Nrf2在缺血再灌注損傷中作用的研究進展

高健剛,李奎,侯四川

(1 青島市市立醫(yī)院泌尿外科,山東 青島 266011； 2 禹城市人民醫(yī)院)

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Nrf2在缺血再灌注損傷中作用的研究進展

高健剛1,李奎2,侯四川1

(1 青島市市立醫(yī)院泌尿外科,山東 青島 266011； 2 禹城市人民醫(yī)院)

自由基引起的氧化應激是器官缺血再灌注損傷(IRI)的重要機制之一，核因子E2相關因子2(Nrf2) 可調(diào)節(jié)下游多種抗氧化酶的表達，在機體抗氧化應激過程中起著關鍵作用。近年來研究顯示，Nrf2的激活可減輕器官IRI，本文就其在器官IRI中的作用進行綜述。

再灌注損傷；核因子E2相關因子2；活性氧；綜述

缺血后再灌注的作用具有兩面性，缺血后的器官與組織在再灌注后具有修復損傷、恢復功能，但同時再灌注也可造成再灌注損傷。缺血再灌注損傷(IRI)是臨床研究的重要課題，再灌注損傷可以發(fā)生在機體的各種器官。已有研究結(jié)果表明，IRI與氧自由基生成過多、細胞內(nèi)鈣超載、中性粒細胞浸潤、內(nèi)皮細胞的激活釋放、微循環(huán)障礙等密切相關。再灌注損傷的機制尚未完全闡明，但自由基導致的氧化應激在其中的作用已經(jīng)得到普遍共識。核因子E2相關因子2(Nrf2)是近年來發(fā)現(xiàn)的一種對氧化應激非常敏感的轉(zhuǎn)錄因子，在機體抗氧化應激過程中起著關鍵作用[1]。它與胞漿蛋白伴侶分子Keap1及抗氧化反應序列元件(ARE)共同組成Keap1-Nrf2-ARE通路，對機體多種抗氧化酶的表達進行調(diào)控。由于Nrf2在機體抗氧化應激的過程中扮演核心角色，近年來對其在器官IRI中作用的研究越來越多。本文對Nrf2在IRI中的作用研究進展綜述如下。

1 Nrf2的基本結(jié)構(gòu)及功能

Nrf2是CNC轉(zhuǎn)錄因子家族成員之一。Nrf2含有6個相對保守的結(jié)構(gòu)域，依次被命名為Neh 1～6。Neh1與Neh2分別位于Nrf2的C-端及N-端，Neh1含有一個特征性的亮氨酸拉鏈(bZIP)結(jié)構(gòu)，Nrf2通過此結(jié)構(gòu)與核內(nèi)的Maf蛋白等結(jié)合形成二聚體。Neh2結(jié)構(gòu)域則與Nrf2的抑制蛋白Keap1結(jié)合，介導Nrf2的泛素化及26S蛋白酶體的降解[2]。Neh4、Neh5位于Neh1和Neh2結(jié)構(gòu)域之間，這兩個結(jié)構(gòu)域是CREB結(jié)合蛋白(CBP)的結(jié)合部位，CBP在此處結(jié)合后參與激活下游靶基因的轉(zhuǎn)錄活性[3]。Neh3結(jié)構(gòu)域同樣位于羧基端，它可維持Nrf2的轉(zhuǎn)錄活性[4]。Neh6結(jié)構(gòu)域可能參與氧化應激狀態(tài)下Nrf2的降解。

在生理狀態(tài)下，Nrf2定位于細胞質(zhì)中，與抑制蛋白Keap1以二聚體的形式結(jié)合并發(fā)生泛素化繼而被26S蛋白酶體降解，故在靜息狀態(tài)下，Nrf2處于一種結(jié)合且不斷被降解的非活性狀態(tài)。當氧化應激發(fā)生時，Nrf2與Keap1解離并轉(zhuǎn)位入核[5]，其半衰期也明顯延長。轉(zhuǎn)位入核的Nrf2與Maf蛋白等[6]形成雜合二聚體，雜合二聚體與抗氧化反應元

件ARE結(jié)合，進而激活下游多種抗氧化基因的表達，從而增強細胞抗氧化應激能力。Nrf2調(diào)控表達的基因超過200種，其中抗氧化蛋白包括血紅素加氧酶-1(HO-1)、γ-谷氨酰半胱氨酸合成酶(γ-GCS)、醌氧化還原酶(NQO1)、谷胱甘肽-S-轉(zhuǎn)移酶(GST)、谷胱甘肽合成酶等[7]。

2 Nrf2-ARE通路的激活機制

Nrf2-ARE通路的激活機制尚未完全闡明，但目前研究現(xiàn)狀可總結(jié)為以下幾個方面。①親電物質(zhì)的直接攻擊：親核物質(zhì)或ROS對Keap1的半胱氨酸殘基進行修飾，引起Keap1的構(gòu)象變化，從而導致Nrf2與Keap1解偶聯(lián)，由胞漿轉(zhuǎn)入細胞核中與ARE結(jié)合。②Nrf2的磷酸化：多種蛋白激酶可催化Nrf2上的絲氨酸與蘇氨酸磷酸化，導致Nrf2構(gòu)象改變，進而使其與Keap1解偶聯(lián)[8]由胞質(zhì)轉(zhuǎn)入細胞核。由酪蛋白激酶介導的酪氨酸殘基磷酸化則參與了Nrf2的出核過程。JAIN等[9]報道，酪氨酸激酶Fyn可誘導Nrf2第568位酪氨酸殘基發(fā)生磷酸化，從而促進Nrf2從胞核向胞漿的移出。③Nrf2與ARE結(jié)合機制: Nrf2解離入核后的轉(zhuǎn)錄激活主要包括兩個方面，一方面,兩個活性區(qū)Neh4和Neh5與CBP結(jié)合后對Nrf2轉(zhuǎn)錄活性起共激活效應；另一方面,Nrf2的Neh1區(qū)可與Maf、JunD、cJun、ATF4等結(jié)合形成雜合二聚體，后者是結(jié)合ARE的分子基礎。Maf的識別元件為MARE，而ARE與MARE非常相似，ARE序列的一半與MARE核心序列(TGAGTCA)一致，另一半是MARE側(cè)翼序列GC，ARE上的GC可能正是被Maf識別的位點[10]。

3 Nrf2在器官IRI中的作用

3.1腦

有研究顯示，Nrf2基因缺陷的小鼠可發(fā)生類似于白質(zhì)空泡腦病的廣泛星形膠質(zhì)細胞增生，Nrf2-/-小鼠的星形膠質(zhì)細胞和神經(jīng)元比野生型細胞對氧化性損傷更敏感[11]。張瑩等[12]研究結(jié)果顯示，Nrf2可保護短暫性缺血再灌注導致的大鼠星形膠質(zhì)細胞損傷。國外有學者研究顯示，腦缺血再灌注時Nrf2-/-小鼠比野生型小鼠腦梗死體積明顯增大[1]。國內(nèi)也有學者通過建立大鼠腦IRI模型研究顯示，Nrf2及HO-1在大鼠大腦缺血再灌注后早期的腦組織中即表達增高。進而研究顯示，氧化苦參堿可通過上調(diào)Nrf2的表達發(fā)揮對腦IRI的作用[13]。

3.2心臟

IRI是心臟血管再通手術失敗的重要原因，是缺血性心臟病治療的難點之一。近年來大量研究顯示，Nrf2-ARE通路在心臟IRI中發(fā)揮重要保護作用。BRUNT等[14]研究顯示，Nrf2能上調(diào)心肌細胞中HO-1 mRNA、蛋白質(zhì)的表達及活性。許多藥物通過Nrf2-ARE通路介導對心臟IRI的保護作用。辛伐他汀可誘導HO-1的高表達從而保護缺血再灌注的心肌細胞，而Nrf2蛋白表達的變化和HO-1的表達是高度一致的[15]。LI等[16]研究結(jié)果顯示，西洋參可抑制H2O2誘導的心肌細胞損傷，此過程是通過激活Nrf2通路發(fā)揮作用的。研究結(jié)果還顯示，阻斷冠狀動脈后Nrf2-/-小鼠出現(xiàn)了明顯的病理性心肌肥大及心肌纖維增生，心力衰竭及死亡的發(fā)生率明顯增加，Nrf2在再灌注損傷后期心肌病理變化進程中發(fā)揮著非常重要的作用[17]。

3.3腎

腎臟也是對IRI較敏感的器官之一，Nrf2-ARE通路在減輕腎IRI方面同樣發(fā)揮著重要作用。已有研究結(jié)果顯示，缺血再灌注的小鼠腎臟模型中Nrf2與γ-GCS的mRNA及蛋白表達均明顯升高，說明機體發(fā)生氧化應激時上調(diào)了Nrf2表達，啟動了內(nèi)源性抗氧化機制[18]。還有研究表明，與野生型小鼠相比，Nrf2基因敲除腎IRI模型小鼠的肌酐水平顯著升高，腎小管損傷更加嚴重，且實驗中死亡率更高[19]。LEONARD等[20]研究結(jié)果顯示，IRI發(fā)生后小鼠體內(nèi)Nrf2及下游的NQO1等抗氧化酶的mRNA及蛋白水平均明顯升高。常見的植物提取抗氧化劑蘿卜硫素可激活Nrf2-ARE通路，誘導HO-1、NQO1等抗氧化酶的表達，進而改善大鼠的腎臟IRI[21]。

3.4腸

IRI也存在于腸道中。宋富波等[22]研究結(jié)果顯示，腸系膜缺血30 min再灌注2 h是建立兔小腸急性IRI的合適時間。Nrf2也被證實可減輕腸IRI及其導致的遠隔器官的損傷。ZHAO等[23]建立腸IRI模型，采用萊菔硫烷預處理后，腸及肝臟組織Nrf2的核表達增強，抗氧化反應酶系統(tǒng)的水平增加，腸及肝臟損傷程度明顯減輕。SUN等[24]研究結(jié)果顯示，人參皂甙Rbl可激活Nrf2-ARE通路進而減輕腸缺血再灌注導致的腎損傷。而楊進國等[25]研究顯示，人參皂甙Rbl可通過激活Nrf2-HO-1通路從而改善腸缺血再灌注所致的急性肺損傷。

綜上所述，缺血再灌注過程中產(chǎn)生自由基導致的氧化應激是IRI的重要機制。如何減輕氧化應激損傷是IRI研究的一項重要課題。Nrf2是調(diào)節(jié)細胞內(nèi)眾多抗氧化物表達的關鍵性因子，Nrf2-ARE通路是機體重要的抗氧化應激通路，它在各種因素造成的多種器官的氧化應激損傷中起著重要的保護作用。若能利用這一作用途徑調(diào)節(jié)Nrf2基因的轉(zhuǎn)錄及表達，進一步對下游抗氧化酶進行調(diào)控，從而抵抗氧化應激損傷，即可減輕器官IRI。目前，已有很多學者關注于Nrf2的抗氧化應激作用，但對其在器官缺血再灌注過程中的作用研究還不夠深入，相信隨著對Nrf2在抗IRI方面作用及其機制的深入了解，Nrf2在IRI的預防和治療中會有很好的應用前景。

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(本文編輯 黃建鄉(xiāng))

2014-06-11；

2014-11-20

山東省醫(yī)藥衛(wèi)生科技發(fā)展計劃項目(2011HW032)

高健剛(1973-)，男，博士，副主任醫(yī)師。

侯四川(1965-)，男，博士，主任醫(yī)師，碩士生導師。

R363

A

1008-0341(2015)02-0250-03