氧陰離子自由基、羥基自由基）和非自由基氧化劑（如過氧化氫、一氧化氮、脂質氫過氧化物、過氧基自由基）[11]。這些自由基與ROS 結合，形成了重要的活性氧化還原劑，在許多細胞內和細胞外過程中發揮關鍵作用，參與了細胞損傷相關的多個過程，如能量耗盡、凋亡、壞死和炎癥。近年研究發現，鄰近線粒體釋放ROS 觸發ROS 誘導ROS 釋放（ROS induced ROS-release, RIRR）是一種新機制，這一過程可能導致線粒體功能障礙和細胞死亡增加，同時，ROS 的產生還涉及黃嘌呤氧化酶（xanthine oxidase, XO）和煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（nicotinamide adenine dinucleotide phosphate,NADPH）氧化酶系統，這些系統表現出復雜的串擾機制[12-13]。一個系統的激活會導致其他系統的激活，致使ROS 水平進一步升高[14-15]。此外，包括RIRR 的連鎖反應必須終止，以防止損傷不必要的細胞。XO 系統、NADPH 氧化酶系統和線粒體電子傳遞鏈廣泛參與腸、肺、心、腦、肌肉、肝、胰腺、胃和腎等器官的氧化應激[16]。XO 的活性伴隨著ROS 的產生，在組織灌注不足狀態下，黃嘌呤脫氫酶由于較低水平的腺苷三磷酸（adenosine triphosphate, ATP）而轉換為黃嘌呤氧化還原酶；當組織灌注恢復后，XO 與O2反應介導次黃嘌呤轉化為黃嘌呤和尿酸，進而引起更激烈的氧化應激[17-18]。NADPH 氧化酶系統在IRI 中產生ROS，當缺血組織恢復血流灌注后，組織釋放多種化學介質，如磷脂酶A2、腫瘤壞死因子-α（tumour necrosis factor α, TNF-α）、白介素-1β（interleukin-1β, IL-1β）、干擾素-γ（interferon-γ,IFN-γ）和血管緊張素II，進而激活NADPH氧化酶，其中，磷脂酶A2 的釋放誘導血小板活化因子產生，導致組織中血栓烷和白三烯水平升高，促進局部炎癥反應[19-20]。在再灌注階段，ROS 引起灌注不足組織氧化應激，導致血管內皮細胞功能障礙、DNA 損傷、局部氧化應激和炎癥反應。炎癥級聯和氧化應激反應又可引起細胞因子風暴，導致細胞結構損傷和死亡[7]。因此，阻斷或減少ROS 產生可有效減輕IRI 引起的組織損傷和細胞死亡[21-22]。

3 ROS在皮瓣IRI中的作用

皮瓣壞死是修復重建手術最常見的術后并發癥之一，其限制了皮瓣移植術的臨床應用[23]。增強隨機皮瓣活力，抑制遠端壞死，對擴大隨機皮瓣的臨床應用范圍具有重要的現實意義。皮瓣壞死是一系列病理生理作用的結果。皮瓣血供主要來自皮瓣蒂上的血管網，血管生成從皮瓣蒂向遠端開始[24]。當術中橫切血管蒂時，皮瓣開始發生缺血性損傷[25]。新生血管形成后，隨機皮瓣發生IRI。血供恢復和再灌注產生大量ROS 和中性粒細胞，這些ROS 和中性粒細胞會釋放一系列炎癥因子如白細胞介素，從而誘導炎癥級聯反應[13]。其中，ROS 誘導的氧化應激進一步誘導細胞因子風暴，導致嚴重的繼發性損傷[7,13]。細胞中90%的ROS 均由線粒體產生，由于ROS 過度產生和（或）抗氧化劑防御活性降低，導致線粒體活性氧（mitochondrial reactive oxygen species, mtROS）產生和去除之間的不平衡，引起氧化應激，從而導致氧化損傷影響多種細胞成分，如脂質、DNA 和蛋白質[26]。Kim 等研究發現，微血管中ROS 過量產生可能損害血管生成，并導致傷口延遲愈合[27]。Li 等研究發現，缺血皮瓣誘導的ROS 啟動溶酶體功能障礙，進而引發細胞焦亡，誘導細胞壞死，最終導致皮瓣壞死[28]。焦亡可導致炎癥因子釋放，炎癥因子激活促炎免疫介質，觸發一系列放大的炎癥反應[29]。清除ROS、抑制ROS 誘導的一系列損傷程序可增強隨機皮瓣活力，促進皮瓣存活。皮瓣修復后血液再灌注時，皮瓣內ROS 逐漸增多，造成抗氧化物不斷消耗和累積，產生超氧化物歧化酶（superoxide dismutase, SOD）、丙二醛（malondialdehyde, MDA）等氧化產物，進一步導致細胞結構和功能破壞[30]。其中，SOD 是一種抗氧化酶，是氧自由基的自然天敵，可通過與超氧陰離子發生發應，達到清除ROS、保護細胞免受損傷的作用[31-32]；MDA 是ROS 的脂質過氧化物，是體內自由基與脂質發生過氧化反應的終產物，具有細胞毒性[33-34]。

皮瓣移植后的IRI 損傷程度、皮瓣存活情況受諸多因素影響，ROS 為主導因素。IRI 后的皮瓣組織中大量累積的ROS 直接攻擊移植后皮瓣局部組織細胞，進而導致皮瓣局部組織內血管內皮細胞衰老、凋亡。同時，大量累積的ROS 通過刺激組織釋放磷脂酶A2、TNF-α、IL-1β、IFN-γ和血管緊張素II 激活NADPH 氧化酶，引起皮瓣組織內炎癥級聯反應，使得移植后皮瓣組織被大量活化的炎癥細胞浸潤，且ROS 還可影響皮瓣新生微血管重建，導致新生微循環損傷，在FIRI 中發揮重要作用。

4 中藥單體調控ROS表達干預IRI皮瓣

中藥具有抗炎、抗氧化、消腫止痛、活血化瘀的作用，可促進血管再生和創面愈合。淫羊藿苷是從淫羊藿中分離提取的黃酮類化合物，魏德華等研究發現，淫羊藿苷可調控氧化應激指標水平，上調SOD、谷胱甘肽水平，下調MDA 水平，抑制血清炎癥因子IL-10、TNF-α 釋放，起到緩解氧化應激和炎癥反應、減輕腹部皮瓣IRI、提高隨意移植皮瓣存活面積及存活率的作用[35]。水晶蘭苷是從巴戟天提取出來的環烯醚萜苷類化合物，具有抗炎、鎮痛的作用[36]。Wang 等研究發現，水晶蘭苷可減少細胞內ROS 釋放，恢復線粒體膜電位，抑制氧化應激誘導的線粒體功能障礙，提高骨髓內皮祖細胞的遷移和血管的形成，并通過凋亡和自噬阻止叔丁基過氧化氫誘導的程序性細胞死亡，保護細胞凋亡和自噬，促進體內創面愈合，是防治FIRI 的潛在藥物[37]。水蘇堿是主要來自于益母草的苯并呋喃酮生物堿，具有抗炎、抗氧化應激的作用[38-39]。Zhou 等研究發現，水蘇堿可抑制舒尼替尼損傷的人臍靜脈內皮細胞凋亡和ROS 生成，發揮促進血管生成、抗氧化應激的作用，是一種潛在緩解FIRI 的藥物[40]。木犀草素是一種來自青蘭、紫蘇、菊花和金銀花等中藥的黃酮類化合物，具有保護血管、抗炎、抗氧化等多種藥理作用，同時可改善多器官的IRI[41]。Chen 等研究發現，木犀草素可增加磷酸肌醇激酶/蛋白激酶B（PI3K/Akt）的激活，清除ROS 的細胞毒性作用，提高抗氧化酶的表達水平，保護皮膚角質細胞免受ROS 誘導損傷，提高皮瓣存活率，改善IRI[6]。上述中藥成分通過不同途徑調節氧化應激、抑制炎癥反應、保護細胞免受氧化損傷，從而在IRI 治療中發揮重要作用，有望改善IRI 的臨床癥狀和減輕組織損傷。

5 小結

IRI 引起的組織、器官后續損傷對IRI 的早預防、早發現、早治療提出了巨大的挑戰。目前IRI 的發生機制尚未明確，尤其是FIRI 仍停留在氧化應激、炎癥反應、細胞凋亡層面，線粒體、細胞分子相關研究仍處于起步階段，相關信號通路、分子調節機制的探討也剛剛開始。氧化應激是當前國內外醫學領域的研究熱點之一，ROS 攻擊細胞造成細胞衰老、損傷和凋亡，直接影響移植后皮瓣愈合，而ROS 作為氧化應激關鍵因子與FIRI 相關性研究相對較少，因此，探索ROS 對FIRI 及愈合的影響具有重要意義。

目前預防FIRI 的方法主要包括預缺血處理、局部低溫及加熱預處理、低氧及高壓氧預處理及其他輔助治療技術等。藥物緩解FIRI 處于上升階段，中醫藥緩解FIRI 更需要投入較多研究力度。當前FIRI 相關研究仍多處于動物和細胞實驗階段，所涉及的炎癥、氧化應激反應及細胞通路傳導有待進一步探究。未來可在循證醫學指導下開展大樣本臨床研究，并利用分子生物學和網絡藥理學等技術，深入探索ROS在FIRI中的作用機制，加強中醫藥有效成分及作用機制研究，為臨床治療FIRI 提供參考依據。