曾 越 萬 沁

(瀘州醫(yī)學院附屬醫(yī)院，四川 瀘州 646000)

·綜 述·

Nrf2/ARE通路與胰島素抵抗的研究進展

曾 越 萬 沁

(瀘州醫(yī)學院附屬醫(yī)院，四川 瀘州 646000)

Nrf2/ARE通路；胰島素抵抗；氧化應激

2型糖尿病(T2DM)是由多種病因引起的以胰島素抵抗(IR)及β細胞功能障礙致慢性高血糖為主要表現(xiàn)的臨床綜合征。氧化應激則是指氧自由基生成過多和(或)細胞內抗氧化防御系統(tǒng)受損，導致氧自由基及相關代謝產(chǎn)物過量聚集，從而造成細胞加速凋亡及組織損傷的病理狀態(tài)。在機體內，持續(xù)性高血糖誘導機體產(chǎn)生過多的活性氧自由基(ROS)可抑制胰島素信號通路〔1〕，加重氧化應激，導致IR，并引起β細胞死亡、組織炎癥損傷。Nrf2是新近發(fā)現(xiàn)的一種核轉錄因子，其主要以kelch樣環(huán)氧氯丙烷相關蛋白(Keap)1-Nrf2-抗氧化反應元件(ARE)信號通路介導發(fā)揮抗氧化應激損傷的作用，目前被認為是細胞抗氧化機制中最重要的通路，并在IR中扮演重要角色，本文就Keap1-Nrf2-ARE與IR的進展與關系作一綜述。

1 Nrf2/ARE通路的概述

1.1 Nrf2/ARE通路的分子結構 Nrf2是 cap'n'collar(CNC)轉錄因子家族成員，具有高度保守的堿性亮氨酸拉鏈結構，含有6個高度保守的結構域，Nrf2高表達于腎、肝等器官，同時也表達于皮膚、消化道及肺〔2〕。Keap1是一個多肽結構，含627個氨基酸殘基，其中的半胱氨酸殘基可以感受氧化應激的產(chǎn)生，對ROS和親電子試劑具有良好的敏感性。在一般情況時，Nrf2與Keap1耦聯(lián)，與肌動蛋白相結合穩(wěn)定于胞質中，并受Keap1的負性調控，當受到氧化應激損傷刺激時，Keap1的半胱氨酸殘基被修飾，改變構象導致Nrf2釋放出來，進入細胞核中，通過與ARE相互作用，調節(jié)抗氧化蛋白和Ⅱ相解毒酶等靶基因的表達〔3〕，包括血紅素氧化酶(HO)-1、超氧化物歧化酶(SOD)、還原型谷胱甘肽(GSH)、過氧化氫酶(CAT)，以維持細胞穩(wěn)態(tài)及降低氧化應激損傷、抗炎癥作用等。

1.2 Nrf2/ARE通路的功能 Nrf2/ARE信號通路的功能作用主要體現(xiàn)在對機體抗氧化應激、抗炎癥反應等方面。氧化應激物質所致的細胞毒性損傷、炎癥反應加重與Nfr2表達的缺失或激活障礙密切相關。Nrf2/ARE通路激活,進一步表達各種抗氧化酶及解毒酶，SOD就是其中一種重要的抗氧化酶，當SOD在機體高表達時可以抑制氧化應激引起的細胞死亡和組織損傷。Zhao等〔4〕在對比觀察丹皮酚預處理以減輕腦缺血損傷小鼠時發(fā)現(xiàn)，通過上調Nrf2蛋白的表達，小鼠血清中SOD明顯升高，脂質過氧化產(chǎn)物降低，小鼠神經(jīng)功能障礙明顯改善，腦梗死面積減少，腦水腫減輕，說明Nrf2通路上調了抗氧化酶的表達以減輕氧化應激損傷。由于持續(xù)氧化應激刺激，如血循環(huán)中慢性高血糖、高血脂的長期作用可直接導致血管內皮損傷，引起機體慢性炎癥反應，而通過激活Nrf2通路可逆轉氧化應激所致炎性損傷。Boyanapalli等〔5〕建立了Nrf2+/+與Nrf2-/-的小鼠模型，并用脂多糖飲食長期飼養(yǎng)后檢測炎癥指標，如環(huán)氧合酶(COX)-2,誘導型一氧化氮合酶(iNOS),白細胞介素(IL)-6和腫瘤壞死因子(TNF)-α，結果兩組小鼠血清中的炎性指標均明顯升高，提示長期脂多糖飲食刺激導致小鼠炎癥損傷，而在應用Nrf2激活劑后僅Nrf2+/+小鼠的炎癥指標較前下降，說明Nrf2通路激活可通過抑制COX-2、iNOS、 IL-6和 TNF-α等炎癥因子的分泌，達到減輕炎癥反應的作用。

2 IR的相關機制

2.1 概述 IR是指各種原因使胰島素促進葡萄糖攝取和利用效率下降的一種病理生理狀態(tài)，是DM發(fā)病的重要機制。生理狀態(tài)下，胰島素發(fā)揮作用依賴于胰島素與其細胞膜受體結合和結合后完整的信號傳導。胰島素受體(InR)的信號轉導主要經(jīng)過磷脂酰肌醇3激酶(PI3K)通路和絲裂原活化蛋白激酶(MAPKs)依賴的通路，其中InR底物(IRS)1和IRS2與InR相結合后使得PI3K與IRS上磷酸化的酪氨酸殘基相互作用，并激活蛋白激酶B(Akt)→叉頭轉錄因子(FOXO)1途徑，調節(jié)肌肉和脂肪細胞內的胰島素敏感性葡萄糖轉運體(Glut4)的轉位〔6，7〕，促進葡萄糖利用。其間，胰島素信號轉導過程中各個階段出現(xiàn)缺陷就會干擾胰島素發(fā)揮作用，降低胰島素敏感性而誘發(fā)IR。

IR的發(fā)生與氧化應激、脂肪因子及受體缺陷等因素的作用密切相關。持續(xù)ROS刺激并進入到機體組織細胞而加重的氧化應激是IR發(fā)生的關鍵機制。另外，因機體脂肪細胞增殖、分化失常分泌的脂肪因子，可引起機體IR和高胰島素血癥的發(fā)生，成為DM及肥胖癥中IR的發(fā)病機制之一。而受體缺陷一直是IR發(fā)生的原因，多種受體后信號通路和干預靶點成為近年研究IR的熱點。作為內源性抗氧化系統(tǒng)中重要組成部分，Nrf2/ARE通路通過其抗氧化應激損傷和抗氧化還原、抗炎癥等保護防御作用與IR的發(fā)病機制緊密相連，在IR機制研究中引起了廣泛關注。

2.2 Nrf2/ARE通路與氧化應激 氧化應激在大量研究中被提出是IR的重要機制。Archuleta等〔8〕在研究不同劑量氧化劑對體外培養(yǎng)大鼠骨骼肌細胞IR影響時發(fā)現(xiàn)，氧化應激可致AKT磷酸化水平下調，IRS的絲氨酸磷酸化增多，最終導致胰島素信號通路受損，葡萄糖轉運能力及活性降低，大鼠肌細胞產(chǎn)生IR，說明持續(xù)氧化應激損傷可導致IR的發(fā)生。還有學者將綠茶中的兒茶素應用于高脂飲食誘導的肥胖大鼠得出，兒茶素能顯著降低受試動物的血糖水平，并通過清除ROS減輕氧化應激損傷，提高胰島素敏感性，從而改善IR〔9〕。

核轉錄因子(NF)-κB通路是現(xiàn)如今研究較熱的炎癥通路之一，它不僅控制著機體免疫和炎性反應,亦是氧化應激的一個重要細胞內靶點,氧化應激和炎性反應通過IKB激酶(IKK)/NF-κB途徑發(fā)生眾多交匯〔10〕。實驗證明，IKK/NF-κB通路的激活可引起脂肪組織、肝臟乃至下丘腦部位的代謝紊亂及炎癥反應，并導致嚴重的外周及中樞IR〔11〕。倪陣〔12〕通過誘導Nrf2-/-小鼠為非酒精脂肪性肝炎(NASH)模型成功后觀察2 w發(fā)現(xiàn)，小鼠出現(xiàn)明顯IR，且小鼠肝臟組織中NF-κB、IL-1β、TNF-α、COX-2、內皮型一氧化氮合酶(eNOS)等表達顯著增高，說明敲除轉錄因子Nrf2可以使高脂飲食誘導下的小鼠肝臟IR、氧化應激損傷加重，而其機制極有可能與誘導 IKK/NF-κB 活化有關。趙曙光等〔13〕在進行體外培養(yǎng)人肝細胞實驗中，利用葡萄糖氧化酶誘導肝細胞氧化應激損傷后，予以姜黃素激活Nrf2表達，結果發(fā)現(xiàn)具有抗氧化功能的Ⅱ相解毒酶如GSH合成增加，ROS生成減少，肝細胞IR程度減輕，提示Nrf2信號通路的激活可改善氧化應激誘導的IR。但Meakin等〔14〕研究發(fā)現(xiàn)高脂飲食飼養(yǎng)的 Nrf2-/-小鼠表現(xiàn)出比同樣高脂飲食飼養(yǎng)Nrf2+/+小鼠更強的抗氧化應激能力及胰島素敏感性。其原因可能是因為胰島素信號傳導過程中因過氧化氫(H2O2)水平增加而激活的抗氧化能力，通過增加蛋白酪氨酸磷酸酶的滅活而拮抗胰島素信號受損引起的〔15〕。目前關于Nrf2通路與氧化應激及IR的臨床研究較少。有學者在研究氧化應激與慢性腎臟病(CKD)患者的關系時，分別在健康受試者和CKD患者外周血細胞中利用免疫印跡分析法得出Nrf2蛋白的表達，結果發(fā)現(xiàn)CKD患者中Nrf2蛋白表達遠遠超過健康受試者，且在檢測出的脂質過氧化產(chǎn)物及SOD水平亦較對照組升高，說明CKD患者存在氧化應激損傷并與Nrf2/ARE通路密切相關〔16〕。近期，來自一項墨西哥的臨床研究發(fā)現(xiàn)，通過檢測DM及DM前期患者血中Nrf2蛋白表達、GSH、SOD、丙二醛(MDA)及相關氧化應激指標水平，得出DM患者的SOD、MDA水平較DM前期患者明顯升高，且在DM前期及DM患者血中都檢測出Nrf2蛋白的低表達，說明DM患者體內存在氧化應激，同時Nrf2通路參與其中，而IR作為DM患者主要發(fā)病機制及特征，提示Nrf2信號通路也參與到了IR的發(fā)生中〔17〕。

2.3 Nrf2/ARE通路與脂肪因子 脂肪因子是指在正常生理情況下由脂肪細胞所分泌的一系列蛋白和激素類物質，包括脂聯(lián)素、抵抗素、TNF-α、瘦素和IL-6、IL-8、IL-10等。脂聯(lián)素是由成熟脂肪細胞分泌，與內臟脂肪組織IR抗密切相關，同時它也是過氧化物酶增殖體激活受體(PPAR)γ的重要激動因子，是目前已知具有增強胰島素敏感性作用最強的脂肪因子〔18〕。抵抗素能通過促進細胞因子信號轉導抑制子(SOCS)-3的表達并增加它與IRS競爭性結合，使磷酸化的酪氨酸殘基水平降低、PI3K及Akt激活減少等，阻斷了胰島素信號轉導，減少了脂肪細胞中胰島素的利用，使脂肪細胞內游離脂肪酸含量明顯增加，最終引起高胰島素血癥進而導致IR〔19〕。還有脂肪因子如TNF-α和IL-6可以直接干擾 IRS1/PI3K/Akt 胰島素信號通路而導致IR的發(fā)生〔20〕。Xu等〔21〕研究證實，誘導 Nrf2 激活可阻斷脂肪堆積、分化，抑制脂肪因子的分泌。還有國外學者在治療肥胖及肥胖相關代謝疾病中，發(fā)現(xiàn)姜黃素通過激活Nrf2通路抑制NF-κB 的信號轉導，從而導致脂肪細胞因子的下調，包括TNF-α、IL-6、抵抗素、瘦素和單核細胞趨化蛋白-1，并上調了脂聯(lián)素等基因產(chǎn)物〔22〕，說明Nrf2通路的激活可直接調節(jié)脂肪因子的分泌，并可通過影響脂肪因子的生理作用改善IR。

2.4 Nrf2/ARE通路與受體缺陷 一直以來，受體缺陷都是IR發(fā)病機制的中心環(huán)節(jié)，它表現(xiàn)為受體功能與結構的異常，主要包括InR數(shù)目減少及親和力下降導致與胰島素結合減少、InR抗體的形成等〔23〕。研究表明，氧化應激持續(xù)刺激可以誘導胰島素轉導過程中多種激酶活化，如蛋白激酶C、蛋白激酶K等，從而抑制IRS的正常酪氨酸磷酸化，降低IRS與InR的結合力，并減弱IRS激活其下游PI3K的磷酸化，阻礙胰島素信號向下游的傳遞〔24〕，因此可以得出氧化應激參與了IR作用過程，長時間的氧化應激損傷甚至可以導致InR缺陷并阻斷正常胰島素信號傳導。而Nrf2/ARE通路本身具有抗氧化應激作用，推測Nrf2/ARE通路可能通過該效用發(fā)揮減輕IR氧化應激損傷及促進胰島素信號轉導的作用，但有關受體缺陷與Nrf2/ARE通路直接關系的研究尚未見報道。

綜上，Keap1-Nrf2-ARE通路成為DM、肥胖等代謝性疾病研究領域的熱點。通過激活Nrf2-ARE通路，可以減少高血糖、高血脂等引起的氧化應激和炎癥反應損傷、ROS生成過多而導致的IR及胰島β細胞功能障礙。目前為止，關于Keap1-Nrf2-ARE通路的研究還大部分集中在細胞及動物實驗，Nrf2的持續(xù)表達與激活是否又會對機體產(chǎn)生不利影響，Nrf2/ARE通路激活后通過上調Nrf2的表達極有可能為改善IR、保護T2DM胰島β細胞功能提供新的治療靶點。

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〔2015-12-05修回〕

(編輯 苑云杰/王一涵)

萬 沁(1971-)，女，教授，碩士生導師，碩士，主要從事糖尿病大血管并發(fā)癥研究。

曾 越(1989-)，女，在讀碩士，主要從事糖尿病大血管并發(fā)癥研究。

R587

A

1005-9202(2017)04-1009-03；

10.3969/j.issn.1005-9202.2017.04.102