氧化應(yīng)激影響移植后皮瓣愈合的研究進(jìn)展

高子浚 張皓 李春霖 鄧國英

皮瓣由有血液供應(yīng)的皮膚與其皮下脂肪組織共同組成。皮瓣移植術(shù)是整形外科在組織缺損或畸形修復(fù)與器官再造中的最常用方法，可有效提高患者生活質(zhì)量。1972年Harii等完成了臨床上第一例游離皮瓣移植并取得成功。此后，吻合血管的皮瓣移植術(shù)廣泛應(yīng)用于臨床，導(dǎo)致各種創(chuàng)傷(面)的修復(fù)方法發(fā)生巨大變革。然而在目前的臨床應(yīng)用中，移植后皮瓣成活問題仍較為棘手，帶蒂皮瓣的壞死率高達(dá)20.69%[1-2]。皮瓣一旦發(fā)生壞死，患者將面臨第二次手術(shù)甚至更嚴(yán)重的后果，患者痛苦增加。因此，提高移植后皮瓣存活率是目前皮瓣移植相關(guān)研究的重點(diǎn)方向之一。

皮瓣移植術(shù)后的愈合情況受多種因素影響，如血供狀況和局部化學(xué)物質(zhì)濃度等[3-6]。其中關(guān)鍵性因素為皮瓣血運(yùn)狀況，如血流灌注壓的高低、斷端血管與創(chuàng)面邊緣相互吻合連接的時(shí)效性，以及皮瓣基底床毛細(xì)血管向皮瓣內(nèi)新生長入的速度等[7]。這些因素均與氧化應(yīng)激密切相關(guān)，氧化應(yīng)激產(chǎn)生的活性氧等物質(zhì)會(huì)直接攻擊細(xì)胞，造成細(xì)胞衰老、凋亡、壞死，引起和放大局部炎癥反應(yīng)，并直接影響皮瓣血供。

1 氧化應(yīng)激過程與活性氧自由基蓄積

氧化應(yīng)激是氧化還原生物學(xué)與醫(yī)學(xué)中的重要概念[8]，它是指機(jī)體在內(nèi)外環(huán)境因素的刺激下，體內(nèi)氧化與抗氧化機(jī)制失衡，體內(nèi)的活性氧自由基(ROS)和活性氮自由基(RNS)積累導(dǎo)致的一種病理生理狀態(tài)[9]。ROS包括羥自由基、超氧陰離子和過氧化氫等，RNS則包括過氧化亞硝酸自由基及其質(zhì)子形式過氧亞硝酸等。目前研究主要聚焦于ROS，而RNS相關(guān)研究較少，且RNS主要下游機(jī)制與ROS有相似之處。

根據(jù)來源不同，ROS可分為內(nèi)源性和外源性兩種。外源性ROS主要來自于電離輻射[10]和各種化學(xué)物質(zhì)刺激[11]等，內(nèi)源性ROS主要由線粒體在氧化磷酸化過程中產(chǎn)生。線粒體中的高氧環(huán)境和呼吸鏈產(chǎn)生的大量漏出電子可以還原氧分子，ROS由此形成[12]。內(nèi)源性ROS和RNS形成的一般過程詳見下頁圖1[13]。

圖1 活性氧(氮)自由基的形成機(jī)制

在一定條件下，機(jī)體內(nèi)ROS可能過量蓄積，ROS強(qiáng)大的氧化作用可造成缺血-再灌注損傷以及組織器官衰老等不良后果，導(dǎo)致局部發(fā)生組織損傷甚至缺氧壞死，由此對(duì)機(jī)體造成不可逆?zhèn)14]。在機(jī)體可調(diào)節(jié)范圍內(nèi)，抗氧化酶系統(tǒng)分泌的超氧化物歧化酶(SOD)和還原型谷胱甘肽等物質(zhì)可清除過量的ROS[15]。

2 ROS的損傷機(jī)制

在機(jī)體氧化應(yīng)激狀態(tài)下積累的ROS可通過氧化作用，造成多種損傷，其損傷機(jī)制主要包括以下幾方面：

ROS可攻擊多聚不飽和脂肪酸，引起脂質(zhì)過氧化，導(dǎo)致細(xì)胞膜流動(dòng)性降低和通透性增加，促進(jìn)兩層細(xì)胞膜之間的磷脂交換，破壞跨膜蛋白原有的結(jié)構(gòu)性質(zhì)；ROS還可攻擊DNA，造成DNA堿基缺失和鏈交聯(lián)、斷裂等。ROS對(duì)正常細(xì)胞各組分的氧化修飾將最終導(dǎo)致細(xì)胞衰老和損傷[16]。

ROS可通過多種途徑誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡。誘導(dǎo)凋亡的主要途徑包括線粒體依賴途徑和非線粒體依賴途徑。在線粒體依賴途徑中，氧化應(yīng)激主要促進(jìn)Ca2+介導(dǎo)的線粒體膜孔形成，被氧化的心磷脂與細(xì)胞色素c的親和性降低，細(xì)胞色素c則可穿過線粒體膜并進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)，procaspase-9 與細(xì)胞色素c和凋亡蛋白酶激活因子-1共同形成多蛋白凋亡小體，最終產(chǎn)生caspase-9并啟動(dòng)細(xì)胞凋亡，這個(gè)過程中也有與氧化應(yīng)激關(guān)系密切的B淋巴細(xì)胞瘤/白血病(Bcl)-2蛋白家族參與[17]；氧化應(yīng)激也可影響非線粒體依賴途徑，例如ROS/一氧化氮(NO)等可下調(diào)細(xì)胞型含死亡域的Fas結(jié)合蛋白樣白細(xì)胞介素(IL)-1β轉(zhuǎn)換酶抑制蛋白(c-FLIP)，從而啟動(dòng)泛素-蛋白酶體和死亡受體FasL/FasR、腫瘤壞死因子(TNF)-α及其受體(TNFR)1、死亡配體及其受體Apo3L/DR3、Apo2L/DR4和Apo2L/DR5等凋亡機(jī)制[18]。ROS還可高效激活凋亡信號(hào)調(diào)節(jié)激酶(ASK)1信號(hào)小體，加速細(xì)胞凋亡[19]。

ROS可直接誘導(dǎo)激活核因子(NF)-κB、激活蛋白(AP)-1、信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)及轉(zhuǎn)錄激活因子(STAT)3以及絲裂原活化蛋白激酶(MAPK)等，從而激活炎癥級(jí)聯(lián)反應(yīng)，生成IL-1β、IL-6和TNF-α等炎性介質(zhì)[20]，動(dòng)員肥大細(xì)胞、嗜中性粒細(xì)胞、巨噬細(xì)胞、樹突狀細(xì)胞和淋巴細(xì)胞等各種免疫細(xì)胞參與炎癥反應(yīng)[21]。

3 ROS對(duì)移植后皮瓣愈合的不利影響

近年來有研究表明，氧化應(yīng)激對(duì)軟組織移植、骨重塑和關(guān)節(jié)置換術(shù)的成功率均有影響[22-23]。皮瓣移植可在不同程度上對(duì)原有血供造成破壞，移植后的皮瓣愈合對(duì)重建血供存在依賴[24]。局部血流灌注壓發(fā)生改變和斷端血管未及時(shí)與創(chuàng)面邊緣相吻合等因素均會(huì)導(dǎo)致重建血供不能及時(shí)長入，以及原有血供功能不良，這是皮瓣移植后不能成活的重要原因[25]。氧化應(yīng)激不僅是血管損傷和內(nèi)皮功能障礙的始動(dòng)因素，而且與游離皮瓣移植后局部缺血引起的缺血-再灌注損傷也密切相關(guān)，由氧化應(yīng)激產(chǎn)生的大量ROS是缺氧-再灌注損傷影響移植后皮瓣愈合的主要原因之一[26]。這一觀點(diǎn)已得到有關(guān)靈芝多糖肽對(duì)于皮瓣缺血-再灌注損傷的保護(hù)作用研究證實(shí)[27]。移植后皮瓣愈合與氧化應(yīng)激關(guān)系密切。

氧化應(yīng)激產(chǎn)生的ROS可直接損傷移植皮瓣局部細(xì)胞，使其凋亡或壞死。局部血管內(nèi)皮細(xì)胞腫脹，血管壁肥厚和細(xì)胞因子增多等[28]，均可導(dǎo)致血管收縮和毛細(xì)血管通透性增加，造成微循環(huán)障礙和缺血組織損傷[29-30]，進(jìn)一步加重細(xì)胞損傷。

氧化應(yīng)激可放大局部炎癥反應(yīng)，促進(jìn)纖維組織化生和異位骨化等[31]，不利于移植后皮瓣愈合。由ROS引發(fā)的炎癥級(jí)聯(lián)反應(yīng)不僅可以直接引起移植處大量炎細(xì)胞浸潤，而且可以通過增加黏附分子表達(dá)，增強(qiáng)炎癥細(xì)胞與內(nèi)皮細(xì)胞的黏附，從而降低血管內(nèi)皮細(xì)胞活力。炎癥級(jí)聯(lián)反應(yīng)還可以直接刺激巨噬細(xì)胞并使其融合，由此調(diào)節(jié)軟組織重塑過程[32]。在ROS的誘導(dǎo)下，由大量成纖維細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞和間充質(zhì)干細(xì)胞形成的肉芽組織可延長移植后皮瓣愈合時(shí)間。氧化應(yīng)激可放大局部炎癥反應(yīng)，影響局部微循環(huán)并形成惡性循環(huán)，最終影響移植后皮瓣愈合修復(fù)。

氧化應(yīng)激可影響移植皮瓣的局部血供，造成局部組織發(fā)生缺血損傷和血管舒縮功能受損等不良后果。氧化應(yīng)激反應(yīng)可通過氧化還原敏感信號(hào)通路活化蛋白激酶、蛋白酪氨酸激酶等，并失活蛋白酪氨酸磷酸酶，從而特異性誘導(dǎo)血管平滑肌細(xì)胞增殖、分化和凋亡，引發(fā)黏附分子過表達(dá)、單核細(xì)胞遷移和細(xì)胞外基質(zhì)蛋白沉著等一系列反應(yīng)，不利于重構(gòu)的移植皮瓣局部血供的建立。過量ROS會(huì)使血管系統(tǒng)中的還原型煙酰胺腺嘌呤二核苷酸(NADPH)氧化酶和黃嘌呤氧化酶含量上升，并誘導(dǎo)血管緊張素Ⅱ過量生成，從而改變血管緊張度和局部血壓，加重局部缺血情況。過量ROS還會(huì)使內(nèi)皮型一氧化氮合酶(eNOS)解偶聯(lián)，改變氧化還原狀態(tài)。細(xì)胞內(nèi)eNOS主要以L-精氨酸為底物并以四氫生物蝶呤(BH4)作為輔助因子，可合成NO。氧化應(yīng)激產(chǎn)生的過量ROS使BH4因氧化而耗竭，導(dǎo)致eNOS解偶聯(lián)，NO生成受抑制，從而損傷血管結(jié)構(gòu)和功能。由氧化還原狀態(tài)發(fā)生改變所致的血管內(nèi)皮細(xì)胞內(nèi)的Ca2+濃度增加可引起血管收縮，血管內(nèi)皮依賴性舒張功能也因此受損[33]。

4 減輕氧化應(yīng)激對(duì)皮瓣愈合影響的對(duì)策

大量研究表明，抗氧化劑可中和過量ROS并減輕細(xì)胞衰老、損傷程度，從而保護(hù)移植皮瓣。還原型谷胱甘肽[34]、SOD[35]、二甲基亞砜[36]和維生素[37]等物質(zhì)均有助于皮瓣愈合。靈芝多糖肽通過上調(diào)硫氧還蛋白-1表達(dá)，可直接清除過量ROS，在皮瓣缺血-再灌注損傷中具有保護(hù)作用。

除抗氧化劑之外，部分藥物也可以通過抑制細(xì)胞凋亡、減輕局部炎癥反應(yīng)和改善局部血供情況等途徑減輕氧化應(yīng)激影響，從而促進(jìn)移植后皮瓣愈合。麝香酮[38]、紅景天苷[39]和白藜蘆醇[40]等抗細(xì)胞凋亡劑均可抑制細(xì)胞凋亡并促進(jìn)皮瓣愈合；利多卡因[41]、柚皮苷[42]、仙茅苷A[43]等抗炎藥物可減少由氧化應(yīng)激產(chǎn)生的炎癥細(xì)胞和炎性介質(zhì)，從而減輕炎癥反應(yīng)并促進(jìn)皮瓣愈合；燈盞花素可以通過擴(kuò)張血管調(diào)整血液流變學(xué)異常，降低血流阻力和降低血栓形成風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)大鼠移植后的皮瓣具有保護(hù)作用[44]，可作為提高移植后皮瓣存活率的臨床用藥；硝酸鹽飲食可以調(diào)節(jié)體內(nèi)NO含量，從而調(diào)節(jié)血流量以及血管生成和舒縮情況，對(duì)缺血皮瓣也有保護(hù)作用[25]。

近年來，有關(guān)氧化應(yīng)激對(duì)于皮瓣愈合的不利影響的相關(guān)藥物研究方興未艾。Lin等[45]研究發(fā)現(xiàn)，銀杏內(nèi)酯B可以通過降低Bax/Bcl-2和caspase-3水平抑制氧化應(yīng)激反應(yīng)并誘導(dǎo)血管生成，從而提高皮瓣存活率。Chen等[46]研究發(fā)現(xiàn)，骨化三醇可通過促進(jìn)血管生成減少氧化應(yīng)激的影響，從而顯著提高皮瓣存活率。Cheng等[47]的研究也證實(shí)，替羅非班可促進(jìn)血管生成并抑制炎癥反應(yīng)，以此抑制氧化應(yīng)激作用并提高皮瓣成活率。

5 結(jié)語

皮瓣移植術(shù)后的皮瓣愈合情況受多種因素影響，且大部分因素與氧化應(yīng)激過程密切相關(guān)。氧化應(yīng)激過程可導(dǎo)致體內(nèi)生成的ROS和RNS過量積累，它們可直接攻擊移植皮瓣局部細(xì)胞DNA、脂質(zhì)和蛋白質(zhì)等成分，從而造成血管內(nèi)皮細(xì)胞衰老、損傷和凋亡。ROS可引起體內(nèi)炎癥級(jí)聯(lián)反應(yīng)，促進(jìn)大量活化的炎癥細(xì)胞在皮瓣移植部位浸潤。ROS也可影響新生血管重建，導(dǎo)致血供損傷，并在缺血-再灌注損傷中發(fā)揮重要作用。上述情況均不利于移植后皮瓣愈合。藥物干預(yù)可通過清除過量氧化應(yīng)激產(chǎn)物，抑制細(xì)胞凋亡以及減輕炎癥反應(yīng)和促進(jìn)血供重建等途徑，促進(jìn)移植后皮瓣的成活。

氧化應(yīng)激是當(dāng)下國內(nèi)外生物學(xué)和醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一，而氧化應(yīng)激與皮瓣愈合的相關(guān)性研究仍相對(duì)較少，因此研究氧化應(yīng)激對(duì)皮瓣愈合的影響具有重要意義。