Nrf2在妊娠糖尿病中的研究進(jìn)展*

秦嘉萍，陳為民，劉廣文，顧匯權(quán) 綜述，劉 嬙 審校

海南醫(yī)學(xué)院基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院藥理教研室，海南?？?571101

妊娠期糖尿病(GDM)是孕婦在妊娠期發(fā)生的常見并發(fā)癥之一，臨床表現(xiàn)為妊娠期內(nèi)出現(xiàn)高血糖，嚴(yán)重危害母嬰健康[1]。目前廣泛認(rèn)為GDM的進(jìn)程與孕婦在高血糖狀態(tài)下的過度氧化應(yīng)激密切相關(guān)，因此抗氧化應(yīng)激機(jī)制對GDM及相關(guān)并發(fā)癥的預(yù)防和治療具有重要的意義，尋找發(fā)揮抗氧化的作用靶點(diǎn)成為改變目前治療方案的新思路[2]。核因子E2相關(guān)因子2(Nrf2)是機(jī)體維持氧化還原穩(wěn)態(tài)的一種內(nèi)源性轉(zhuǎn)錄因子，在細(xì)胞核內(nèi)與相應(yīng)抗氧化蛋白結(jié)合后，發(fā)揮抗氧化、抗炎、抗凋亡等作用[3]。本文將著重從Nrf2的生物學(xué)功能角度出發(fā)，針對GDM氧化應(yīng)激的發(fā)病機(jī)制，探究其作為GDM防治潛在靶點(diǎn)的可能，為GDM的改善和治療提供新思路。

1 Nrf2的生物學(xué)功能

Nrf2是一種堿性亮氨酸拉鏈(bZip)轉(zhuǎn)錄因子和CNC轉(zhuǎn)錄因子[4]，正常情況下在細(xì)胞質(zhì)內(nèi)與Keap1結(jié)合被泛素化降解，維持Nrf2低水平。在氧化應(yīng)激狀態(tài)下Keap1-Nrf2復(fù)合體解離，游離的Nrf2在細(xì)胞核內(nèi)與Maf形成二聚體，激活抗氧化元件(ARE)下游的抗氧化蛋白表達(dá)，發(fā)揮對細(xì)胞的保護(hù)作用，是維持機(jī)體氧化還原動態(tài)平衡的關(guān)鍵反應(yīng)之一，提高Nrf2水平可發(fā)揮抗氧化和解毒等重要生物活性功能[5]。Nrf2為該通路主要的調(diào)控元件，與該通路下游多個作用靶點(diǎn)如醌氧化還原酶(NQO1)、血紅素加氧酶(HO-1)等結(jié)合來誘導(dǎo)抗氧化應(yīng)激，從而改善糖尿病、癌癥等疾病[6]。此外，Nrf2與NF-κB發(fā)生信號交互，通過消除活性氧(ROS)激活NF-κB和抑制核易位介導(dǎo)炎癥反應(yīng)，還可以協(xié)同MAPK等信號通路，發(fā)揮抗炎、抗腫瘤、維持線粒體穩(wěn)定、調(diào)節(jié)細(xì)胞凋亡等生物學(xué)功能[7-9]。

2 Nrf2與氧化應(yīng)激

近年來，已有研究表明，Nrf2信號通路在減輕高糖產(chǎn)生ROS對機(jī)體的損傷方面具有良好作用[10]，在氧化應(yīng)激刺激下，受Keap1負(fù)性調(diào)節(jié)的Nrf2表達(dá)上調(diào)，下游的保護(hù)性基因開始轉(zhuǎn)錄。其中的抗氧化酶系，如HO-1、NQO1可以將多余的自由基清除，同時可以清除已經(jīng)被氧化的蛋白[11]。Nrf2表達(dá)增加可以通過抑制ROS產(chǎn)生、線粒體去極化和脂質(zhì)過氧化等途徑，有效地抑制氧糖剝奪以及復(fù)氧誘導(dǎo)的氧化應(yīng)激損傷[12]。QI等[13]研究發(fā)現(xiàn)，蛋白激酶C(PKC)信號通路可以抑制PKC依賴的還原型煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(NADPH)氧化酶激活，產(chǎn)生大量ROS，誘導(dǎo)Nrf2核易位，同時上調(diào)HO-1和NQO1的表達(dá)，從而防止心肌缺血再灌注損傷。并且Nrf2還可以通過多元醇限速酶(醛糖還原酶)抑制多元醇途徑過度活躍，減輕氧化應(yīng)激損傷[14]。

3 GDM與氧化應(yīng)激

GDM的發(fā)病與多種風(fēng)險因素有關(guān)[15]。與胰島β細(xì)胞損傷表現(xiàn)為胰島素絕對缺乏的Ⅰ型糖尿病不同，GDM和胰島素相對缺乏的Ⅱ型糖尿病相似，是一種發(fā)生在妊娠時期的特殊型糖尿病。但GDM患者的血糖波動相對較小，血糖易于控制，多數(shù)患者血糖可以通過飲食和運(yùn)動得到控制，少數(shù)患者需要使用胰島素控制血糖。其發(fā)病的主要原因是胰島素抵抗(IR)，而IR又與過度氧化應(yīng)激反應(yīng)密切相關(guān)[16-18]。其產(chǎn)生機(jī)制主要與以下幾個方面相關(guān)：ROS的過度產(chǎn)生、脂質(zhì)過氧化(LPO)、線粒體功能障礙等。

3.1ROS的過度產(chǎn)生 在高糖狀態(tài)下，葡萄糖的自身氧化會激活機(jī)體PKC，通過PKC依賴的NADPH氧化酶激活誘導(dǎo)產(chǎn)生大量ROS。并且葡萄糖多元醇代謝路徑會活化，活化過程需消耗還原型谷胱甘肽(GSH)，從而增加了ROS的合成量。各類蛋白質(zhì)在長期高血糖的情況下也增加糖基化反應(yīng)，糖化作用的延長導(dǎo)致產(chǎn)生糖基化終產(chǎn)物，糖基化反應(yīng)過程也增加了ROS的產(chǎn)生。ROS的過度產(chǎn)生會導(dǎo)致機(jī)體內(nèi)的氧化還原平衡被打破從而誘導(dǎo)IR導(dǎo)致GDM的發(fā)生[19]。

3.2LPO LPO使得未分化的前脂肪細(xì)胞形成新脂肪細(xì)胞的能力降低，新脂肪生成的失敗通過脂毒性和脂肪因子分泌失調(diào)造成高血糖[16]。LPO會產(chǎn)生對胰島β細(xì)胞有害的生物活性醛，如4-羥基烯醛[17]。激活Nrf2信號通路調(diào)控脂肪生成轉(zhuǎn)錄因子表達(dá)，調(diào)節(jié)脂肪細(xì)胞的分泌，從而抑制脂質(zhì)的積累。如使瘦素負(fù)反饋正常拮抗胰島素的糖與非糖物質(zhì)轉(zhuǎn)化和脂質(zhì)合成功能；阻止抵抗素通過上調(diào)炎癥信號通路NF-κB誘導(dǎo)胰島素信號傳導(dǎo)異常；恢復(fù)脂聯(lián)素分泌從而增強(qiáng)對胰島素的敏感性，防止其中間代謝產(chǎn)物游離脂肪酸(FFA)損傷胰島素靶器官，從而有助于GDM的治療[20-21]。

3.3線粒體功能障礙 線粒體功能障礙在糖尿病發(fā)生初期就表現(xiàn)出無法忽視的關(guān)鍵作用。線粒體是氧化磷酸化的重要場所，是參與代謝的主要細(xì)胞器。除了參與氧化代謝以外，線粒體還參與了細(xì)胞凋亡、炎癥表達(dá)、信號傳導(dǎo)等多項(xiàng)生理活動。增強(qiáng)Nrf2表達(dá)可調(diào)節(jié)線粒體障礙后突觸，維持細(xì)胞內(nèi)外鈣離子濃度平衡，使氧化磷酸化正常進(jìn)行。線粒體的抗氧化功能(如超氧化物酶和過氧化物酶)也得以維持[22]。改善線粒體障礙成為了預(yù)防糖尿病早期發(fā)生的重要因素。除了以上的主要影響因素之外，其他多種因素如負(fù)責(zé)蛋白的合成和折疊的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)障礙、炎癥因子分泌失調(diào)等共同作用影響著GDM的發(fā)生[23-24]。

4 Nrf2與GDM

相較于糖尿病患者，GDM患者表現(xiàn)出的碳水化合物代謝性損傷發(fā)生于妊娠期，也會隨著妊娠的終止而消失[25]。研究發(fā)現(xiàn)，天然Nrf2激活劑可通過激活Nrf2用于治療GDM[26]，女性妊娠時氧化應(yīng)激狀態(tài)在圍生期中發(fā)揮核心作用，氧化應(yīng)激水平過高會直接或間接導(dǎo)致病理性妊娠的發(fā)生，誘發(fā)妊娠高血壓、妊娠糖尿病，子癇前期(PE)、肩難產(chǎn)、嚴(yán)重的會陰裂傷、新生兒低血糖和新生兒死亡等嚴(yán)重結(jié)局[27]。通過上調(diào)Nrf2水平維持機(jī)體內(nèi)氧化還原平衡，避免氧化應(yīng)激帶來的細(xì)胞損傷，預(yù)防GDM孕婦產(chǎn)后進(jìn)一步發(fā)展為Ⅱ型糖尿病，對于GDM孕婦和胎兒的遠(yuǎn)期健康具有重要意義[28]。

4.1Nrf2在母體上的表達(dá) GDM孕婦在氧化應(yīng)激的病理?xiàng)l件下，內(nèi)皮細(xì)胞遭受損傷，Nrf2的內(nèi)源性保護(hù)機(jī)制被觸發(fā)，Nrf2表達(dá)上調(diào)，促使下游蛋白HO-1表達(dá)，從而抑制氧化應(yīng)激反應(yīng)。在高糖或氧化應(yīng)激刺激下，過度氧化產(chǎn)生的ROS也對母體的血管內(nèi)皮細(xì)胞、腎小球內(nèi)皮細(xì)胞、視網(wǎng)膜細(xì)胞等產(chǎn)生嚴(yán)重的損傷[23,29]。

研究發(fā)現(xiàn)，通過Nrf2/HO-1信號通路激活抗氧化酶可以顯著緩解GDM癥狀[28]。對于GDM小鼠，天然或合成的Nrf2激活劑如蝦青素，可以恢復(fù)懷孕db/+小鼠肝臟中Nrf2/HO-1信號通路的活性，通過激活抗氧化酶，抑制體內(nèi)氧化應(yīng)激，減輕GDM癥狀[29]；既往研究表明，缺氧/復(fù)氧治療通過在GDM小鼠中恢復(fù)肝臟Nrf2/HO-1抗氧化信號傳導(dǎo)而顯著緩解β細(xì)胞功能不全和葡萄糖耐受不良，緩解血脂異常和氧化應(yīng)激，增強(qiáng)抗氧化酶活性，最終改善胎兒發(fā)育[30]。在高糖狀態(tài)下Nrf2的活化也可以改善GDM小鼠的血管生成能力和動脈粥樣硬化指數(shù)，降低GDM孕鼠胰島素抵抗，從而改善生殖結(jié)局[31-33]。

4.2Nrf2在胎盤上的表達(dá) 在氧化應(yīng)激狀態(tài)下，GDM可能損傷胚胎發(fā)生和胎盤發(fā)育。有研究通過測定GDM和健康孕婦胎盤Nrf2和抗氧化酶的表達(dá)，并考察其母體和臍帶血漿以及胎盤組織氧化應(yīng)激參數(shù)，發(fā)現(xiàn)GDM患者胎盤中Nrf2與過氧化氫酶表達(dá)顯著增高，呈正相關(guān)[34]，說明機(jī)體通過Nrf2信號傳導(dǎo)進(jìn)一步保護(hù)胎盤免受氧化應(yīng)激損傷。

Nrf2的激活可以增加子宮內(nèi)膜細(xì)胞中鐵轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的表達(dá)，刺激其向滋養(yǎng)層細(xì)胞鐵的釋放，增強(qiáng)子宮內(nèi)膜容受性，調(diào)節(jié)子宮內(nèi)膜中的鐵穩(wěn)態(tài)，有助于滋養(yǎng)層細(xì)胞和胚胎發(fā)育[35]。GDM中產(chǎn)生過量的ROS可引起胎盤組織表型變化，使得為母親和胎兒之間提供物質(zhì)交換和擴(kuò)散的合胞體滋養(yǎng)層細(xì)胞核的聚集形成合胞體結(jié)[31-32]。合胞體結(jié)內(nèi)的細(xì)胞核顯示出類凋亡狀變性，這些細(xì)胞核無轉(zhuǎn)錄活性，不能完整表達(dá)合胞體的生物功能。胎盤暴露于缺氧、高氧或氧化應(yīng)激的條件下都可能會導(dǎo)致合胞體結(jié)數(shù)量增加，影響胎盤正常發(fā)育。依賴Nrf2抗氧化防御的功能上調(diào)，可以使細(xì)胞滋養(yǎng)層和合胞體滋養(yǎng)層中合胞體結(jié)脫落，有助于緩解GDM對胎盤造成的損傷[36-37]。此外，ROS的過度產(chǎn)生是導(dǎo)致細(xì)胞凋亡的重要因素，激活Nrf2可以抑制絨毛膜滋養(yǎng)層細(xì)胞的氧化應(yīng)激與凋亡，對妊娠糖尿病胎盤具有保護(hù)作用[38]。

5 展 望

綜上所述，Nrf2通路是目前發(fā)現(xiàn)的機(jī)體內(nèi)重要的抗氧化應(yīng)激通路，Nrf2通路誘導(dǎo)抗氧化酶如NQO1、HO-1等對GDM發(fā)揮一定的保護(hù)作用。進(jìn)一步探尋具有選擇性的Nrf2激活劑，篩選新的治療GDM的途徑，為尋找防治GDM的潛在靶點(diǎn)提供可靠依據(jù)，并最終可提高GDM患者的生活質(zhì)量及妊娠安全。