HIF-1α/mTORC1信号轴对跨区穿支皮瓣内血管新生的影响及其机制

Multiterritory perforator flap is a common procedure for skin defect, flap necrosis caused by ischemia-reperfusion injury is still a clinical problem. Autophagy plays an important role in the process of ischemia-reperfusion, and mTORC1 is a key target for autophagy regulation. Our previous studies found that: (1)The expression of autophagy gradually increased after surgery in the flap; (2)Inhibition of autophagy could improve VEGF expression and flap survival; (3)Suppressing the HIF-1α-induced autophagy could down-regulate apoptosis, relieve oxidative stress and further enhance flap survival; (4) Hyperbaric oxygen therapy could improve flap survival, which may be related to its activity of HIF-1α degradation. Therefore, we hypothesize that the HIF-1α/mTORC1 signal pathway plays a key role in the regulation of flap survival. In this project, we use human umbilical vein endothelial cells to build hypoxia model and the HIF-1α/mTORC1 signal pathway is regulated by gene methods. We will investigate the cellular phenomenon and its mechanism. Then, we use drugs and gene regulation to elucidate the effect of HIF-1α/mTORC1 signal axis on the flap survival in a SD rat perforator flap model. This study will further reveal the significance of HIF-1α/mTORC1 signal axis on the perforator flap survival and its mechanism.

跨区穿支皮瓣是创面修复的常用术式，缺血再灌注导致的皮瓣坏死仍是临床难题。自噬在缺血再灌注过程中起重要作用，而mTORC1是调控自噬的关键靶点。我们前期研究发现：(1)术后皮瓣内自噬表达逐渐增强；(2)抑制自噬后VEGF表达升高、皮瓣成活增加；(3)抑制HIF-1α诱导的自噬，能下调凋亡和氧化应激水平而进一步提高皮瓣成活；(4)临床使用高压氧疗能改善皮瓣成活，这可能与高压氧对HIF-1α的抑制有关。因此我们提出HIF-1α/mTORC1信号轴对皮瓣成活起到关键性调节作用的假说，本项目拟以人脐静脉内皮细胞建立低氧模型，通过基因手段调控HIF-1α/mTORC1信号轴，观察细胞现象及通路相关信号分子表达，同时建立SD大鼠跨区穿支皮瓣动物模型，通过药物与基因调控手段研究HIF-1α/mTORC1信号轴对皮瓣成活的影响，本研究将深入揭示HIF-1α/mTORC1信号轴对穿支皮瓣成活的意义及其机制。

修复严重创伤、烧伤、糖尿病等引起的大面积创面仍然是重建外科的难题。随着显微外科技术的发展，穿支皮瓣移植已成为修复大面积组织缺损的主要手术之一。然而潜在区的坏死限制了穿支皮瓣的切取范围，并一定程度上限制了临床应用。探究潜在区的坏死机制并提高潜在区存活面积是目前穿支皮瓣研究的主要方向。本项目首先验证ROS导致跨区穿支皮瓣中的细胞凋亡水平上升及血管新生水平下降。然后，验证自噬调控通过清除ROS积累促进跨区穿支皮瓣远端的存活。再者，探究HIF-1α/REDD1/mTORC1信号轴在人脐静脉内皮细胞低氧模型中的作用机制。此外，研究HIF-1α/REDD1/mTORC1 信号轴对SD大鼠三血管体跨区穿支皮瓣成活的影响及其机制。最后，探究跨区穿支皮瓣choke II区血管重建对跨区穿支皮瓣存活的影响。主要结果如下：羟基红花黄色素A可能通过抑制自噬，清除ROS，从而促进跨区穿支皮瓣的存活。大蒜素促进跨区穿支皮瓣存活，并通过调节自噬，促进血管新生，清除ROS，抑制氧化应激及凋亡。在不同缺氧时期，HIF1α-REDD1-mTORC1信号轴诱导的自噬对细胞及皮瓣的存活扮演着不同的作用。远端非生理性增压通过扩张choke II区血管，改善皮瓣远端血流，并促进皮瓣血管新生。本项目阐明了在跨区穿支皮瓣存活中，抑制自噬促进穿支皮瓣存活的潜在机制为促进皮瓣血管新生，抑制氧化应激，清除ROS，并抑制细胞凋亡；明确了HIF-1α/REDD1/mTORC1信号通路与穿支皮瓣中自噬的关联性，为跨区穿支皮瓣存活提供了一种新的存活机制。提出通过促进choke II区血管重塑，促进跨区穿支皮瓣的存活，为临床提供一种新的治疗策略。