Nrf2/HO-1信號(hào)通路與缺血再灌注損傷的研究進(jìn)展

高 原，于文慧，張美君，王繼雪，趙 鋼

隨著各種醫(yī)療手段的建立和推廣應(yīng)用，許多組織器官缺血后可以重新得到血液再灌注，但在某些情況下血流恢復(fù)時(shí)能導(dǎo)致更嚴(yán)重的功能障礙，甚至發(fā)生不可逆性損傷的現(xiàn)象，這種現(xiàn)象被稱(chēng)為缺血再灌注損傷（ischemia reperfusion injury，IRI）。多項(xiàng)研究表明，核因子E2相關(guān)因 子 2（nuclear factor erythroid 2-related factor-2，Nrf2）/血紅素加氧酶1（Hemeoxygenase-1，HO-1）、磷脂酰肌醇3-激酶 /蛋白激酶B（PI3K/Akt）、Wnt/β-catenin、Notch等信號(hào)通路均能作用于缺血再灌注過(guò)程并且相互影響[1-4]。其中，Nrf2/HO-1作為一條經(jīng)典的抗氧化通路一直備受?chē)?guó)內(nèi)外專(zhuān)家學(xué)者的關(guān)注，其主要作用是調(diào)控抗氧化酶系的表達(dá)[5]。研究顯示，在缺血再灌注早期Nrf2/HO-1通路即被激活，機(jī)體通過(guò)其誘導(dǎo)啟動(dòng)細(xì)胞抑制氧化應(yīng)激，發(fā)揮抗凋亡、抗炎、抗氧化等作用，從而減輕IRI[6]。本文就Nrf2/HO-1信號(hào)通路在IRI中所起的作用進(jìn)行綜述。

1 Nrf2/HO-1信號(hào)通路

Nrf2是機(jī)體內(nèi)一個(gè)關(guān)鍵的抗氧化核轉(zhuǎn)錄因子，參與多種細(xì)胞內(nèi)防御機(jī)制相關(guān)的信號(hào)傳導(dǎo)，其抗氧化的核心作用經(jīng)大量實(shí)驗(yàn)研究證實(shí)并被學(xué)術(shù)界認(rèn)可[7]。在正常生理狀態(tài)下，Nrf2定位于細(xì)胞質(zhì)中，與Kelch樣環(huán)氧氯丙烷相關(guān)蛋白 1（Kelch-like ECH-associated protein1，Keap1）相結(jié)合，二者處于穩(wěn)定狀態(tài)。當(dāng)氧化應(yīng)激損傷或有外來(lái)刺激時(shí)，Nrf2與Keap1迅速解離，轉(zhuǎn)位至細(xì)胞核內(nèi)與抗氧化反應(yīng)元件（antioxidant responseelement，ARE）區(qū)域綁定結(jié)合并相互作用，啟動(dòng)下游抗氧化應(yīng)激相關(guān)基因的轉(zhuǎn)錄[8]。通過(guò)藥物等干預(yù)處理可以上調(diào)Nrf2含量并誘導(dǎo)其下游調(diào)控的多種抗氧化酶及解毒酶表達(dá)，從而恢復(fù)細(xì)胞內(nèi)的氧化還原平衡狀態(tài)，發(fā)揮內(nèi)源 性細(xì)胞保護(hù)作用[9]。

HO-1是受Nrf2信號(hào)路徑調(diào)節(jié)的下游信號(hào)蛋白，也是重要的保護(hù)性抗氧化酶，具有抗氧化、擴(kuò)血管、改善組織微循環(huán)、抑制細(xì)胞凋亡及抗炎等多種生物學(xué)功能，能夠調(diào)節(jié)并參與機(jī)體IRI中抗氧化應(yīng)激、抗炎及抗凋亡的過(guò)程[10-11]。正常情況下，HO-1的表達(dá)與活力較低，當(dāng)組織細(xì)胞受到缺血等刺激而處于應(yīng)激狀態(tài)時(shí)，HO-1可通過(guò)Nrf2調(diào)控進(jìn)行應(yīng)答，表達(dá)量迅速上升，表現(xiàn)出明顯的抗氧化作用[12]。HO-1廣泛參與到組織器官的抗氧化應(yīng)激損傷過(guò)程中，是一個(gè)在氧化應(yīng)激早期發(fā)揮抗氧化反應(yīng)的細(xì)胞保護(hù)蛋白，可被缺氧、缺血再灌注、內(nèi)毒素、炎癥反應(yīng)等因素誘導(dǎo)[13]。

2 Nrf2/HO-1通路在IRI中的作用

2.1 抗氧化作用 氧化應(yīng)激在IRI有關(guān)細(xì)胞信號(hào)和體內(nèi)平衡中扮演著關(guān)鍵作用。活性氧簇（Reactive oxygen species，ROS）是從氧氣衍生出來(lái)的分子，在IRI過(guò)程中過(guò)量的ROS極易作用于不飽和脂肪酸發(fā)生過(guò)氧化反應(yīng)，是IRI發(fā)生機(jī)制中的主要促成因素[14]，因此，抑制ROS的產(chǎn)生或清除ROS可以成為治療IRI的策略。研究表明，氧自由基通過(guò)促分裂原活化的蛋白激酶途徑使Nrf2磷酸化，啟動(dòng)HO-1基因轉(zhuǎn)錄，誘導(dǎo)多種內(nèi)源性抗氧化酶的產(chǎn)生，從而減少或清除氧自由基，維持細(xì)胞內(nèi)氧化還原平衡狀態(tài)[15]。Yun等[16]用HO-1誘導(dǎo)劑和抑制劑預(yù)處理大鼠來(lái)探討內(nèi)源性HO-1的表達(dá)過(guò)程以及其在肝臟IRI中的作用，結(jié)果表明過(guò)表達(dá)HO-1通過(guò)調(diào)節(jié)氧化應(yīng)激和促炎介質(zhì)來(lái)保護(hù)肝臟免受IRI。

2.2 抗炎作用 炎癥反應(yīng)主要涉及了中性粒細(xì)胞浸潤(rùn)和炎性因子釋放，是IRI發(fā)展中的關(guān)鍵步驟，激活Nrf2/HO-1途徑能減輕組織或器官I(mǎi)RI及炎癥反應(yīng)。Qiu等[17]報(bào)道了促消退介質(zhì)maresin1在控制炎癥和氧化應(yīng)激過(guò)程中發(fā)揮著重要作用，研究結(jié)果表明小鼠缺血再灌注后組織學(xué)切片可觀察到明顯的腎損傷，且血漿中血尿素氮和肌酐濃度升高、炎癥因子生成增多、脂質(zhì)過(guò)氧化產(chǎn)物的水平升高，而maresin1可以減輕缺血再灌注引起的腎臟損傷，其作用是通過(guò)抑制Toll樣受體4（Toll-like receptor4，TLR4）/MAPK/NF-κB信號(hào)通路介導(dǎo)炎癥因子的產(chǎn)生以及通過(guò)激活Nrf2途徑增強(qiáng)抗氧化作用來(lái)實(shí)現(xiàn)的。Hou等[18]發(fā)現(xiàn)NOD樣受體蛋白3（NOD-like receptor protein 3，NLRP3）炎性復(fù)合體的活化在腦IRI的炎癥損傷中起重要作用，Nrf2通過(guò)調(diào)控硫氧還蛋白/硫氧還蛋白結(jié)合蛋白復(fù)合物抑制NLRP3炎性復(fù)合體的激活，從而起到減輕腦IRI和保護(hù)神經(jīng)的作用。

2.3 抑制細(xì)胞凋亡 細(xì)胞凋亡是一種程序性的細(xì)胞死亡，機(jī)體發(fā)生IRI后，正常的細(xì)胞凋亡程序會(huì)被破壞，凋亡基因在細(xì)胞核內(nèi)高表達(dá)，導(dǎo)致大量細(xì)胞發(fā)生凋亡。Lu等[19]報(bào)道了青蒿琥酯可顯著抑制促凋亡因子caspase-3活性，降低Bax/Bcl-2蛋白表達(dá)比例，上調(diào)抗凋亡轉(zhuǎn)錄因子Nrf2的表達(dá)，能減少腦IRI小鼠的腦梗死體積，促進(jìn)神經(jīng)功能的恢復(fù)，其機(jī)制與激活Nrf2和下調(diào)小鼠ROS依賴(lài)的p38絲裂原活化蛋白激酶（p38MAPK）通路有關(guān)。Wang等[20]通過(guò)給大腦中動(dòng)脈阻塞模型大鼠靜脈注射 新橙皮苷（Neohesperidin，NH），發(fā)現(xiàn)NH能夠抑制細(xì)胞凋亡和氧化應(yīng)激，對(duì)大鼠腦IRI具有神經(jīng)保護(hù)作用，且NH處理以濃度依賴(lài)的方式上調(diào)Nrf2和HO-1的表達(dá)，其減輕腦IRI的作用機(jī)制可能與激活A(yù)kt/Nrf2/HO-1通路密切相關(guān)。

3 Nrf2/HO-1通路與組織器官I(mǎi)RI

3.1 Nrf2/HO-1與肢體IRI 袁培根等[21]研究結(jié)果表明，Nrf2蛋白存在于大鼠的骨骼肌中，右美托咪定可以通過(guò)α2受體上調(diào)Nrf2/ARE通路，使HO-1等基因表達(dá)增加，起到抗氧化的作用。IRI發(fā)生后，損傷性刺激并非只局限于肢體，對(duì)遠(yuǎn)隔臟器也能造成傷害，嚴(yán)重的IRI甚至可以誘發(fā)急性肺損傷。李艷艷等[22]經(jīng)大鼠肢體缺血再灌注后肺損傷實(shí)驗(yàn)探討B(tài)TB-CNC異體同源體1（BTB and CNC homology 1，Bach1）/Nrf2通路調(diào)控HO-1的作用機(jī)制，結(jié)果提示HO-1與Nrf2呈顯著正相關(guān)，與Bach1呈顯著負(fù)相關(guān)，表明HO-1的表達(dá)可能受Bach1/Nrf2通路的調(diào)控，Nrf2能夠上調(diào)HO-1的表達(dá)。

3.2 Nrf2/HO-1與腦IRI 作為一種保護(hù)性應(yīng)激反應(yīng)，腦IRI急性期Nrf2的表達(dá)可迅速升高，繼而增加HO-1基因的轉(zhuǎn)錄，但這種增加持續(xù)時(shí)間短。黃娟等[23]經(jīng)研究報(bào)道，腦泰方能通過(guò)激活Keap1-Nrf2/ARE信號(hào)通路，促進(jìn)HO-1生成，發(fā)揮減輕腦IRI的作用。此外，黃小平等[24]證實(shí)黃芪甲苷可以上調(diào)Nrf2和HO-1蛋白和基因的表達(dá)，通過(guò)激活Nrf2/HO-1信號(hào)通路，增大機(jī)體清除氧自由基的能力，減輕腦組織水腫，減小腦梗死面積。

3.3 Nrf2/HO-1與心肌IRI 心肌IRI過(guò)程中心肌細(xì)胞需氧代謝被激活，誘導(dǎo)ROS大量增加，超出了內(nèi)源性抗氧化防御體系的抗氧化能力，氧氣的增加促進(jìn)ROS的產(chǎn)生，形成惡性循環(huán)。有研究顯示，機(jī)體本身具有抗氧化系統(tǒng)，即Nrf2/HO-1通路的激活在心肌IRI中有保護(hù)作用，故通過(guò)藥物作用進(jìn)而激活Nrf2可成為潛在治療心肌IRI的途徑。Guan等[25]提出中藥丹紅注射液能夠抑制大鼠心肌IRI，實(shí)驗(yàn)探討其活性成分在炎癥、氧化應(yīng)激和凋亡等多重分子機(jī)制中的潛在影響，發(fā)現(xiàn)丹紅注射液以多靶點(diǎn)的作用形式發(fā)揮抗心肌IRI的藥理機(jī)制。

3.4 Nrf2/HO-1與其他IRI 肝臟是機(jī)體重要的代謝器官，具有生物轉(zhuǎn)化和新陳代謝的作用，Zhou等[26]報(bào)道δ阿片受體激動(dòng)劑（D-Ala2-D-Leu5-enkephalin，DADLE）對(duì)肝臟IRI具有保護(hù)作用，5mg/kg濃度的DADLE可以顯著降低血清中丙氨酸轉(zhuǎn)氨酶、天冬氨酸轉(zhuǎn)氨酶和丙二醛的水平，而升高谷胱甘肽、過(guò)氧化氫酶和超氧化物歧化酶的水平，同時(shí)DADLE能夠促進(jìn)Nrf2核轉(zhuǎn)位，上調(diào)Nrf2下游因子HO-1的表達(dá)，說(shuō)明DADLE抗肝臟IRI的作用機(jī)制與Nrf2/HO-1信號(hào)通路有關(guān)。腎臟IRI可發(fā)生在腎移植以及其他腎臟手術(shù)過(guò)程中，孫倩等[27]經(jīng)實(shí)驗(yàn)探討血管緊張素-(1-7)/血管緊張素-Ⅱ[Ang-(1-7)/Ang-Ⅱ]通過(guò)調(diào)節(jié)Nrf2/HO-1通路在糖尿病腎臟IRI中的作用機(jī)制，結(jié)果表明在糖尿病早期Ang-(1-7)和Ang-Ⅱ雖可激活Nrf2/ARE通路，但不足以對(duì)抗高糖產(chǎn)生的致?lián)p傷作用，而缺血再灌注抑制了Ang-(1-7)蛋白，導(dǎo)致高濃度的Ang-Ⅱ下調(diào)了Nrf2的表達(dá)，加重腎臟損傷。Sun等[28]研究證實(shí)，腸缺血再灌注過(guò)程中有氧化應(yīng)激損傷，通過(guò)激活Nrf2-ARE信號(hào)通路可以減輕腸IRI。

4 小結(jié)

綜上所述，Nrf2/HO-1被認(rèn)為是細(xì)胞內(nèi)最重要的抗氧化應(yīng)激機(jī)制之一，大量研究證實(shí)Nrf2/HO-1途徑通過(guò)減輕氧化損傷、降低炎癥因子水平、抑制細(xì)胞凋亡等機(jī)制保護(hù)組織器官，發(fā)揮抗IRI作用。當(dāng)機(jī)體處于氧化應(yīng)激狀態(tài)時(shí)，Nrf2能夠誘導(dǎo)HO-1高效表達(dá)，保護(hù)機(jī)體免受損傷，但值得注意的是，若Nrf2活化誘導(dǎo)HO-1過(guò)度表達(dá)將加大細(xì)胞氧化應(yīng)激壓力，反而具有細(xì)胞毒性作用。如何控制Nrf2和HO-1之間抑制、激活的調(diào)控方式，保持糾正氧化、抗氧化的平衡尚需進(jìn)一步深入研究。