自噬与皮瓣缺血再灌注损伤_张团庄.pdf

中 国 组 织 化 学 与 细 胞 化 学 杂 志CHINESE JOURNAL OF HISTOCHEMISTRY AND CYTOCHEMISTRY第 31 卷第 6 期2022 年 12 月Vol.31.No.6December.2022收稿日期2022-06-13 修回日期2022-12-08基金项目国家自然科学基金地区项目（81860863）；甘肃省青年科技基金计划（004187344019）作者简介张团庄，男（1995 年），汉族，在读研究生*通讯作者(To whom correspondence should be addressed)：自噬与皮瓣缺血再灌注损伤张团庄1，宋渊2*，刘涛2，姚兴璋2（1甘肃中医药大学，兰州 730030；2甘肃省中医院，兰州 730050）摘要缺血再灌注损伤是术后皮瓣坏死的主要原因之一，针对缺血再灌注损伤进展的任何环节进行干预，均能有效减少损伤，提高皮瓣成活率。目前发现增加血管生成、减少细胞凋亡和氧化应激反应均能促进皮瓣成活。本文主要从自噬抑制剂 3-MA 逆转药物有益作用、TFEB 的核转位诱导自噬、多区域穿支皮瓣自噬、自噬减轻缺血再灌注损伤、PI3K/Akt 信号通路促进皮瓣成活5个方面对近年来皮瓣缺血再灌注中皮瓣自噬的实验研究及临床应用现状进行综述，旨在为皮瓣缺血再灌注损伤的防治提供理论依据和新的思路。关键词皮瓣；缺血再灌注；自噬中图分类号R622 文献标识码A DOI：10.16705/ki.1004-1850.2022.06.016Autophagy and ischemia-reperfusion injury of skin flap Zhang Tuanzhuang1,Song Yuan2*,Liu Tao2,Yao Xingzhang 2(1 Gansu University of Traditional Chinese Medicine,Gansu,Lanzhou 730030;2 Gansu Provincial Hospital of Traditional Chinese Medicine,Gansu,Lanzhou 730050)AbstractIschemia reperfusion injury is one of the main causes of postoperative necrosis of the flap.Intervention at any link of the progression of ischemia reperfusion injury can effectively reduce the injury and improve the survival rate of the flap.It has been found that increasing angiogenesis,reducing apoptosis and oxidative stress can promote the survival of skin flaps.In this paper,we reviewed the current experimental studies and clinical applications of autophagy in skin flap ischemia-reperfusion in recent years from five aspects:the beneficial effect of autophagy inhibitor 3-MA reversal,autophagy induced by nuclear translocation of TFEB,autopha-gy of multi-zone perforator flap,autophagy reducing ischemia-reperfusion injury,and PI3K/Akt signaling pathway promoting skin flap survival.The aim is to provide theoretical basis and new ideas for the prevention and treatment of ischemic reperfusion injury of skin flap.KeywordsFlap;ischemia-reperfusion;autophagy随着科技的进步和社会的发展，工业、农业和交通运输业也紧跟社会步伐，开放性损伤也逐渐见增多，这类损伤处理棘手。在临床上，解决组织缺损，目前最有效的手段就是皮瓣移植1,2，但是在皮瓣移植的过程中，皮瓣会因为缺血性坏死。而提高皮瓣的成活率则是改善皮瓣的血液循环，降低缺血再灌注损伤。皮瓣缺血再灌注损伤（ischemia/reper-fusion，I/R）是指皮瓣在较长时间缺血的情况下重获血液灌流或氧供后反而损伤加重的现象3。虽然皮瓣设计和手术技术都有了改进，但其长宽比仍不能超过 1.52:1，限制了4的临床应用。目前 I/R 损伤的发病机制尚不十分清楚，既往研究发现血供不足、炎症反应和氧化应激是导致皮瓣坏死的 3 个重要因素5。近年来，对于 I/R 损伤防治的研究越来越多，研究发现，内皮细胞是皮瓣I/R损伤的关键靶点之一6，缺血后的处理与血管内皮细胞保护有关。也有学者研究发现 I/R 损伤中自噬对于皮瓣防治有一定的关系7。氧化应激和自噬凋亡是 I/R 的 2 个主要机制8，是导致随意皮瓣坏死的关键因素。激活自噬是维持细胞稳态的重要手段，可以提高皮瓣的存活率。越来越多的研究表明，缺血甚至坏死是由于氧化应激和血供7不足所致。因此，抑制氧化应激和加速血管生成是促进随机模式皮瓣存活的主要策略。而目前在甘肃省中医院受医生和患者认可的，是由甘肃省中医院李盛华教授研制的消肿止痛合剂。该药在临床使用多年，疗效显著，但机制尚未清楚9,10。课题组在前期研究发现，消肿止痛合剂使中国组织化学与细胞化学杂志638第 31 卷血管内皮生长因子（vascular endothelialgrowth factor,VEGF）、Notch 和 Dll4 蛋白表达量显著升高，促进新生血管生成和皮瓣成活11。I/R本是一类综合征，发病机制复杂，从单一的靶点很难有效的缓解或治愈。因此，深入研究整体调节、多靶点、多系统作用机制且毒副作用小的药物，是I/R治疗中新的策略和方法。课题组探讨消肿止痛合剂PI3K/AKT/mTOR 信号通路的影响机制，从而寻找中药治疗皮瓣I/R的作用靶点。现对近几年自噬对皮瓣成活率影响进行综述，为后期的课题研究提供思路和参考。1 自噬概述自噬是细胞对内外界环境压力变化的一种反应，是细胞通过单层或双层膜，包裹待降解物形成自噬体，然后运送到溶酶体形成自噬，溶酶体并进行多种酶的消化及降解，以实现细胞本身的代谢需要和某些细胞器的更新过程12,13。自噬是一种高度保守的真核细胞再循环过程，可降解胞质大分子和细胞器，在血管生成、氧化应激和凋亡中发挥关键作用14。自噬调节多种内皮细胞受体的表达，包括神经纤维蛋白的降解，然后促进血管生成15。自噬是发生在所有真核细胞14中的一个稳态过程。在一个动态循环系统中，自噬产生新的构建模块和能量用于细胞更新和稳态16。然而，不适当的自噬可损害血管生成17。自噬在调节血管生成、凋亡和氧化应激中起着重要作用，抑制自噬可以促进血管生成，可促进细胞凋亡和坏死的氧化应激相关产物，如活性氧（reactive oxygen species,ROS）18是自噬的重要激活物16。但是自噬在细胞存活中的作用是一把“双刃剑”，其在许多疾病中被激活以促进细胞存活，如急性心肌梗死，但过度激活自噬可能引发细胞死亡19。2 自噬与皮瓣缺血再灌注损伤自噬是一种细胞内溶酶体分解代谢的过程，在维持和调节细胞内稳态上发挥重要的作用20。自噬调节的完整性、有序性有利于维持细胞的生理功能21，I/R 是指由于缺血肢体、组织、器官恢复血供后，出现的更加严重的损伤，自噬作为I/R的主要作用机制，揭示了细胞内修复及损伤的过程，而这在 I/R 的发生发展中尤为重要。2.1 自噬抑制剂 3-甲基腺嘌呤逆转药物有益作用3-甲基腺嘌呤（3-methyladenine；3-MA）是一种众所周知特异性的自噬抑制剂22-24，其首次被发现是通过从饥饿大鼠分离的肝细胞中筛选出来的嘌呤相关物质24,25。在皮瓣自噬中，3-MA 抑制自噬，进一步提高皮瓣的成活率。相关研究发现成纤维细胞生长因子 21（fibroblast growth factor,FGF21）、丹参酚酸 B、芹菜素、桦木酸、二甲双胍、骨化三醇和天麻素均26-32能使皮瓣自溶蛋白相关蛋白CTSD、基质金属蛋白酯（matrix metalloprotein ester,MMP9）、VEGF、SOD1、eNOS 和 HO1 的表达水平升高，增加 Cadherin5 血管密度，使 p62、丙二醛（malondialdehyde,MDA）、Bax、CYC 和 CASP3的表达水平降低，增加血管生成，抑制氧化应激和凋 亡。FGF21 激 活 AMPK-FoxO3a-SPK2-CARM1和 AMPK-mTOR 信号通路，导致细胞内 TFEB 表达增加，从而增强缺血皮瓣的组织自噬26。芹菜素通过促进血管生成、抑制氧化应激和凋亡来促进随机皮瓣的存活，进而提高皮瓣存活率27。综上所述，FGF21 等药物主要通过增强自噬，促进血管生成，抑制氧化应激反应和细胞凋亡促进皮瓣的成活。目前，没有发现任何关于 3-MA 在临床应用的报道。如果在临床中阻断自噬是有必要的，应该确定更安全的替代方法。因此，需要进一步的研究来确定药物调节自噬是否是一种安全的临床治疗方法。2.2 TFEB 核转位诱导自噬TFEB 是一种新的自噬和溶酶体生物发生的积极调节因子，其可通过激活 AMPK 和内皮细胞的自噬来调节血管生成33。假人参皂苷 F11（pseudo ginsenoside F11,PF11）可通过上调 Bcl-2，下调 Bax和 C-caspase3 表达，增加 SOD1、HO1 和 eNOS、VPS34、Beclin1、LC3II 和 CTSD 的表达水平。PF11通过 AMPK-mTOR 信号通路增加 TFEB 的核转位，最终诱导自噬，增加自噬通量，促进皮瓣血管生成，减轻氧化应激，抑制细胞凋亡，促进皮瓣的成活34。利拉鲁肽通过 ampk mcoln1-钙调神经磷酸酶信号通路激活 TFEB，导致其去磷酸化和核转位，从而激活随机皮瓣组织中的自噬35。有研究发现艾塞那肽激活 AMPK-mTOR 和 amp-skp2-carm1 信号通路，促进 TFE3 核易位，激活自噬，增加 MMP9、VEGF 和Cadherin 5 表达水平，降低 IL-1、IL-18、NLRP3、ASC、GSDMDN 和 Caspase1 的表达，增强血管生成，减少氧化应激，抑制焦亡，最终改善皮瓣存张团庄等.自噬与皮瓣缺血再灌注损伤第 6 期 639活36。由此可见，TFEB 的核转位，诱导自噬升高或降低其相应蛋白水平，均可促进皮瓣成活。2.3 多区域穿支皮瓣自噬穿支皮瓣是指仅以管径细小（0.50.8 mm）的皮肤穿支血管供血的皮瓣37。随着严重创伤、烧伤等引起的皮肤缺损尺寸的增大，应设计更大区域的穿支皮瓣来覆盖巨大的皮肤缺损。因此，寻找一种有效的方法来提高多区域穿支皮瓣的存活率非常必要。使用自噬诱导剂雷帕霉素联合丁苯酞治疗穿支皮瓣，雷帕霉素治疗的所有组，均表现出过度自噬状态，即皮瓣坏死面积增加，血管生成减少，细胞凋亡和氧化应激显著增加38。经丁苯酞单独处理发现激光多普勒血流计值提高，VEGF、CDH5、MMP9、SOD1、eNOS和HO1表达增加，Bax、CYC和CASP3表达减少，丁苯酞可以抑制自噬，改善血管生成，减少氧化应激和凋亡，促进多区域穿支皮瓣模型大鼠