沉默信息調(diào)節(jié)因子2相關(guān)酶類1/核因子E2相關(guān)因子2信號(hào)通路在高血壓病中的抗氧化應(yīng)激作用

陳宗澤綜述，廉姜芳審校

高血壓是最常見的慢性病，也是心腦血管病最主要的危險(xiǎn)因素。其腦卒中、心肌梗死、心力衰竭及慢性腎臟病等主要并發(fā)癥，不僅致殘、致死率高，而且嚴(yán)重消耗醫(yī)療和社會(huì)資源，給家庭和國(guó)家造成沉重負(fù)擔(dān)。目前我國(guó)18歲及以上成人高血壓患病率為25.2%，且呈逐步上升趨勢(shì)[1]。氧化應(yīng)激在高血壓的發(fā)生發(fā)展中起著重要作用。機(jī)體內(nèi)活性氧簇（ROS）過(guò)度生成以及抗氧化能力的降低對(duì)于高血壓患者的氧化應(yīng)激損傷密切相關(guān)。因此，尋找一條有效調(diào)節(jié)氧化應(yīng)激機(jī)制的路徑，對(duì)于提高高血壓患者的生活質(zhì)量，減輕家庭，社會(huì)負(fù)擔(dān)具有重要意義?，F(xiàn)對(duì)核因子E2相關(guān)因子2（Nrf2）、沉默信息調(diào)節(jié)因子2相關(guān)酶類1（Sirt1）、Sirt1/Nrf2途徑在氧化應(yīng)激時(shí)調(diào)節(jié)抗氧化程序的表達(dá)及其在預(yù)防和治療高血壓中發(fā)揮的重要作用予以闡述。

1 氧化應(yīng)激在高血壓發(fā)病過(guò)程中的作用

氧化應(yīng)激是指機(jī)體在遭受各種有害刺激時(shí)，使氧自由基過(guò)度生成和機(jī)體內(nèi)抗氧化防御系統(tǒng)間失衡，從而引起細(xì)胞毒性改變的病理過(guò)程[2]。ROS是有氧代謝產(chǎn)生的具有氧化能力的自由基[3]，其主要包括超氧陰離子（.O2-）、過(guò)氧化氫（H2O2）、羥自由基（OH-）等。ROS可發(fā)揮重要的生理作用，如誘導(dǎo)宿主防御基因表達(dá)、激活轉(zhuǎn)錄因子和調(diào)控信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)[4]。但當(dāng)其水平超過(guò)細(xì)胞生理需要時(shí)，可直接損害或通過(guò)一系列過(guò)氧化鏈?zhǔn)椒磻?yīng)引起細(xì)胞毒性改變[5]。氧化應(yīng)激介導(dǎo)的高血壓過(guò)程涉及多個(gè)系統(tǒng)，包括心血管系統(tǒng)、腎臟及中樞神經(jīng)系統(tǒng)等[6]。腎素血管緊張素系統(tǒng)（RAS）是機(jī)體內(nèi)調(diào)節(jié)血壓的重要體系，其中血管緊張素II（AngII）是心血管系統(tǒng)中ROS生成和氧化應(yīng)激的重要激活物，AngII通過(guò)與其I型受體（AT1R）結(jié)合，激活體內(nèi)還原型煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（NADPH）氧化酶產(chǎn)生ROS，從而參與機(jī)體功能調(diào)節(jié)[7]。在心血管系統(tǒng)中，ROS是血管張力和結(jié)構(gòu)重塑的強(qiáng)有力調(diào)節(jié)因子，并在炎癥、增殖、凋亡、血管生成中發(fā)揮病理生理作用，上述這些都是形成高血壓內(nèi)皮功能障礙、心臟重構(gòu)和其他心臟疾病的病理性進(jìn)程的重要因素[8]。ROS水平升高導(dǎo)致氧化應(yīng)激水平增加會(huì)誘導(dǎo)血壓的升高，而高血壓又會(huì)進(jìn)一步促進(jìn)ROS的生成增加和組織氧化損傷[9]。

2 核因子E2相關(guān)因子2的結(jié)構(gòu)功能及分布

2.1 核因子E2相關(guān)因子2的結(jié)構(gòu)功能

Nrf2是新近發(fā)現(xiàn)的在氧化應(yīng)激系統(tǒng)中起關(guān)鍵作用的轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子。Nrf2蛋白相對(duì)分子量為66 KD，屬于cap’n’collar（CNC）調(diào)節(jié)蛋白家族，是具有高度保守的堿性亮氨酸拉鏈結(jié)構(gòu)（bZip）的轉(zhuǎn)錄因子。除Nrf2外，該家族成員還包括NF-E2、Bach1、Bach2、Nrf1和Nrf3，盡管在DNA結(jié)合域和亮氨酸拉鏈域上有著高度同源性，卻具有各自不同的生物學(xué)功能。

脊椎動(dòng)物的Nrf2包括6個(gè)高度保守的環(huán)氧氯丙烷（EHC）同源結(jié)構(gòu)域（Neh），分別被命名為Neh1-6[10]。其中Nrf2羧基端的Neh3結(jié)構(gòu)域在調(diào)節(jié)Nrf2轉(zhuǎn)錄活性中發(fā)揮重要作用[11]。此外，位于氨基端的Neh2結(jié)構(gòu)域是Kelch樣環(huán)氧氯丙烷相關(guān)蛋白1（Keap1）的結(jié)合部位，對(duì)Nrf2活性進(jìn)行負(fù)性調(diào)節(jié)[12]。而Neh4和Neh5位于Neh1和Neh2之間，是環(huán)磷酸腺苷（cAMP）反應(yīng)結(jié)合蛋白（CBP）的結(jié)合部位，對(duì)Nrf2目標(biāo)基因的轉(zhuǎn)錄活化密切相關(guān)。

Nrf2與CNC家族中含有bZip結(jié)構(gòu)的其他成員相似，通過(guò)與Maf、c-Jun、ATF4、JunD等形成異源二聚體，并與抗氧化反應(yīng)元件（ARE）結(jié)合，從而誘導(dǎo)多種編碼II相解毒酶及抗氧化蛋白基因的表達(dá)[13]。Nrf2經(jīng)典的目的基因主要有：超氧化物歧化酶（SOD）、血紅素氧化酶（HO-1）、醌氧還原酶1（NQO1）、谷氨酰半胱氨酸連接酶（GCL）等，這些細(xì)胞保護(hù)性蛋白可清除氧自由基，還原過(guò)氧化物。

2.2 核因子E2相關(guān)因子2的分布

大量證據(jù)表明，在不同的器官，包括肝臟、腎臟等解毒器官以及肺、皮膚、消化道等暴露于外環(huán)境中的器官，Nrf2是多種病理性應(yīng)激的主要調(diào)節(jié)點(diǎn)。因此，Nrf2成為人們治療和預(yù)防多種疾病的潛在有效靶點(diǎn)。基因敲除實(shí)驗(yàn)證實(shí)，Nrf2敲除小鼠對(duì)由對(duì)乙酰氨基酚誘導(dǎo)的肝細(xì)胞損傷以及腫瘤壞死因子-α（TNF-α）誘導(dǎo)的肝細(xì)胞凋亡更敏感，且這種高敏感性與細(xì)胞相關(guān)抗氧化酶的表達(dá)減少有關(guān)。此外，Nrf2敲除小鼠對(duì)線粒體應(yīng)激及缺血的敏感性也明顯增加。Nrf2在心血管系統(tǒng)中也有廣泛表達(dá)。在人主動(dòng)脈內(nèi)皮細(xì)胞，已經(jīng)證明層流能夠促使Nrf2/ARE信號(hào)的傳遞，抑制氧化應(yīng)激誘導(dǎo)的細(xì)胞毒性和TNF-α誘導(dǎo)的單核細(xì)胞趨化蛋白-1（MCP-1）和血管細(xì)胞黏附分子-1（VCAM-1）表達(dá)，對(duì)于單核細(xì)胞的黏附也起到抑制作用[14]。胰島素通過(guò)Nrf2依賴的GCL催化亞基的表達(dá)來(lái)抑制高血糖引起的腦內(nèi)皮細(xì)胞凋亡，同時(shí)Nrf2的活化也能夠逆轉(zhuǎn)高血糖引起的內(nèi)皮細(xì)胞功能障礙[15]?？傊?，這些結(jié)果表明Nrf2/ARE信號(hào)通路在調(diào)節(jié)內(nèi)皮細(xì)胞功能方面發(fā)揮重要作用，但他們?cè)谛难芟到y(tǒng)中的生理重要性還有待深入探討。

2.3 核因子E2相關(guān)因子2的抗氧化作用

氧化應(yīng)激產(chǎn)生的ROS直接或間接地?fù)p傷細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)、脂質(zhì)、核酸等大分子物質(zhì)的生理功能，是眾多疾病發(fā)生發(fā)展的病理生理基礎(chǔ)。近年來(lái)研究表明，Nrf2/ARE信號(hào)通路在細(xì)胞抗氧化應(yīng)激和外源性有毒物質(zhì)誘導(dǎo)的主要防御機(jī)制中發(fā)揮著極其重要的作用，是迄今為止發(fā)現(xiàn)的最為重要的內(nèi)源性抗氧化應(yīng)激通路[16]。正常生理情況下，Nrf2主要與其抑制劑Keap1結(jié)合，以非活性狀態(tài)存在于胞漿中，在泛素蛋白酶體途徑作用下迅速降解，以保持在生理狀態(tài)下Nrf2的低轉(zhuǎn)錄活性[17]。當(dāng)細(xì)胞受到ROS或其他親核劑攻擊后，Nrf2與Keap1解偶聯(lián)，活化的Nrf2轉(zhuǎn)運(yùn)進(jìn)入細(xì)胞核，與Maf蛋白等結(jié)合成異二聚體后再與ARE結(jié)合，激活靶基因的表達(dá)，調(diào)控II相代謝酶、抗氧化酶的轉(zhuǎn)錄活性，從而發(fā)揮抗氧化損傷的作用[18]。在過(guò)氧化氫誘導(dǎo)活性氧抗氧化酶基因如SOD、谷胱甘肽過(guò)氧化物酶1（GPX1）等表達(dá)的同時(shí)也明顯增加了Nrf2的表達(dá)。在Nrf2基因敲除的小鼠，其基礎(chǔ)及誘導(dǎo)性抗氧化基因表達(dá)明顯降低，而氧化應(yīng)激損傷明顯增強(qiáng)，提示Nrf2/ARE通路是調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)氧化還原狀態(tài)的關(guān)鍵[19]。Cheng等[20]研究發(fā)現(xiàn)，抑制Nrf2/ARE通路活性會(huì)引起內(nèi)皮細(xì)胞功能紊亂。研究表明，Nrf2在增強(qiáng)組織抗氧化能力、保護(hù)組織免受毒物損害、抗腫瘤、抗炎癥、抗凋亡中起著重要作用[21]?？梢?，Nrf2信號(hào)的激活，無(wú)疑是對(duì)抗氧化應(yīng)激引起組織損傷的重要途徑。

3 沉默信息調(diào)節(jié)因子2相關(guān)酶類1的結(jié)構(gòu)及功能

3.1 沉默信息調(diào)節(jié)因子2相關(guān)酶類1的結(jié)構(gòu)

沉默信息調(diào)節(jié)因子2（Sir2）相關(guān)酶類（Sirt）是一類依賴煙酰胺腺嘌呤二核苷酸（NAD+）的蛋白去乙酰化酶。目前為止，在人體中已發(fā)現(xiàn)7個(gè)同源蛋白（Sirt1-Sirt7）[22]。在這些同源蛋白中，研究最多的是Sirt1。Sirt1主要分布于細(xì)胞核，但在胞質(zhì)內(nèi)也有分布[23]。人類的Sirt1具有2個(gè)基本的結(jié)構(gòu)域：一個(gè)大的結(jié)構(gòu)域，主要由Rossmann折疊構(gòu)成，其保守性較高；一個(gè)小的結(jié)構(gòu)域，包含一個(gè)鋅帶結(jié)構(gòu)和一個(gè)螺旋結(jié)構(gòu)，其保守性較大結(jié)構(gòu)域低。在這兩個(gè)結(jié)構(gòu)域之間形成一個(gè)裂隙，它的底物就結(jié)合于此并發(fā)生催化反應(yīng)[24]。

3.2 沉默信息調(diào)節(jié)因子2相關(guān)酶類1的功能

Sirt從細(xì)菌到人類廣泛分布，是一種高度保守性蛋白[25]。Sirt1在人體組織中廣泛表達(dá)，運(yùn)動(dòng)、能量限制能夠上調(diào)其表達(dá)[26]。Sirt1通過(guò)對(duì)組蛋白以及非組蛋白如轉(zhuǎn)錄因子、其他蛋白修飾的賴氨酸殘基進(jìn)行去乙酰化來(lái)調(diào)節(jié)基因的表達(dá)，從而發(fā)揮抗氧化應(yīng)激、調(diào)節(jié)細(xì)胞凋亡、增殖及能量代謝等作用。

Sirt1調(diào)節(jié)幾種控制代謝及內(nèi)分泌信號(hào)的轉(zhuǎn)錄因子，如過(guò)氧化物酶體增殖活化受體γ輔激活因子-1α（PGC-1α）：Sirt1既可以提高PGC-1α的去乙?；?，也能夠提高PGC-1α的mRNA和蛋白表達(dá)水平[27]。而PGC-1α可提高過(guò)氧化物酶體增殖活化受體γ（PPAPγ）活性從而提高線粒體能量代謝和生物合成。Sirt1去乙?；宿D(zhuǎn)錄因子-κB（NF-κB），使炎癥細(xì)胞因子釋放受阻，從而減輕炎癥反應(yīng)程度[28]。Sirt1可以雙向調(diào)控叉頭蛋白（FOXO）:一方面提高細(xì)胞對(duì)抗氧化應(yīng)激的能力，另一方面誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡能力減弱[29]。Sirt1需要NAD+作為輔激活因子，而被NAD+或乙?；a(chǎn)物煙酰胺抑制。研究已經(jīng)證實(shí)Sirt1在衰老相關(guān)疾病中及氧化應(yīng)激中具有保護(hù)作用，如神經(jīng)退行性疾病、心血管系統(tǒng)疾病、腎臟系統(tǒng)疾病等[30，31]。

4 沉默信息調(diào)節(jié)因子2相關(guān)酶類1/核因子E2相關(guān)因子2信號(hào)通路與高血壓

Sirt1/Nrf2在氧化應(yīng)激時(shí)能夠促進(jìn)許多抗氧化程序的表達(dá)，使抗氧化酶類表達(dá)增加，從而發(fā)揮抗氧化的作用，減少ROS的產(chǎn)生。有研究證實(shí)，Sirt1促進(jìn)核聚集，DNA結(jié)合和Nrf2的轉(zhuǎn)錄活性，并促進(jìn)Nrf2下游基因HO-1和SOD的表達(dá)，導(dǎo)致以脫乙酰酶依賴的方式降低ROS的水平[32]。Huang等[33]通過(guò)培養(yǎng)原代腎小球系膜細(xì)胞，用Sirt1 siRNA干預(yù)后，Sirt1蛋白表達(dá)明顯減少，活性顯著降低，同時(shí)Nrf2蛋白表達(dá)也明顯減少，與靶基因ARE的結(jié)合力下降，下游抗氧化蛋白的表達(dá)減少而ROS水平升高，病理改變明顯。Sirt1的激動(dòng)劑白藜蘆醇能顯著上調(diào)不同疾病中Nrf2的表達(dá)，促進(jìn)其核轉(zhuǎn)位從而發(fā)揮抗氧化作用[34]。有研究表明，Nrf2在高血壓模型中失調(diào)，Nrf2激動(dòng)劑可以預(yù)防血壓的升高。在卒中易感型自發(fā)性高血壓大鼠（SHRsp）中Nrf2抗氧化系統(tǒng)功能受到損害，動(dòng)脈平滑肌細(xì)胞（VSMC）表現(xiàn)出Nrf2核積累減少，抗氧化基因的表達(dá)降低。Nrf2的激動(dòng)劑蘿卜硫素（SFN）則加強(qiáng)了Nrf2調(diào)節(jié)的抗氧化作用。用苯腎上腺素誘導(dǎo)SHRsp動(dòng)脈收縮增加，而用SFN預(yù)孵育的SHRsp動(dòng)脈收縮則降低至與Wistar-Kyoto大鼠（WKY）對(duì)照相似的水平[35]。Gao等[36]研究發(fā)現(xiàn)，在小鼠延髓頭端腹外側(cè)區(qū)（RVLM）中的Nrf2基因選擇性缺失導(dǎo)致Nrf2 mRNA和蛋白表達(dá)顯著降低，使HO-1，NQO1等抗氧化酶下調(diào)，RVLM中ROS水平升高，導(dǎo)致交感神經(jīng)激活和壓力反射功能障礙，引起持續(xù)的高血壓。由此可以假設(shè)它們是一個(gè)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，包括Sirt1的功能協(xié)調(diào)，以調(diào)節(jié)氧化應(yīng)激條件下Nrf2的起始和持續(xù)的反應(yīng)。而Sirt1在氧化應(yīng)激時(shí)起到上調(diào)和維持Nrf2的積極作用。這些研究表明，Nrf2和Sirt1可能是潛在治療高血壓的靶點(diǎn)。

結(jié)語(yǔ)：氧化/抗氧化失衡是高血壓發(fā)生發(fā)展的重要機(jī)制之一，如何調(diào)節(jié)氧化/抗氧化平衡將成為高血壓預(yù)防及治療的一個(gè)切入點(diǎn)。由以上的討論和結(jié)果可以得出氧化應(yīng)激時(shí)Sirt1/Nrf2可以上調(diào)抗氧化酶（如SOD、HO-1等）的基因表達(dá)，清除氧化應(yīng)激產(chǎn)生的活性氧，保護(hù)細(xì)胞免受活性氧損害。因此，Sirt1/Nrf2通路可能成為治療心血管疾病的潛在靶點(diǎn)，為高血壓防治開辟新的途徑。