Nrf2-NF-κB軸在痛性糖尿病性周圍神經(jīng)病變中的作用

張 蘇，冷錦紅

(1.遼寧中醫(yī)藥大學(xué)，遼寧 沈陽 110000；2.遼寧中醫(yī)藥大學(xué)附屬第一醫(yī)院，遼寧 沈陽 110000)

目前糖尿病發(fā)病率逐年上升，2013年世界糖尿病人口為3.82億，到2035年預(yù)計(jì)將增加到5.92億，它累及心臟、腎臟、神經(jīng)、血管等，其中痛性糖尿病性周圍神經(jīng)病變(painful diabetic peripheral neuropaphy，PDPN)是最常見的微血管并發(fā)癥之一，其臨床表現(xiàn)包括麻木、灼痛和刺痛感以及難治性疼痛[1]。研究表明，核因子E2相關(guān)因子(nuclear factor erythroid-2-related factor 2，Nrf2)是參與調(diào)解抗氧化防御系統(tǒng)的氧化還原調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄因子，驅(qū)動(dòng)內(nèi)源性抗氧化劑防御和解毒酶的產(chǎn)生。核因子κB(NF-κB)是啟動(dòng)炎癥反應(yīng)的主要轉(zhuǎn)錄因子之一，其為一種廣泛存在于并具有多向性調(diào)節(jié)作用的蛋白質(zhì)分子，在細(xì)胞信號傳遞和基因的誘導(dǎo)表達(dá)過程中起重要作用。為了維持健康細(xì)胞中的氧化還原穩(wěn)定，Nrf2和NF-κB調(diào)節(jié)協(xié)調(diào)一致。糖尿病患者持續(xù)的高血糖狀態(tài)會(huì)產(chǎn)生過多的活性氧(ROS)，ROS可引起周圍神經(jīng)損傷及氧化應(yīng)激的發(fā)生，氧化應(yīng)激的發(fā)生可引起抗氧化防御功能的減弱[2]和炎癥反應(yīng)級聯(lián)途徑的激活[3]，這兩個(gè)因素干擾了Nrf2和NF-κB軸[4]，導(dǎo)致失衡，從而出現(xiàn)破壞性結(jié)果。

1 Nrf2

1.1 Nrf2分子來源、結(jié)構(gòu)及其作用機(jī)制Nrf2相對分子質(zhì)量為6.6×104，位于2q31位點(diǎn)，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)(basic leucine zipper，bZip)的轉(zhuǎn)錄因子，其廣泛存在于機(jī)體各個(gè)器官，在肝臟、腎臟等代謝和解毒器官以及皮膚、肺和消化道等持續(xù)暴露于外環(huán)境中的器官中高度表達(dá)，是細(xì)胞氧化還原反應(yīng)的主控調(diào)節(jié)因子。Nrf2 下游基因分為3 類：①抗氧化蛋白：血紅素加氧酶-1(heme oxygenase-1，HO-1) 、谷胱甘肽過氧化物酶(glutathione peroxidase，GSH-Px)、谷氨酸半胱氨酸連接酶、硫氧還蛋白、硫氧還蛋白還原酶、過氧化物酶基因，其主要作用機(jī)制是保持細(xì)胞內(nèi)GSH 水平，降低ROS；②Ⅱ相解毒酶：谷胱甘肽S-轉(zhuǎn)移酶(glutathione S-transferase，GST) 、NAD(P) H 苯醌氧化還原酶[NAD(P) H quinone oxidoreductase-1，NQO1]、UDP 葡糖醛酸基轉(zhuǎn)移酶(UDP-glucuronosyltransferase，UGT)，其主要作用機(jī)制是分解有毒物質(zhì)，促進(jìn)有毒物質(zhì)的代謝與消除；③轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白：多藥耐藥相關(guān)蛋白，其主要作用機(jī)制是控制內(nèi)源性物質(zhì)與外源性物質(zhì)的輸出和攝取[5]。Nrf2 通過調(diào)控上述下游基因的表達(dá)，在協(xié)調(diào)抗炎與細(xì)胞抗氧化應(yīng)激中發(fā)揮重要作用，此外，Nrf2還參與調(diào)控免疫、炎性反應(yīng)、組織重構(gòu)、癌癥發(fā)生及轉(zhuǎn)移相關(guān)的基因，在免疫調(diào)節(jié)、抗炎、抗組織損傷、抗腫瘤等方面發(fā)揮積極作用[6]。

1.2 Nrf2-Keapl信號通路Keap1-Nrf2信號通路是氧化應(yīng)激和親電子應(yīng)激的抗氧化劑應(yīng)答中的關(guān)鍵參與者，并且可以在許多人類疾病中發(fā)揮作用[7]。在正常生理?xiàng)l件下，Nrf2與胞質(zhì)阻遏物Kelch樣ECH相關(guān)蛋白1(Keap1)結(jié)合，通過泛素-蛋白酶體途徑使Nrf2降解[8]，抑制Nrf2從胞漿進(jìn)入胞核內(nèi)激活下游信號。當(dāng)受到外界氧化應(yīng)激分子或親核物質(zhì)刺激時(shí)，Keap1上的巰基被氧化，Nrf2與Keap1解偶聯(lián)，繼而進(jìn)入細(xì)胞核，與基因組中的小的Maf蛋白結(jié)合成Nrf2-sMaf二聚體復(fù)合物，然后識別并與抗氧化反應(yīng)原件(ARE)序列結(jié)合，繼而啟動(dòng)下游抗氧化應(yīng)激蛋白基因的轉(zhuǎn)錄，提高細(xì)胞抗氧化能力[9～13]，維持機(jī)體氧化-抗氧化的生理平衡，一旦氧化還原穩(wěn)態(tài)被打破，組織細(xì)胞就會(huì)出現(xiàn)肥大、凋亡甚至纖維化，進(jìn)而引起組織結(jié)構(gòu)變化、誘發(fā)疾病。

2 NF-κB

2.1 NF-κB分子來源、結(jié)構(gòu)及其作用NF-κB是一種能與免疫球蛋白k輕鏈基因的增強(qiáng)字κB序列(GGGAC TT TCC)特異結(jié)合的核蛋白因子，其屬于Rel/NF-κB家族的成員，這一家族按照構(gòu)功能和合成模式的差異可分為兩組。一組由p105、p100和Relish組成，其C末端部分含有多個(gè)錨定蛋白重復(fù)序列，此序列對這些蛋白本身具有抑制作用，經(jīng)限制性蛋白水解這組蛋白可成為較短的具有DNA結(jié)合活性的蛋白。一般而言，這組蛋白本身并無轉(zhuǎn)錄激活的作用，必須與第二組蛋白形成聚合體始有活性。第二組包括p65(RelA)、Rel(c-Rel) 等，無前體合成。Rel/NF-ΚB蛋白均含有Rel同源區(qū)域(RHD)，此為二聚化和DNA結(jié)合區(qū)域，尚含有核定位序列(NLS)。常見的NF-κB為p50/p65(Rel A)二聚體形式。NF-κB是一組廣泛存在并具有多向性調(diào)節(jié)作用的蛋白質(zhì)分子，其在炎癥反應(yīng)、細(xì)胞增殖、分化與凋亡、免疫反應(yīng)和腫瘤形成等相關(guān)的基因轉(zhuǎn)錄調(diào)控中有重要作用。

2.2 NF-κB信號通路核因子κB信號通路廣泛存在于真核細(xì)胞中，并可與多種基因啟動(dòng)區(qū)或增強(qiáng)子區(qū)特異性序列結(jié)合位點(diǎn)結(jié)合。在生理狀態(tài)下，NF-κB與IκB結(jié)合組成異源多聚體，以無活性的潛在狀態(tài)存在于細(xì)胞質(zhì)中。氧化應(yīng)激狀態(tài)時(shí)，促炎性細(xì)胞因子導(dǎo)致IκB激酶(IKK)激活，引起NF-κB抑制劑IκB的磷酸化，磷酸化的IkB并未與NF-κB解離，而是即與泛肽結(jié)合，引發(fā)IkB的多泛肽化并為26 S蛋白酶體所識別而降解，導(dǎo)致NF-κB的釋放，此時(shí)的NF-κB為p65/p50的二聚物形式，這種游離二聚體可以轉(zhuǎn)位到細(xì)胞核中，與基因組的κ區(qū)域結(jié)合，在其他共激活因子和組蛋白乙酰轉(zhuǎn)移酶(HAT)的幫助下，可以啟動(dòng)炎性反應(yīng)介質(zhì)如白細(xì)胞介素-6(IL-6)，腫瘤壞死因子-α(TNF-α)等的表達(dá)[14]，從而啟動(dòng)和調(diào)節(jié)免疫反應(yīng)，細(xì)胞黏附、分化、增殖、凋亡和炎性反應(yīng)。

3 Nrf2 NF-κB軸在痛性糖尿病周圍神經(jīng)病變中的作用

3.1 Nrf2與PDPN的關(guān)系持續(xù)的高血糖狀態(tài)導(dǎo)致ROS的增多，繼而發(fā)生氧化應(yīng)激，Nrf2由氧化應(yīng)激暫時(shí)激活，高血糖應(yīng)激誘導(dǎo)細(xì)胞外相關(guān)激酶(ERK)激活抑制了Nrf2的持續(xù)活化[15]，致其活性降低，Nrf2活性降低導(dǎo)致抗氧化防御功能受損，其特征在于超氧化物歧化酶(SOD)，過氧化氫酶和谷胱甘肽(GSH)水平下降。此外，它還會(huì)降低脫氧酶的產(chǎn)量，如血紅素氧合酶-1(HO-I)和NADPH醌氧化還原酶(NQO1)，導(dǎo)致硝化和氧化應(yīng)激[9]。這進(jìn)一步導(dǎo)致周圍神經(jīng)纖維的累積損傷，對神經(jīng)元組織的血液供應(yīng)受損，緩激肽和前列腺素等會(huì)被釋放，導(dǎo)致疼痛過敏，并因此導(dǎo)致神經(jīng)性疼痛的發(fā)展(可導(dǎo)致PDPN)[16]。

3.2 NF-κB與PDPN的關(guān)系持續(xù)高糖被認(rèn)為是導(dǎo)致神經(jīng)性疼痛的神經(jīng)炎性反應(yīng)和神經(jīng)損傷的基礎(chǔ)，所有特征性的經(jīng)典途徑如多元醇途徑、PKC途徑、MAPK途徑和AGEs增加的產(chǎn)生都可以直接或是間接引發(fā)促炎性反應(yīng)的產(chǎn)生[17]，尤其是蛋白質(zhì)和脂質(zhì)的AGE產(chǎn)物的積累刺激炎性反應(yīng)介質(zhì)的產(chǎn)生和轉(zhuǎn)錄因子NF-κB的激活，NF-κB是一種炎性反應(yīng)過程的強(qiáng)效誘導(dǎo)劑[1]。

在高血糖狀態(tài)期間，NF-κB活性的持續(xù)增加，其與促炎細(xì)胞因子如IL-6、TNF-α、COX-2和iNOS的過量產(chǎn)生相關(guān)，這些蛋白質(zhì)和酶是神經(jīng)元細(xì)胞炎性反應(yīng)過程的起始和擴(kuò)增的前提介質(zhì)。由于NF-κB升高引起的神經(jīng)炎性反應(yīng)可以激活小膠質(zhì)細(xì)胞和星形膠質(zhì)細(xì)胞，這進(jìn)一步增加了促炎介質(zhì)的釋放，從而形成炎性反應(yīng)的惡性循環(huán)，釋放的神經(jīng)介質(zhì)可使神經(jīng)纖維對疼痛刺激敏感[15]。由于神經(jīng)組織和神經(jīng)節(jié)的血液供應(yīng)減少，NF-κB介導(dǎo)的神經(jīng)炎性反應(yīng)也可導(dǎo)致神經(jīng)內(nèi)膜缺氧，這種神經(jīng)元缺氧狀態(tài)導(dǎo)致線粒體電子傳遞鏈(等)功能障礙，線粒體效率降低，并導(dǎo)致ROS產(chǎn)生增加。持續(xù)性高血糖引起的炎性反應(yīng)還影響神經(jīng)元的結(jié)構(gòu)特征，即髓鞘蛋白質(zhì)的糖基化，其抗原性引起單核細(xì)胞、巨噬細(xì)胞、血液循環(huán)中性粒細(xì)胞浸潤和神經(jīng)系統(tǒng)膠質(zhì)細(xì)胞活化[18]。這些免疫細(xì)胞依次分泌炎性細(xì)胞因子，進(jìn)一步損傷髓鞘并增加神經(jīng)興奮性，從而導(dǎo)致水腫和神經(jīng)炎性反應(yīng)。受刺激的單核細(xì)胞和免疫細(xì)胞具有惡性正反饋環(huán)，用于增加炎性介質(zhì)的產(chǎn)生，從而加強(qiáng)神經(jīng)突變[1]加重疼痛。

3.3 Nrf2和NF-κB通路間的“串?dāng)_”作用已知高血糖介導(dǎo)的氧化應(yīng)激和炎性反應(yīng)途徑在不同的水平下各自發(fā)揮作用。此外，經(jīng)研究這兩種途徑通過蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)相互作用或通過次信使效應(yīng)在其轉(zhuǎn)錄水平上相互作用。Nrf2通路通過增加抗氧化防御和HO-1表達(dá)，有研究表明HO-1抑制p65的核易位[19]，HO-1作用的所有產(chǎn)物都具有很強(qiáng)的抗氧化性能力[20]，來抑制NF-κB通路的激活，從而有效地中和ROS和解毒有毒化學(xué)物質(zhì)，從而降低ROS介導(dǎo)的NF-κB活化。Nrf2通路還通過阻止IκB-α的降解來抑制NF-κB介導(dǎo)的轉(zhuǎn)錄。NF-κB還通過與Mafk結(jié)合而促進(jìn)組蛋白去乙?；?(HDAC3)募集(ASK-1-凋亡信號相關(guān)激酶-1和MCP-1-單核細(xì)胞趨化蛋白-1)至ARE區(qū)域，從而干擾Nrf2的轉(zhuǎn)錄促進(jìn)[10]。NF-κB是一種轉(zhuǎn)錄因子，其上調(diào)促炎細(xì)胞因子的基因表達(dá)，并負(fù)責(zé)誘導(dǎo)神經(jīng)元細(xì)胞凋亡。NF-κB的活化也通過下調(diào)Nrf-2途徑來抑制抗氧化基因的表達(dá)，從而間接削弱先天抗氧化劑的防御作用已達(dá)穩(wěn)態(tài)。然而，持續(xù)過度氧化應(yīng)激產(chǎn)生相關(guān)的疾病可能導(dǎo)致Nrf2-NF-κB軸失衡，從而產(chǎn)生破壞性后果。

4 治療

NF-κB和Nrf2通路是通過控制氧化應(yīng)激和炎性反應(yīng)介導(dǎo)細(xì)胞穩(wěn)態(tài)的兩條重要途徑。正如以上討論，Nrf2-NF-κB平衡的失調(diào)可能導(dǎo)致數(shù)種病理生理學(xué)結(jié)果，因此這些通路的調(diào)節(jié)因子可以用來預(yù)防這些結(jié)果[4]。NF-κB抑制劑的使用可以阻止AGE介導(dǎo)的促炎細(xì)胞因子的產(chǎn)生，從而阻止與神經(jīng)炎性反應(yīng)有關(guān)的事件。同時(shí)觀察到神經(jīng)元細(xì)胞中的明顯氧化應(yīng)激是神經(jīng)損傷中的關(guān)鍵致病機(jī)制，其可以通過增強(qiáng)Nrf2介導(dǎo)的ARE基因表達(dá)而被預(yù)防[1]。 Nrf2增強(qiáng)了抵抗氧化應(yīng)激的抗氧化劑和細(xì)胞保護(hù)酶的產(chǎn)生。兩種轉(zhuǎn)錄因子的藥理調(diào)節(jié)劑可以通過同時(shí)增強(qiáng)Nrf2和抑制NF-κB產(chǎn)生更好的治療反應(yīng)，而不是單獨(dú)針對Nrf2和NF-κB[4]。

5 總結(jié)與展望

Nrf2-Keapl信號通路和NF-κB信號通路各自發(fā)揮著炎性反應(yīng)及氧化作用以維持體內(nèi)氧化還原平衡，而神經(jīng)炎性反應(yīng)和氧化應(yīng)激的表現(xiàn)可累積導(dǎo)致結(jié)構(gòu)損傷，其可導(dǎo)致PDPN特有的功能性，感覺運(yùn)動(dòng)性和生化缺陷，另外它們彼此相互作用以進(jìn)一步調(diào)節(jié)健康和疾病中的關(guān)鍵氧化還原調(diào)節(jié)劑的水平，減緩PDPN的進(jìn)程。治療時(shí)應(yīng)用可能調(diào)節(jié)兩個(gè)中樞多效轉(zhuǎn)錄因子Nrf2和NF-κB之間的串?dāng)_特異性藥劑，可能有助于糖尿病周圍神經(jīng)病變更有效治療。