综述：黄嘌呤氧化酶在皮瓣缺血-再灌注损伤中的作用机制及靶向治疗的进展：一篇简评

《Frontiers in Physiology》：Mechanism of xanthine oxidase in flap ischemia-reperfusion injury and advances in targeted therapy: a mini review

皮肤瓣缺血再灌注损伤的病理机制及黄嘌呤氧化酶抑制剂的治疗进展。缺血导致代谢紊乱和氧化应激，再灌注时XO系统爆发ROS引发炎症和凋亡。抑制XO（如别嘌呤醇、非布司他）可减少ROS，抑制炎症通路（NF-κB、p38/JNK）和凋亡蛋白（Bax、Caspase-3），同时上调抗凋亡蛋白（Bcl-2）和促血管生成因子（VEGF），改善瓣存活率。

　　皮肤移植术在现代外科中被广泛应用于修复因创伤、肿瘤或烧伤等导致的皮肤、皮下软组织以及更深层结构如神经、肌腱和骨骼的损伤。这种手术不仅有助于恢复患者的外观，还对功能恢复至关重要。然而，缺血再灌注（I/R）损伤是导致皮肤移植失败的主要原因之一。根据一项对1142例病例的调查，游离皮瓣移植的平均存活率超过90%。尽管如此，仍有82%的皮瓣在术后24小时内出现循环障碍，其中9.9%需要二次血管重建。一项对1258例游离皮瓣的长期随访研究显示，Chiu等人报告了11.9%的二次探查率，其中58%的病例涉及血管蒂血栓形成，仅有约30%的病例通过血栓清除和血管再吻合成功挽救（Chiu et al., 2017）。这表明，无论是在游离皮瓣还是带蒂皮瓣中，缺乏及时和有效的监测与干预仍是当前面临的主要挑战。术后血供可能因血管痉挛、组织水肿引起的压迫、血管蒂扭转或血栓形成而受损。即便实现了再灌注，二次I/R损伤仍可能削弱手术的成功率，加剧组织损伤甚至导致皮瓣坏死，对患者的预后和生活质量产生深远影响。因此，预防和减轻I/R损伤对于提高皮瓣存活率、功能恢复以及整体患者治疗效果具有重要意义。

I/R损伤涉及一系列复杂的病理生理反应，这些反应不仅加剧组织损伤，还可能导致坏死。在缺血阶段，氧气和营养物质的缺乏会干扰线粒体的氧化磷酸化过程，导致三磷酸腺苷（ATP）的急剧减少。细胞会转而依赖无氧代谢，从而产生大量乳酸并引发代谢性酸中毒。与此同时，能量的耗竭会破坏钠钾泵和钙泵的功能，促进磷脂的降解，并增加自由基的生成。这些过程会导致细胞肿胀、细胞膜通透性增加、膜完整性丧失以及细胞内成分的外漏（Wu et al., 2018）。此外，缺血还会减少内皮细胞产生一氧化氮（NO）的能力，同时增加血管收缩因子如内皮素的分泌，从而引发血管痉挛（Dominguez et al., 2021）。

再灌注阶段进一步加重了损伤。当血流恢复时，线粒体功能障碍和钙离子失衡会激活黄嘌呤氧化还原酶（XOR）系统，从而大量产生活性氧（ROS）。ROS的爆发会引发线粒体损伤、钙超载、白细胞浸润和炎症反应（Granger and Kvietys, 2015）。ROS通常在生理过程中起到信号传导、代谢和细胞增殖等作用，但在I/R损伤中，其过度产生会引发氧化应激，破坏脂质、蛋白质和DNA。ROS还能激活炎症通路，促进白细胞募集和促炎性细胞因子的释放（Kalogeris et al., 2012）。氧化应激和炎症的相互作用最终导致细胞死亡和组织损伤，成为多种疾病进展的重要机制。图1（Choi et al., 2015）形象地展示了缺血和再灌注过程中细胞变化的机制，包括ROS的生成及其引发的炎症和凋亡过程。

在I/R损伤的ROS生成途径中，黄嘌呤氧化酶（XO）系统、NADPH氧化酶（Nox）家族和线粒体呼吸链被认为是主要的ROS来源。这些通路构成了I/R损伤治疗的关键靶点。尽管这三种酶系统在多种组织中均有广泛表达，但其主导的ROS生成可能因组织类型的不同而有所差异（Wu et al., 2018）。在缺血阶段，ATP的降解会导致大量黄嘌呤的积累，同时细胞内钙离子超载会激活钙依赖性蛋白酶，将其转化为黄嘌呤氧化酶（XO）。再灌注时，氧气供应恢复，XO利用分子氧作为最终电子受体，催化黄嘌呤和次黄嘌呤的氧化，生成尿酸。与此同时，抗氧化系统的抑制和ROS的过度生成会导致抗氧化酶如超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化氢酶（CAT）和谷胱甘肽过氧化物酶（GPX）的显著减少。因此，释放出的大量O??和H?O?会进一步生成更具毒性的反应性物种，如羟基自由基（·OH）、脂过氧化物自由基（LOO·）和过氧亚硝基阴离子（ONOO?）（Ighodaro and Akinloye, 2018）。这些ROS会直接氧化氨基酸残基，引发构象改变并促进蛋白质交联，从而损害酶的活性。它们还能通过氧化碱基、断裂脱氧核糖骨架或破坏碱基配对损伤核酸，干扰复制和转录过程。此外，ROS还会加速端粒耗损，推动细胞衰老（Cecarini et al., 2007）。

目前，临床上可用的XO抑制剂包括别嘌醇（allopurinol）和非布司他（febuxostat）。别嘌醇在体内代谢为氧嘌呤醇（oxypurinol），其通过竞争性抑制XO，阻止次黄嘌呤和黄嘌呤转化为尿酸。而非布司他则直接结合XO活性部位的钼辅因子，抑制酶活性，同时减少尿酸和ROS的生成。这两种药物均被批准用于治疗急性和慢性高尿酸血症及相关疾病（Nishino and Okamoto, 2015）。除了降低尿酸水平外，它们在多种I/R损伤模型中展现出保护作用（Ullah et al., 2020；Sun Guifang, 2019；Yajuan, 2019；Zhang et al., 2021；Shin et al., 2015；Wang et al., 2015；Tsuda et al., 2012）。别嘌醇不仅能抑制ROS的生成，还能通过嘌呤补救途径促进ATP的再生，从而改善能量代谢紊乱（Frenguelli, 2019）。非布司他则通过诱导血红素加氧酶-1（HO-1）的表达，发挥额外的保护作用。HO-1在氧气和NADPH氧化酶存在下降解有毒的游离血红素，生成胆绿素、Fe2?和一氧化碳（CO）。胆绿素通过中和ROS发挥强大的抗氧化作用（Huang et al., 2022；Chen et al., 2020）。同时，非布司他减少NADPH氧化酶活性，限制O??的生成，促进Fe2?被铁蛋白捕获，并抑制芬顿反应（Fujii et al., 2010；Oh et al., 2013）。CO还具有额外的保护作用，它通过抑制NF-κB核转位，减少促炎性细胞因子（如TNF-α和IL-6）和粘附分子（如ICAM-1和VCAM-1）的表达，从而限制白细胞浸润（Araujo et al., 2012）。此外，CO还能激活可溶性鸟苷酸环化酶–cGMP通路，增强血管舒张并改善组织灌注（Chen et al., 2015；Vera et al., 2005）。胆红素还能抑制NLRP3炎症小体的激活，进一步抑制炎症反应（Zhang et al., 2025；Li et al., 2022；Vítek, 2020）。

Soliman等人研究发现，别嘌醇通过调节黄嘌呤氧化酶（XO）–过氧化物酶体增殖物激活受体γ（PPAR-γ）信号通路，减轻I/R损伤（Soliman et al., 2023）。PPAR-γ通过抑制促氧化基因如NADPH氧化酶的表达，调节氧化应激，并维持线粒体结构和功能，从而减少ROS的生成（Soliman et al., 2023；Yeligar et al., 2018）。这一过程不仅降低了NO向过氧亚硝基阴离子（ONOO?）的氧化，还通过增强超氧化物歧化酶和谷胱甘肽过氧化物酶的表达，提升了抗氧化能力（De Nuccio et al., 2020；Yongyue and Yingjing, 2020）。此外，PPAR-γ的激活还能抑制NF-κB信号通路，并下调促炎性细胞因子（如TNF-α、IL-6和IL-1β）的转录（Bernardo and Minghetti, 2006）。同时，它还能通过上调抗凋亡蛋白（如Bcl-2）和抑制促凋亡蛋白（如Bax）的表达，促进细胞存活（Wu et al., 2021；Wang et al., 2023）。机制上，别嘌醇通过抑制XO、减少ROS生成并上调PPAR-γ，形成一个反馈环路，从而减轻氧化应激和炎症反应，最终保护组织和器官。

I/R过程中，ROS的积累会激活多种炎症级联反应，包括NLRP3炎症小体、NF-κB和p38/JNK MAPK通路。Terada等人观察到，中性粒细胞通过释放ROS代谢物（如O??、H?O?和次氯酸）加剧内皮损伤，而别嘌醇能有效抑制中性粒细胞对内皮细胞的黏附（Granger and Kvietys, 2015；Ichikawa et al., 1997）。除了直接抑制ROS，别嘌醇还能通过减少XO依赖的信号传导间接阻断NF-κB的激活（Guzik et al., 2025）。这一作用显著下调了IL-6、IL-1β和TNF-α等促炎性细胞因子的转录（Choi et al., 2015；Shin et al., 2015；Gitaswari et al., 2024；Shenkar and Abraham, 1997；Bahriz et al., 2025）。过度激活的IL-6–JAK/STAT3轴会进一步促进凋亡和内皮屏障功能障碍，而别嘌醇通过降低IL-6表达和STAT3的磷酸化水平，减轻了这些影响（Prieto-Moure et al., 2017）。同样，I/R诱导的JNK/p38 MAPK通路激活，会促进炎症介质释放和应激反应，这一过程也能够被别嘌醇有效抑制（Shin et al., 2015；Kang et al., 2023；Kuanlu and Yong, 2010）。

此外，ROS还会诱导凋亡，这一过程涉及多个机制，包括线粒体功能障碍、细胞内信号通路的激活以及DNA损伤。在再灌注时，氧气的突然流入会导致ROS的大量生成和细胞内钙离子超载，进而引发线粒体通透性转换孔（mPTP）的开放。这一事件会导致线粒体膜去极化、基质肿胀和外膜破裂，使促凋亡因子如细胞色素c释放到细胞质中，从而激活下游的凋亡级联反应。膜去极化还会进一步消耗ATP，加剧细胞死亡（Choi et al., 2015；Pizzino et al., 2017；Wang et al., 2011）。最近的研究表明，ROS的积累会促使mPTP在再灌注阶段开放，导致凋亡的发生（Lee and Lee, 2006）。别嘌醇通过减少ROS生成，间接稳定线粒体膜，保护ATP合成，并减少促凋亡因子的释放，从而抑制下游凋亡信号（Choi et al., 2015；Brand?o et al., 2018）。

在氧化应激引发的凋亡通路中，p53通路发挥着核心作用，通过上调促凋亡蛋白如Bax，下调抗凋亡蛋白如Bcl-2（Shin et al., 2015）。Wang等人发现，非布司他能增强抗凋亡蛋白Bcl-2和Bcl-XL的表达，减少促凋亡蛋白Bax和Bak的水平，并提高Bcl-2/Bax的比值（Wang et al., 2015）。其他与氧化应激诱导凋亡相关的通路包括JNK和ERK。Ju-Hyun Shin等人指出，在I/R过程中，促凋亡信号如JNK和p38被显著上调并发生磷酸化，而生存信号如ERK则被抑制。别嘌醇能够逆转这一模式，通过显著抑制JNK和p38的激活，减轻JNK介导的Bcl-2抑制，并增加Bcl-2的表达和磷酸化。此外，别嘌醇还能减少Bax的表达，从而恢复Bcl-2/Bax的平衡（Shin et al., 2015）。

ROS还会引发DNA损伤，激活DNA损伤应答通路，进而触发凋亡（Schumacker, 2006；Lin and Beal, 2006）。ROS介导的DNA损伤会通过聚腺苷二磷酸核糖聚合酶（PARP）的激活形成凋亡小体。过度激活的PARP-1会消耗ATP储备，导致细胞坏死（Ryu et al., 2010）。因此，抑制ROS的生成对于防止DNA损伤和细胞凋亡至关重要。

综上所述，XOR系统是I/R损伤中最早且最易接近的ROS来源，为临床治疗提供了一个精准、可行且安全的靶点。抑制XOR能够中断早期的ROS爆发，减少炎症介质的释放，并调节自噬和凋亡过程，从而阻断后续的“氧化–炎症–凋亡”级联反应。作为唯一在多种器官系统中均显示出显著治疗效果的抗氧化靶点，XOR抑制在临床转化方面具有广阔前景。本文综述了XOR及其抑制剂在皮瓣I/R损伤中的治疗意义，旨在为临床预防和治疗提供新的策略和理论依据。未来的研究方向应进一步探索XOR抑制与其他治疗手段的联合应用，以实现更全面的组织保护。例如，将XO抑制剂与物理干预（如冲击波疗法、经皮电刺激）或药物干预（如抗氧化剂、NADPH氧化酶抑制剂和线粒体保护剂）相结合，可能在抑制ROS生成的同时，减轻继发性线粒体ROS的放大效应。此外，针对NADPH氧化酶系统和线粒体呼吸链的复杂机制，开发更有效的药物并解决其安全性问题仍需进一步研究。实验数据表明，Nox4的缺乏可能加重氧化应激损伤，而非布司他不会干扰Nox4–Nrf2的保护性信号轴。因此，将XO抑制剂与针对炎症反应的免疫治疗手段（如NLRP3或IL-1抑制剂）结合，可能通过同时抑制氧化应激和下游炎症级联反应，更有效地减轻再灌注损伤和延迟性炎症坏死。