Nrf2:老年心腎疾病的共同靶點(diǎn)

孟 華 (第四軍醫(yī)大學(xué)第一附屬(西京)醫(yī)院老年病科，陜西 西安 710032)

氧化應(yīng)激不僅是衰老機(jī)制的重要危險因素，也是眾多疾病發(fā)生的病理生理基礎(chǔ);氧化還原狀態(tài)的失衡促進(jìn)衰老及誘發(fā)心腎疾病，如心血管疾病(CVD)和慢性腎臟病(CKD)〔1～3〕。而轉(zhuǎn)錄因子紅細(xì)胞系-2相關(guān)因子2(Nrf2)作為外源性有毒物質(zhì)和氧化應(yīng)激的感受器，在病理情況下，與抗氧化反應(yīng)元件(ARE)結(jié)合，啟動ARE調(diào)控的第Ⅱ相解毒酶及抗氧化酶基因的表達(dá)，激活細(xì)胞的抗氧化機(jī)制及抑制細(xì)胞的炎癥信號通路，在機(jī)體抗氧化應(yīng)激方面起著重要的作用〔3～5〕。近年，以Nrf2信號通路為靶點(diǎn)的抗氧化炎癥調(diào)節(jié)劑成為研究熱點(diǎn)，特別是在心腎保護(hù)及抗衰老等方面成為防治靶點(diǎn)。

1 Nrf2的生物學(xué)作用及調(diào)控

Nrf2于1994年由Moi等作為結(jié)合在β珠蛋白基因啟動子NF-E2重復(fù)序列的因子被克隆出，屬于轉(zhuǎn)錄因子CNC家族，含有亮氨酸拉鏈(bZip)結(jié)構(gòu)〔5〕。Nrf2蛋白分子量66 kN，在肝臟、腎臟等解毒器官以及皮膚、肺和消化道等暴露于外環(huán)境中的器官高度表達(dá)〔1，5〕。正常情況下，Nrf2和細(xì)胞骨架相關(guān)蛋白Keapl以N端的Neh2區(qū)域結(jié)合成二聚體的形式存在于細(xì)胞質(zhì)中，從而使保護(hù)細(xì)胞的酶類和抗氧化物處于基礎(chǔ)表達(dá)水平，細(xì)胞處于穩(wěn)定狀態(tài)〔6〕。因此，Nrf2被認(rèn)為是調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)眾多抗氧化物表達(dá)關(guān)鍵性因子，其與Kelch樣環(huán)氧氯丙烷相關(guān)蛋白-1(Keap1)及ARE共同構(gòu)成Keap1/Nrf2/ARE通路，對機(jī)體多種抗氧化酶的表達(dá)進(jìn)行調(diào)節(jié)和控制，具有維持細(xì)胞氧化-抗氧化平衡、抑制凋亡、抗炎等多重生物活性〔1，6〕，從而在對抗多種疾病的病理狀態(tài)，如老化、炎癥及CVD、肺損傷、肺纖維化和哮喘、腦缺血等，具有多器官保護(hù)作用〔7〕。

在靜息狀態(tài)下，Nrf2處于一種非游離并且不斷降解的非活性狀態(tài)，當(dāng)受到親電試劑或活性氧(ROS)的刺激，Keap1與Nrf2解耦聯(lián)，使得Nrf2轉(zhuǎn)移入核，與基因中的Maf蛋白結(jié)合成異二聚體后識別并結(jié)合ARE，啟動下游保護(hù)性蛋白基因的轉(zhuǎn)錄，提高細(xì)胞抗氧化應(yīng)激能力〔8，9〕。另外，Nrf2蛋白作為一種轉(zhuǎn)錄因子，也可以通過結(jié)合其自身基因5'端的ARE序列，調(diào)節(jié)其蛋白的轉(zhuǎn)錄活性〔10〕。目前雖然Keapl介導(dǎo)的泛素化及降解是控制Nrf2活性的主要途徑，但仍存在其他的調(diào)控模式，主要包括亞細(xì)胞定位、轉(zhuǎn)錄后修飾及磷酸化，具體機(jī)制仍在研究中〔7〕。

2 Nrf2與老年心腎疾病

Nrf2作為最重要的細(xì)胞防御機(jī)制的轉(zhuǎn)錄因子，可以對抗微環(huán)境中的各種損傷。大量證據(jù)表明，在肺、肝、胃腸道、膀胱、腎、心和神經(jīng)系統(tǒng)等不同器官中，Nrf2是多種病理性應(yīng)激的主要調(diào)節(jié)點(diǎn)，成為治療或預(yù)防多種疾病的潛在有效靶點(diǎn)〔7，11〕。心臟和腎臟是控制機(jī)體循環(huán)和血流動力學(xué)穩(wěn)定的兩個重要器官，CVD和CKD之間的關(guān)系在臨床上尤其是在老年病學(xué)中越來越受到關(guān)注。大量的研究表明，氧化應(yīng)激是衰老、CVD與CKD相互關(guān)聯(lián)的共同病理生理因素，在老年心腎疾病的發(fā)生發(fā)展中起關(guān)鍵作用。而Nrf2是細(xì)胞抗氧化應(yīng)激的中樞調(diào)節(jié)者，在細(xì)胞介導(dǎo)的抗氧化應(yīng)激防御反應(yīng)中具有重要的作用。

2.1 Nrf2與衰老 氧化應(yīng)激是衰老機(jī)制中的重要后天危險因子〔2〕。有研究報(bào)道〔12〕，對不同年齡的大鼠(2 個月、1 年、2 年)的Nrf2含量及谷胱甘肽過氧化物酶(GPX)、谷胱甘酞還原酶(GR)、過氧壓氫酶(CAT)、醌氧壓還原酶(NQO1)的表達(dá)水平進(jìn)行檢測發(fā)現(xiàn)，2年大鼠比年輕老鼠分別下降46%和23%、49%、26%、86%。此實(shí)驗(yàn)顯示，Nrf2與機(jī)體的老化過程關(guān)系密切。在衰老過程中，接觸性免疫反應(yīng)和T細(xì)胞免疫都是下降的，而樹突細(xì)胞的氧化還原平衡狀態(tài)是維持細(xì)胞免疫的關(guān)鍵因素，其氧化還原狀態(tài)紊亂導(dǎo)致的接觸性過敏反應(yīng)和T細(xì)胞免疫能力下降是衰老在免疫系統(tǒng)的表現(xiàn)〔13〕。Kim等〔14〕把老年大鼠的樹突細(xì)胞移植到年輕大鼠會導(dǎo)致年輕大鼠免疫能力下降，但是在體外經(jīng)過Nrf2激動劑刺激過的樹突細(xì)胞(來源于衰老大鼠)移植到年輕老鼠則可以提高抗氧化酶和谷胱甘肽(GSH)合成能力，提高機(jī)體的接觸性免疫反應(yīng)和T細(xì)胞免疫能力。此結(jié)果表明，激活Nrf2可以對抗衰老引起的免疫能力下降。

2.2 Nrf2與CVD Nrf2在心血管系統(tǒng)有廣泛的表達(dá)。有證據(jù)表明〔11〕，Nrf 2/ARE信號在CVD的發(fā)病機(jī)制中也發(fā)揮重要作用。Nrf2幾個目的基因包括血紅素氧化酶(HO)-1，超氧化物歧化酶(SOD－)，Trx和GPX在內(nèi)，在保護(hù)心臟重塑和心功能失調(diào)方面發(fā)揮關(guān)鍵作用。Nrf2缺失能導(dǎo)致心臟成纖維細(xì)胞和心肌細(xì)胞對活性氧和活性氮誘導(dǎo)的細(xì)胞毒性的易感性增高。在心肌重塑的早期階段Nrf2表達(dá)上調(diào)，但隨著心臟功能的進(jìn)一步衰退，Nrf2表達(dá)下降，同時伴隨著心臟功能障礙和病理性的壓力負(fù)荷過大〔11〕。在病理性血流動力學(xué)的應(yīng)激狀態(tài)下，由于Nrf2 缺失阻斷了其目的基因 HO-1、SOD-2、SOD-3、Trx-l、TrxlR和GPX的上調(diào)，導(dǎo)致不正常的心肌重塑，包括氧化應(yīng)激增加，心肌細(xì)胞凋亡和纖維化，心肌肥厚以及心功能障礙的早期表現(xiàn)〔15〕。因此可以說，Nrf2通過調(diào)節(jié)抗氧化基因的表達(dá)來維持氧化還原的穩(wěn)態(tài)，是病理性的心肌肥厚和心力衰竭的一個新穎的負(fù)調(diào)節(jié)因子〔11，15〕。

2.3 Nrf2與CKD CKD是指腎臟損傷(腎臟結(jié)構(gòu)或功能異常)或腎小球?yàn)V過率(GFR)低于60 ml·min-1·1.73 m-2)持續(xù)3個月以上為特征的腎臟疾病。研究表明〔16〕，在CKD的早期階段，即存在氧化應(yīng)激反應(yīng)(以血漿8異前列腺素濃度為氧化應(yīng)激標(biāo)志物)，氧化應(yīng)激水平隨CKD的進(jìn)展而增加，并與腎小球?yàn)V過率呈負(fù)相關(guān)。李航等〔17〕研究發(fā)現(xiàn)，糖尿病大鼠的Nrf2總蛋白及核蛋白表達(dá)均明顯高于正常對照組，說明早期糖尿病小鼠腎臟中即出現(xiàn)ROS增加，激活了Nrf2蛋白的表達(dá)和核轉(zhuǎn)位，但HO-1表達(dá)卻明顯低于正常對照組，推測是由于糖尿病早期生成了過多的ROS，消耗了通過機(jī)體自身的Nrf2/ARE信號通路激活而增加的抗氧化蛋白HO-1，機(jī)體的抗氧化能力降低;在用抗氧化蛋白的強(qiáng)誘導(dǎo)劑處理后糖尿病腎病大鼠的腎臟中Nrf2表達(dá)提高。Nrf2的調(diào)節(jié)作用在高糖誘導(dǎo)的系膜細(xì)胞中進(jìn)一步得到證實(shí)〔18〕。另有研究表明〔7〕，Nrf2介導(dǎo)的Ⅱ相解毒酶和抗氧化劑的表達(dá)在防御藥物性腎損傷和缺血再灌注腎損傷等方面具有重要作用。由此可見，Nrf2與CKD應(yīng)有密切的聯(lián)系，但由于CKD的病因病機(jī)復(fù)雜，Nrf2在CKD的具體作用及調(diào)節(jié)機(jī)制并不完全清楚。

3 以Nrf2為靶點(diǎn)的抗氧化劑研究現(xiàn)狀與心腎保護(hù)

大量研究證實(shí)Nrf2能夠保護(hù)不同類型的器官和細(xì)胞，Nrf2的這種廣譜特性使其對于多器官疾病具有巨大的治療潛力。近年，以Nrf2為靶點(diǎn)的抗氧化劑如三萜類化合物在CVD和CKD方面顯示了良好的防治前景。

研究發(fā)現(xiàn)〔19〕，一些新合成的三萜類化合物具有抗炎、抗氧化作用，是新的Nrf2的誘導(dǎo)劑，對受損細(xì)胞、器官起保護(hù)作用。如dihydro-CDDO-trifluoroethyl amide(dh404)能夠穩(wěn)定Nrf2蛋白、提高核轉(zhuǎn)位、激活Nrf2，從而抑制血管緊張素Ⅱ誘導(dǎo)的心肌細(xì)胞的氧化應(yīng)激反應(yīng)〔20〕。甲基Bardoxolone(一種口服抗氧化炎癥調(diào)節(jié)劑)在2型糖尿病和CKD病人中顯示出療效，經(jīng)口服甲基Bardoxolone后GFR明顯改善;較而且在晚期CKD和2型糖尿病的病人中，甲基Bardoxolone(治療)與24 w時估計(jì)的GFR 改善相關(guān)，這種改善持續(xù)至 52 w〔21，22〕。Wu 等〔23〕的研究發(fā)現(xiàn)，甲基bardoxolone通過提高Nrf2、PPARγ和HO-1的表達(dá)，而減弱急性腎損傷，達(dá)到保護(hù)腎臟的作用。

還有一些Nrf2的誘導(dǎo)劑也顯示了其心腎血管的保護(hù)作用。如脂氧素(LXA)是一類被譽(yù)為“炎癥剎車因子”的花生四烯酸產(chǎn)物，可以調(diào)控血管內(nèi)皮 ROS的產(chǎn)生〔24〕;其類似物15-脫氧-△～(12，14)-前列腺素J2(15 d-PGJ2)由花生四烯酸在環(huán)氧合酶(COX)作用下合成，是激活Nrf2的內(nèi)源性誘導(dǎo)劑，與防治細(xì)胞氧化應(yīng)激關(guān)系密切〔25〕。龔建明等〔26〕研究發(fā)現(xiàn)，LXA通過活化轉(zhuǎn)錄因子Nrf2來促進(jìn)多種抗氧化酶的表達(dá)，進(jìn)而減輕細(xì)胞內(nèi)的氧化應(yīng)激損傷。

總之，Nrf2作為與氧化應(yīng)激相關(guān)疾病中的一個潛在防治靶點(diǎn)，其誘導(dǎo)劑或激活劑的開發(fā)和應(yīng)用具有廣闊的前景。

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