核因子E2 相關(guān)因子2 對(duì)創(chuàng)傷性腦損傷的保護(hù)作用機(jī)制及其靶向治療藥物研究進(jìn)展

李小蝶，吳紅月，牟思曈，唐華民

在全球范圍內(nèi)，每年超過5 000萬人罹患創(chuàng)傷性腦損傷（traumatic brain injury，TBI），且TBI是成年人的主要死因之一［1］。2006—2013年，中國(guó)居民TBI死亡率總體保持相對(duì)較高水平，為12.99/10萬～17.06/10萬［2］。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，TBI患者平均住院費(fèi)用為18 680.7元，且中、重度TBI患者平均住院費(fèi)用遠(yuǎn)高于輕度TBI患者［3］。即便存活，TBI患者出院后也常會(huì)遺留不同程度的軀體功能障礙、認(rèn)知障礙以及心理障礙［4］。近年來大量研究深入探討了TBI的病理過程，以期發(fā)現(xiàn)新的治療靶點(diǎn)，且研究顯示，TBI后繼發(fā)性腦損傷的病理基礎(chǔ)包括細(xì)胞凋亡、炎癥反應(yīng)和氧化應(yīng)激［5-6］。而核因子E2相關(guān)因子2（nuclear factor erythroid 2-related factor 2，Nrf2）是氧化應(yīng)激信號(hào)通路的主要調(diào)節(jié)因子，已被證明在腦損傷等各種中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病中具有神經(jīng)保護(hù)作用［7］。本文通過回顧相關(guān)文獻(xiàn)分析了Nrf2對(duì)TBI的保護(hù)作用機(jī)制，并綜述其靶向治療藥物研究進(jìn)展，以期為TBI治療藥物的研究與開發(fā)提供新思路。

1 Nrf2概述

Nrf2是一種參與調(diào)控細(xì)胞氧化應(yīng)激反應(yīng)的轉(zhuǎn)錄因子，屬于CNC堿性亮氨酸拉鏈家族［8］。Nrf2在大部分組織細(xì)胞中均表達(dá)［9］，對(duì)氧化應(yīng)激敏感，可調(diào)節(jié)多種基因表達(dá)，編碼抗氧化酶、解毒因子、抗凋亡蛋白和藥物轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白［10］。生理?xiàng)l件下，Nrf2位于細(xì)胞質(zhì)中，且保持低水平［11］。氧化應(yīng)激反應(yīng)發(fā)生后，Nrf2轉(zhuǎn)移到細(xì)胞核內(nèi)并與抗氧化反應(yīng)元件（antioxidant response element，ARE）結(jié)合，可激活下游基因〔下游基因可以編碼抗氧化應(yīng)激酶［9］，包括超氧化物歧化酶1（superoxide dismutase 1，SOD1）、血紅素加氧酶1（heme oxygenase 1，HO-1）、醌氧化還原酶1（quinone oxidoreductase 1，NQO1）、谷胱甘肽過氧化物酶（glutathione peroxidase，GSH-Px）、谷胱甘肽疏基轉(zhuǎn)移酶（glutathione S-transferase，GSH-ST）、谷胱甘肽過氧化物酶4（glutathione peroxidase 4，GPx4）和谷胱甘肽還原酶（glutathione reductase，GR）［12-14］，而這些酶可參與調(diào)節(jié)各種神經(jīng)系統(tǒng)疾病的氧化應(yīng)激、炎癥反應(yīng)和細(xì)胞凋亡〕的轉(zhuǎn)錄，還可參與活性氧（reactive oxygen species，ROS）的清除和還原型煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（nicotinamide adenine dinucleotide phosphate，NADPH）的生成過程［15］。

2 Nrf2對(duì)TBI的保護(hù)作用機(jī)制

2.1 減輕氧化應(yīng)激 研究顯示，減輕TBI后的氧化應(yīng)激是神經(jīng)保護(hù)的一種有效途徑［16］。多項(xiàng)研究已證實(shí)，TBI后Nrf2活性升高［17-19］，其主要通過調(diào)節(jié)內(nèi)源性防御機(jī)制來抵抗氧化應(yīng)激［20］。研究表明，Nrf2/ARE信號(hào)通路通過抑制炎癥因子、誘導(dǎo)解毒酶表達(dá)、維持鈣離子穩(wěn)態(tài)而在TBI后繼發(fā)性腦損傷中發(fā)揮重要的神經(jīng)保護(hù)作用［21］。研究顯示，神經(jīng)元中的氧化應(yīng)激可以引起DNA損傷和各種生物分子的降解，并最終導(dǎo)致神經(jīng)元凋亡［22-23］。WU等［24］研究顯示，Nrf2過表達(dá)可抑制小膠質(zhì)細(xì)胞的活躍度，降低腫瘤壞死因子α（tumor necrosis factor-α，TNF-α）和白介素6（interleukin-6，IL-6）水平，從而減輕炎癥反應(yīng)。相反，Nrf2缺失可加劇腦損傷程度，這與氧化應(yīng)激、神經(jīng)炎癥，包括促炎因子和抗炎因子的分泌、外周免疫細(xì)胞的募集和腦內(nèi)膠質(zhì)細(xì)胞的激活、凋亡、泛素化和血腦屏障損傷有關(guān)［25-26］。綜上，TBI發(fā)生后，Nrf2可以通過抗炎和誘導(dǎo)解毒酶表達(dá)來減輕氧化應(yīng)激。

2.2 促進(jìn)線粒體生物合成 Nrf2與線粒體的呼吸功能和能量產(chǎn)生有關(guān)，Nrf2缺乏時(shí)會(huì)導(dǎo)致線粒體脂肪酸氧化，呼吸作用減弱和ATP減少；Nrf2增多時(shí)則會(huì)增加線粒體膜電位和ATP水平，提高呼吸速率及氧化磷酸化效率［27-28］。研究顯示，Nrf2通過調(diào)節(jié)抗氧化系統(tǒng)相關(guān)基因的表達(dá)來維持線粒體氧化還原動(dòng)態(tài)平衡，促進(jìn)線粒體的生物合成［29］。還有研究表明，增強(qiáng)線粒體自身的生物合成功能可以改善線粒體的能量代謝，從而減輕TBI后神經(jīng)元損傷［30］。綜上，Nrf2可以通過促進(jìn)線粒體生物合成來減輕TBI發(fā)生后的神經(jīng)損傷。

2.3 減輕內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激 研究顯示，抑制磷酸二酯酶4（phosphodiesterase 4，PDE4）可激活Nrf2，減少ROS的產(chǎn)生，從而減輕缺氧缺糖損傷（oxygen-glucose deprivation，OGD）所致的神經(jīng)元內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激［31］。還有研究顯示，阿托伐他汀可通過激活Nrf2而減輕TBI小鼠內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激，從而減少神經(jīng)元凋亡［32］。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激會(huì)導(dǎo)致TBI發(fā)生后的神經(jīng)元凋亡加重，而Nrf2可能通過內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激信號(hào)途徑改善TBI所致的繼發(fā)性腦損傷［33］。綜上，激活Nrf2可能減輕TBI發(fā)生后的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激。

2.4 誘導(dǎo)自噬 在Nrf2基因缺陷小鼠中，自噬基因表達(dá)減少［34］。研究顯示，Nrf2通路的活化能誘導(dǎo)自噬反應(yīng)［35］。p62可作為自噬的標(biāo)志，其原因是p62被磷酸化后增強(qiáng)了其與Kelch樣ECH關(guān)聯(lián)蛋白1（Kelch-like ECH-associated protein 1，KEAP1）結(jié)合的能力，而競(jìng)爭(zhēng)性地抑制了Nrf2與KEAP1的結(jié)合，導(dǎo)致Nrf2與KEAP1解離，從而促進(jìn)Nrf2靶基因的表達(dá)［36］。有研究表明，Nrf2能夠促進(jìn)C17.2神經(jīng)干細(xì)胞增殖，這可能與其升高細(xì)胞內(nèi)的自噬水平有關(guān)［37］。在TBI大鼠模型中，谷氨酰胺可通過激活Nrf2通路而降低氧化應(yīng)激反應(yīng)、促進(jìn)自噬反應(yīng)，從而起到保護(hù)神經(jīng)元的作用［38］。綜上，Nrf2可能通過誘導(dǎo)自噬而在TBI中發(fā)揮保護(hù)作用。

2.5 抑制鐵死亡 在TBI模型中，鐵死亡的分子機(jī)制主要涉及鐵代謝異常、GSH-Px的活性降低、神經(jīng)元的脂質(zhì)過氧化［39］。而GPx4是鐵死亡的標(biāo)志物，鐵死亡發(fā)生時(shí)其表達(dá)減少［40］。研究顯示，絕大部分與鐵死亡相關(guān)的基因均受Nrf2的轉(zhuǎn)錄調(diào)控，這些基因包括GR調(diào)節(jié)基因和GPx4調(diào)節(jié)基因，其對(duì)GPx4活性的恢復(fù)至關(guān)重要［41-43］。因此，Nrf2可能通過抑制鐵死亡而在TBI中發(fā)揮保護(hù)作用［44］。

3 靶向Nrf2治療TBI的藥物研究進(jìn)展

MILLER等［18］指出，尋找激活Nrf2的藥物對(duì)于TBI的治療具有重要意義。鑒于激活Nrf2可以減輕氧化應(yīng)激，抑制神經(jīng)元凋亡、炎癥細(xì)胞浸潤(rùn)及炎癥因子的產(chǎn)生，因而近年來靶向Nrf2治療TBI的基礎(chǔ)研究成為研究熱點(diǎn)。

3.1 右美托咪定 LI等［45］研究顯示，右美托咪定可增加TBI患者Nrf2、HO-1、NQO1表達(dá)水平，抑制炎癥因子的產(chǎn)生，降低NF-κB以及IL-6水平，從而減少神經(jīng)炎癥誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡。PENG等［46］指出，右美托咪定可以為TBI患者提供更好的術(shù)中鎮(zhèn)靜、鎮(zhèn)痛和臨床恢復(fù)效果，不良反應(yīng)可控，且可抑制氧化應(yīng)激及炎癥反應(yīng)。

3.2 氯胺酮 LIANG等［47］研究發(fā)現(xiàn)，氯胺酮可激活Nrf2，增加其下游因子包括HO-1和NQO1的表達(dá)，指出氯胺酮可能通過激活Nrf2來減輕TBI后的氧化應(yīng)激和抑制細(xì)胞凋亡，從而發(fā)揮神經(jīng)保護(hù)作用。此外，氯胺酮與其他鎮(zhèn)靜劑聯(lián)合使用對(duì)于TBI患者有更好的鎮(zhèn)痛和鎮(zhèn)靜效果，且常規(guī)劑量具有很好的安全性［48］。

3.3 依達(dá)拉奉（edaravone，EDA） LI等［49］采用過氧化氫處理海馬神經(jīng)干細(xì)胞及采用外科手術(shù)建立體外TBI模型和TBI大鼠模型，結(jié)果顯示，EDA預(yù)處理后，神經(jīng)干細(xì)胞凋亡減少，Nrf2被激活；而經(jīng)EDA處理的TBI大鼠模型創(chuàng)傷面積縮小，海馬損傷減輕，記憶和學(xué)習(xí)能力提高，且Nrf2被激活。還有研究顯示，EDA可以抑制NF-κB從細(xì)胞質(zhì)轉(zhuǎn)移到細(xì)胞核，上調(diào)Nrf2蛋白表達(dá)，即EDA通過抑制NF-κB介導(dǎo)的炎癥反應(yīng)來激活Nrf2抗氧化途徑，從而在TBI小鼠中發(fā)揮神經(jīng)保護(hù)作用，包括減輕神經(jīng)功能缺陷、細(xì)胞凋亡和結(jié)構(gòu)損傷［50］。

3.4 姜黃素 姜黃素是一種天然酚類化合物，并具有抗炎和抗氧化等多種藥理作用［51］。DONG等［25］研究發(fā)現(xiàn)，姜黃素可減輕野生型TBI小鼠同側(cè)皮質(zhì)損傷，抑制中性粒細(xì)胞浸潤(rùn)、小膠質(zhì)細(xì)胞活化及TBI后神經(jīng)元的凋亡和變性；然而，Nrf2基因敲除小鼠發(fā)生TBI后，姜黃素的神經(jīng)保護(hù)作用減弱。

3.5 巖藻黃素 巖藻黃素在海藻中含量豐富，被認(rèn)為是一種強(qiáng)大的抗氧化劑。ZHANG等［52］研究發(fā)現(xiàn)，巖藻黃素在體內(nèi)和體外均可激活Nrf2和誘導(dǎo)自噬，然而，在Nrf2基因缺失的TBI小鼠中，巖藻黃素未能提供神經(jīng)保護(hù)作用和誘導(dǎo)自噬。3.6 特丁基對(duì)苯二酚（tert-butylhydroquinone，TBHQ）TBHQ是一種Nrf2激活劑，研究顯示，用香草乙酮和TBHQ的組合藥物干預(yù)TBI模型小鼠，可激活Nrf2相關(guān)通路，減輕氧化應(yīng)激，從而保護(hù)小鼠的大腦灰質(zhì)［53］。還有研究顯示，TBHQ預(yù)處理可有效減弱TBI后氧化應(yīng)激，上調(diào)Nrf2蛋白水平，提示TBHQ可作為TBI患者的潛在神經(jīng)保護(hù)劑［54］。

綜上，右美托咪定、氯胺酮、EDA、姜黃素、巖藻黃素和TBHQ可以通過激活Nrf2來減輕TBI后的神經(jīng)炎癥、氧化應(yīng)激和神經(jīng)元凋亡。但上述研究多為動(dòng)物實(shí)驗(yàn)，其結(jié)果仍需大型多中心臨床試驗(yàn)進(jìn)一步評(píng)估。

4 小結(jié)

綜上所述，Nrf2可能通過減輕氧化應(yīng)激、促進(jìn)線粒體生物合成、減輕內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激、誘導(dǎo)自噬及抑制鐵死亡而對(duì)TBI發(fā)揮保護(hù)作用，因而靶向Nrf2能夠有效治療TBI，目前其靶向治療藥物主要有右美托咪定、氯胺酮、EDA、姜黃素、巖藻黃素、TBHQ。但由于TBI的病理生理機(jī)制十分復(fù)雜，目前仍存在許多亟待解決的問題，如TBI后Nrf2抑制鐵死亡的機(jī)制目前僅有間接證據(jù)，故需要更多的臨床研究進(jìn)一步探索Nrf2對(duì)TBI的具體保護(hù)作用機(jī)制。

作者貢獻(xiàn)：李小蝶進(jìn)行文章的構(gòu)思與設(shè)計(jì)、文章的可行性分析及文獻(xiàn)資料收集、整理，撰寫論文；李小蝶、吳紅月、牟思曈進(jìn)行論文的修訂；唐華民負(fù)責(zé)文章的質(zhì)量控制及審校，對(duì)文章整體負(fù)責(zé)、監(jiān)督管理。

本文無利益沖突。