活性氧对缺血再灌注损伤皮瓣的影响及中药干预研究进展

魏晓涛，张玉昌，何志军，刘 涛，王威威

1.甘肃省中医院手外科（兰州 730000）

2.甘肃中医药大学中医临床学院（兰州 730000）

3.甘肃省中医院足踝骨科（兰州 730000）

随着人们生活水平不断提高，私家车保有量和交通运输业的迅猛发展，高能量开放性大面积损伤发生风险也随之呈现上升趋势。除大面积皮肤缺失外，高能量开放性损伤常合并皮下组织（如肌腱、神经、血管、骨骼等）外露或断裂。皮瓣移植是整形修复外科解决大面积皮肤缺失、组织外露最有效和常用的技术之一。缺血再灌注损伤（ischemia-reperfusion injury, IRI）是目前整形修复外科及器官移植领域的研究热点，也是皮瓣移植术后最常见、最严重的并发症[1-2]。若IRI 处理不及时、不恰当，可引起皮瓣坏死，导致手术失败[3]。研究表明，调控活性氧（reactive oxygen species, ROS）释放可改善皮瓣缺血再灌注损伤（flap ischemia-reperfusion injury, FIRI），中药可通过调控ROS 起到抑制皮瓣坏死、提高皮瓣存活率的作用。本文总结了ROS 释放在IRI 中的作用及中药干预研究进展，以期为药物防治FIRI 提供参考。

1 IRI概述

IRI 是指某种原因导致组织灌注不足，引发组织缺血性改变，当组织再次获得充分血流灌注时，组织缺血状态未能得到改善，反而损伤进一步加重，最终导致缺血再灌注组织坏死。FIRI 是由于术中皮瓣组织灌注不足，术后血供恢复，皮瓣损伤进一步加重，最终导致皮瓣坏死。IRI 发病机制复杂且尚未完全明确，但ROS 的产生是包括骨骼肌、心脏、肾脏和皮瓣在内的多种组织器官IRI 的主要原因[4-6]。

IRI 引起的组织损伤分为早期缺血损伤和再灌注损伤。早期缺血性损伤起初由缺氧和营养不足引起。当早期缺血存在较长时间后，细胞代谢产物被保留并引起代谢性酸中毒。当血供重建时，局部炎症和ROS 生成增加，导致继发性损伤。细胞反应依赖于组织损伤的严重程度，长期IRI 引起的细胞损伤可导致细胞凋亡、自噬、坏死[7-9]。较短的IRI 时间可以激活细胞存活程序来控制ROS生成和细胞损伤[10]。不同的IRI 发病途径可能导致不同的细胞死亡机制。

2 ROS在IRI中的作用

血栓形成、中性粒细胞浸润、毛细血管狭窄、内皮功能障碍、细胞因子和促炎物质的释放通过再灌注触发产生ROS。ROS 主要产生于线粒体中，包括氧自由基（如超氧阴离子自由基、羟基自由基）和非自由基氧化剂（如过氧化氢、一氧化氮、脂质氢过氧化物、过氧基自由基）[11]。这些自由基与ROS 结合，形成了重要的活性氧化还原剂，在许多细胞内和细胞外过程中发挥关键作用，参与了细胞损伤相关的多个过程，如能量耗尽、凋亡、坏死和炎症。近年研究发现，邻近线粒体释放ROS 触发ROS 诱导ROS 释放（ROS induced ROS-release, RIRR）是一种新机制，这一过程可能导致线粒体功能障碍和细胞死亡增加，同时，ROS 的产生还涉及黄嘌呤氧化酶（xanthine oxidase, XO）和烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（nicotinamide adenine dinucleotide phosphate,NADPH）氧化酶系统，这些系统表现出复杂的串扰机制[12-13]。一个系统的激活会导致其他系统的激活，致使ROS 水平进一步升高[14-15]。此外，包括RIRR 的连锁反应必须终止，以防止损伤不必要的细胞。XO 系统、NADPH 氧化酶系统和线粒体电子传递链广泛参与肠、肺、心、脑、肌肉、肝、胰腺、胃和肾等器官的氧化应激[16]。XO 的活性伴随着ROS 的产生，在组织灌注不足状态下，黄嘌呤脱氢酶由于较低水平的腺苷三磷酸（adenosine triphosphate, ATP）而转换为黄嘌呤氧化还原酶；当组织灌注恢复后，XO 与O2反应介导次黄嘌呤转化为黄嘌呤和尿酸，进而引起更激烈的氧化应激[17-18]。NADPH 氧化酶系统在IRI 中产生ROS，当缺血组织恢复血流灌注后，组织释放多种化学介质，如磷脂酶A2、肿瘤坏死因子-α（tumour necrosis factor α, TNF-α）、白介素-1β（interleukin-1β, IL-1β）、干扰素-γ（interferon-γ,IFN-γ）和血管紧张素II，进而激活NADPH氧化酶，其中，磷脂酶A2 的释放诱导血小板活化因子产生，导致组织中血栓烷和白三烯水平升高，促进局部炎症反应[19-20]。在再灌注阶段，ROS 引起灌注不足组织氧化应激，导致血管内皮细胞功能障碍、DNA 损伤、局部氧化应激和炎症反应。炎症级联和氧化应激反应又可引起细胞因子风暴，导致细胞结构损伤和死亡[7]。因此，阻断或减少ROS 产生可有效减轻IRI 引起的组织损伤和细胞死亡[21-22]。

3 ROS在皮瓣IRI中的作用

皮瓣坏死是修复重建手术最常见的术后并发症之一，其限制了皮瓣移植术的临床应用[23]。增强随机皮瓣活力，抑制远端坏死，对扩大随机皮瓣的临床应用范围具有重要的现实意义。皮瓣坏死是一系列病理生理作用的结果。皮瓣血供主要来自皮瓣蒂上的血管网，血管生成从皮瓣蒂向远端开始[24]。当术中横切血管蒂时，皮瓣开始发生缺血性损伤[25]。新生血管形成后，随机皮瓣发生IRI。血供恢复和再灌注产生大量ROS 和中性粒细胞，这些ROS 和中性粒细胞会释放一系列炎症因子如白细胞介素，从而诱导炎症级联反应[13]。其中，ROS 诱导的氧化应激进一步诱导细胞因子风暴，导致严重的继发性损伤[7,13]。细胞中90%的ROS 均由线粒体产生，由于ROS 过度产生和（或）抗氧化剂防御活性降低，导致线粒体活性氧（mitochondrial reactive oxygen species, mtROS）产生和去除之间的不平衡，引起氧化应激，从而导致氧化损伤影响多种细胞成分，如脂质、DNA 和蛋白质[26]。Kim 等研究发现，微血管中ROS 过量产生可能损害血管生成，并导致伤口延迟愈合[27]。Li 等研究发现，缺血皮瓣诱导的ROS 启动溶酶体功能障碍，进而引发细胞焦亡，诱导细胞坏死，最终导致皮瓣坏死[28]。焦亡可导致炎症因子释放，炎症因子激活促炎免疫介质，触发一系列放大的炎症反应[29]。清除ROS、抑制ROS 诱导的一系列损伤程序可增强随机皮瓣活力，促进皮瓣存活。皮瓣修复后血液再灌注时，皮瓣内ROS 逐渐增多，造成抗氧化物不断消耗和累积，产生超氧化物歧化酶（superoxide dismutase, SOD）、丙二醛（malondialdehyde, MDA）等氧化产物，进一步导致细胞结构和功能破坏[30]。其中，SOD 是一种抗氧化酶，是氧自由基的自然天敌，可通过与超氧阴离子发生发应，达到清除ROS、保护细胞免受损伤的作用[31-32]；MDA 是ROS 的脂质过氧化物，是体内自由基与脂质发生过氧化反应的终产物，具有细胞毒性[33-34]。

皮瓣移植后的IRI 损伤程度、皮瓣存活情况受诸多因素影响，ROS 为主导因素。IRI 后的皮瓣组织中大量累积的ROS 直接攻击移植后皮瓣局部组织细胞，进而导致皮瓣局部组织内血管内皮细胞衰老、凋亡。同时，大量累积的ROS 通过刺激组织释放磷脂酶A2、TNF-α、IL-1β、IFN-γ和血管紧张素II 激活NADPH 氧化酶，引起皮瓣组织内炎症级联反应，使得移植后皮瓣组织被大量活化的炎症细胞浸润，且ROS 还可影响皮瓣新生微血管重建，导致新生微循环损伤，在FIRI 中发挥重要作用。

4 中药单体调控ROS表达干预IRI皮瓣

中药具有抗炎、抗氧化、消肿止痛、活血化瘀的作用，可促进血管再生和创面愈合。淫羊藿苷是从淫羊藿中分离提取的黄酮类化合物，魏德华等研究发现，淫羊藿苷可调控氧化应激指标水平，上调SOD、谷胱甘肽水平，下调MDA 水平，抑制血清炎症因子IL-10、TNF-α 释放，起到缓解氧化应激和炎症反应、减轻腹部皮瓣IRI、提高随意移植皮瓣存活面积及存活率的作用[35]。水晶兰苷是从巴戟天提取出来的环烯醚萜苷类化合物，具有抗炎、镇痛的作用[36]。Wang 等研究发现，水晶兰苷可减少细胞内ROS 释放，恢复线粒体膜电位，抑制氧化应激诱导的线粒体功能障碍，提高骨髓内皮祖细胞的迁移和血管的形成，并通过凋亡和自噬阻止叔丁基过氧化氢诱导的程序性细胞死亡，保护细胞凋亡和自噬，促进体内创面愈合，是防治FIRI 的潜在药物[37]。水苏碱是主要来自于益母草的苯并呋喃酮生物碱，具有抗炎、抗氧化应激的作用[38-39]。Zhou 等研究发现，水苏碱可抑制舒尼替尼损伤的人脐静脉内皮细胞凋亡和ROS 生成，发挥促进血管生成、抗氧化应激的作用，是一种潜在缓解FIRI 的药物[40]。木犀草素是一种来自青兰、紫苏、菊花和金银花等中药的黄酮类化合物，具有保护血管、抗炎、抗氧化等多种药理作用，同时可改善多器官的IRI[41]。Chen 等研究发现，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 的细胞毒性作用，提高抗氧化酶的表达水平，保护皮肤角质细胞免受ROS 诱导损伤，提高皮瓣存活率，改善IRI[6]。上述中药成分通过不同途径调节氧化应激、抑制炎症反应、保护细胞免受氧化损伤，从而在IRI 治疗中发挥重要作用，有望改善IRI 的临床症状和减轻组织损伤。

5 小结

IRI 引起的组织、器官后续损伤对IRI 的早预防、早发现、早治疗提出了巨大的挑战。目前IRI 的发生机制尚未明确，尤其是FIRI 仍停留在氧化应激、炎症反应、细胞凋亡层面，线粒体、细胞分子相关研究仍处于起步阶段，相关信号通路、分子调节机制的探讨也刚刚开始。氧化应激是当前国内外医学领域的研究热点之一，ROS 攻击细胞造成细胞衰老、损伤和凋亡，直接影响移植后皮瓣愈合，而ROS 作为氧化应激关键因子与FIRI 相关性研究相对较少，因此，探索ROS 对FIRI 及愈合的影响具有重要意义。

目前预防FIRI 的方法主要包括预缺血处理、局部低温及加热预处理、低氧及高压氧预处理及其他辅助治疗技术等。药物缓解FIRI 处于上升阶段，中医药缓解FIRI 更需要投入较多研究力度。当前FIRI 相关研究仍多处于动物和细胞实验阶段，所涉及的炎症、氧化应激反应及细胞通路传导有待进一步探究。未来可在循证医学指导下开展大样本临床研究，并利用分子生物学和网络药理学等技术，深入探索ROS在FIRI中的作用机制，加强中医药有效成分及作用机制研究，为临床治疗FIRI 提供参考依据。