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(jìn)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(yīng)激是器官缺血再灌注損傷(IRI)的重要機(jī)制之一，核因子E2相關(guān)因子2(Nrf2) 可調(diào)節(jié)下游多種抗氧化酶的表達(dá)，在機(jī)體抗氧化應(yīng)激過程中起著關(guān)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(jìn)行綜述。

再灌注損傷；核因子E2相關(guān)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(fù)損傷、恢復(fù)功能，但同時(shí)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(jī)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(xì)胞內(nèi)鈣超載、中性粒細(xì)胞浸潤、內(nèi)皮細(xì)胞的激活釋放、微循環(huán)障礙等密切相關(guān)。再灌注損傷的機(jī)制尚未完全闡明，但自由基導(dǎo)致的氧化應(yīng)激在其中的作用已經(jīng)得到普遍共識(shí)。核因子E2相關(guān)因子2(Nrf2)是近年來發(fā)現(xiàn)的一種對(duì)氧化應(yīng)激非常敏感的轉(zhuǎn)錄因子，在機(jī)體抗氧化應(yīng)激過程中起著關(guān)鍵作用[1]。它與胞漿蛋白伴侶分子Keap1及抗氧化反應(yīng)序列元件(ARE)共同組成Keap1-Nrf2-ARE通路，對(duì)機(jī)體多種抗氧化酶的表達(dá)進(jìn)行調(diào)控。由于Nrf2在機(jī)體抗氧化應(yīng)激的過程中扮演核心角色，近年來對(duì)其在器官IRI中作用的研究越來越多。本文對(duì)Nrf2在IRI中的作用研究進(jìn)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(gè)相對(duì)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(gè)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(dǎo)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(gè)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(yīng)激狀態(tài)下Nrf2的降解。

在生理狀態(tài)下，Nrf2定位于細(xì)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(dāng)氧化應(yīng)激發(fā)生時(shí)，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(yīng)元

件ARE結(jié)合，進(jìn)而激活下游多種抗氧化基因的表達(dá)，從而增強(qiáng)細(xì)胞抗氧化應(yīng)激能力。Nrf2調(diào)控表達(dá)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(jī)制

Nrf2-ARE通路的激活機(jī)制尚未完全闡明，但目前研究現(xiàn)狀可總結(jié)為以下幾個(gè)方面。①親電物質(zhì)的直接攻擊：親核物質(zhì)或ROS對(duì)Keap1的半胱氨酸殘基進(jìn)行修飾，引起Keap1的構(gòu)象變化，從而導(dǎo)致Nrf2與Keap1解偶聯(lián)，由胞漿轉(zhuǎn)入細(xì)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(dǎo)致Nrf2構(gòu)象改變，進(jìn)而使其與Keap1解偶聯(lián)[8]由胞質(zhì)轉(zhuǎn)入細(xì)胞核。由酪蛋白激酶介導(dǎo)的酪氨酸殘基磷酸化則參與了Nrf2的出核過程。JAIN等[9]報(bào)道，酪氨酸激酶Fyn可誘導(dǎo)Nrf2第568位酪氨酸殘基發(fā)生磷酸化，從而促進(jìn)Nrf2從胞核向胞漿的移出。③Nrf2與ARE結(jié)合機(jī)制: Nrf2解離入核后的轉(zhuǎn)錄激活主要包括兩個(gè)方面，一方面,兩個(gè)活性區(qū)Neh4和Neh5與CBP結(jié)合后對(duì)Nrf2轉(zhuǎn)錄活性起共激活效應(yīng)；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(chǔ)。Maf的識(shí)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(shí)別的位點(diǎn)[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(xì)胞增生，Nrf2-/-小鼠的星形膠質(zhì)細(xì)胞和神經(jīng)元比野生型細(xì)胞對(duì)氧化性損傷更敏感[11]。張瑩等[12]研究結(jié)果顯示，Nrf2可保護(hù)短暫性缺血再灌注導(dǎo)致的大鼠星形膠質(zhì)細(xì)胞損傷。國外有學(xué)者研究顯示，腦缺血再灌注時(shí)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(xué)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(dá)增高。進(jìn)而研究顯示，氧化苦參堿可通過上調(diào)Nrf2的表達(dá)發(fā)揮對(duì)腦IRI的作用[13]。

3.2心臟

IRI是心臟血管再通手術(shù)失敗的重要原因，是缺血性心臟病治療的難點(diǎn)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(hù)作用。BRUNT等[14]研究顯示，Nrf2能上調(diào)心肌細(xì)胞中HO-1 mRNA、蛋白質(zhì)的表達(dá)及活性。許多藥物通過Nrf2-ARE通路介導(dǎo)對(duì)心臟IRI的保護(hù)作用。辛伐他汀可誘導(dǎo)HO-1的高表達(dá)從而保護(hù)缺血再灌注的心肌細(xì)胞，而Nrf2蛋白表達(dá)的變化和HO-1的表達(dá)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(dǎo)的心肌細(xì)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(dòng)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(jìn)程中發(fā)揮著非常重要的作用[17]。

3.3腎

腎臟也是對(duì)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(dá)均明顯升高，說明機(jī)體發(fā)生氧化應(yīng)激時(shí)上調(diào)了Nrf2表達(dá)，啟動(dòng)了內(nèi)源性抗氧化機(jī)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(yán)重，且實(shí)驗(yàn)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(dǎo)HO-1、NQO1等抗氧化酶的表達(dá)，進(jìn)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(shí)間。Nrf2也被證實(shí)可減輕腸IRI及其導(dǎo)致的遠(yuǎn)隔器官的損傷。ZHAO等[23]建立腸IRI模型，采用萊菔硫烷預(yù)處理后，腸及肝臟組織Nrf2的核表達(dá)增強(qiáng)，抗氧化反應(yīng)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(jìn)而減輕腸缺血再灌注導(dǎo)致的腎損傷。而楊進(jìn)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(dǎo)致的氧化應(yīng)激是IRI的重要機(jī)制。如何減輕氧化應(yīng)激損傷是IRI研究的一項(xiàng)重要課題。Nrf2是調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)眾多抗氧化物表達(dá)的關(guān)鍵性因子，Nrf2-ARE通路是機(jī)體重要的抗氧化應(yīng)激通路，它在各種因素造成的多種器官的氧化應(yīng)激損傷中起著重要的保護(hù)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(dá)，進(jìn)一步對(duì)下游抗氧化酶進(jìn)行調(diào)控，從而抵抗氧化應(yīng)激損傷，即可減輕器官IRI。目前，已有很多學(xué)者關(guān)注于Nrf2的抗氧化應(yīng)激作用，但對(duì)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(duì)Nrf2在抗IRI方面作用及其機(jī)制的深入了解，Nrf2在IRI的預(yù)防和治療中會(huì)有很好的應(yīng)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(jì)劃項(xiàng)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(dǎo)師。

R363

A

1008-0341(2015)02-0250-03