核转录因子Nrf2对心血管的保护作用研究进展

2014-08-15 00:45:09王志琴李家富
山东医药 2014年43期
关键词:心肌细胞内皮细胞氧化应激

王志琴,李家富,冯 健

(泸州医学院附属医院,四川泸州646000)

氧化应激是多种心血管疾病的重要发病机制之一,降低机体内的氧化应激水平,对心血管疾病的防治具有重要意义。核转录因子NF-E2相关因子2(Nrf2)属于CNC亮氨酸拉链转录激活因子家族,与家族中其他成员共有一高度保守的碱性亮氨酸拉链(bZIP)结构,含有7个高度保守的环氧氯丙烷(ECH)相关蛋白同源结构域[1]。其活性主要由抑制蛋白Keap1负性调节[2],是内源性抗氧化途径的中枢转录因子,能调节抗氧化因子的表达,可作为心血管疾病潜在的治疗靶点之一。近年来,有关Nrf2对心血管保护作用的研究比较多,现作一综述。

1 Nrf2对血管内皮细胞的保护作用

生理状态下,血管内皮细胞本身存在抗氧化机制,可以清除过多的氧自由基,维持细胞稳态,当细胞受到氧化损伤时抗氧化基因的表达代偿性上调,一定程度上拮抗氧化损伤[3,4]。研究[5]发现氧化应激时脂质过氧化、DNA氧化性损伤以及蛋白羧基化增加,谷胱苷肽过氧化物酶及氧化氢酶的活性明显降低,提示血管内皮的抗氧化防御系统被破坏。而Nrf2的激活,通过直接上调抗氧化酶等多种途径保护脉管系统。体外培养人脐带血管内皮细胞,在葡聚糖的诱导下可促进内皮细胞的增殖、血管的形成以及刺激内皮细胞分化的集落刺激因子增加,其机制是葡聚糖激活磷脂酰肌醇3-激酶/蛋白激酶 B(PI3K/Akt)、细胞外调节蛋白激酶(ERK1/2)、C-Jun氨基末端激酶(JNK)和p38通路,从而增加内皮细胞相关转录因子的表达,提示激活Nrf2可促进血管内皮细胞的增殖和血管的形成[6]。刘洪彬等[7]采用晚期糖基化终末产物(AGEs)诱导血管内皮细胞发生氧化损伤时发现,Nrf2蛋白表达和核转位代偿性增加,但不足以拮抗持续增加的活性氧(ROS)。当用莱菔硫烷(SFN)激活 Nrf2后,在AGEs作用下血管内皮细胞ROS水平明显降低,提示增强Nrf2信号通路活性,能起到拮抗AGEs诱导血管内皮细胞氧化损伤的作用。在体外培养小鼠血管内皮细胞时,加入丹酚酸B能有效抑制血小板衍生的生长因子(PDGF)诱导的内皮细胞增殖和迁移,并增加血红素氧合酶-1(HO-1)的表达,但敲除Nrf2基因后,丹酚酸B不再诱导HO-1的表达,也不能抑制PDGF诱导新生血管内膜的增生,因此认为Nrf2对HO-1的表达和诱导起至关重要的作用。Nrf2活化诱导HO-1增殖,抑制血管内皮细胞的增殖、迁移和血管炎症细胞发挥抗动脉硬化作用[8]。上述均表明Nrf2在调节内皮细胞功能方面发挥重要作用,但Nrf2在脉管系统中的作用机制有待进一步研究。

2 Nrf2对血管平滑肌细胞(VSMCs)的保护作用

氧化应激和慢性炎症可以刺激VSMCs增殖与迁移,VSMCs的增殖与迁移参与了心脏多种疾病的发生发展。VSMCs与结缔组织内的基质结合,形成平滑肌源性泡沫细胞,向血管内膜迁移,参与慢性炎症反应,纤维帽形成,促进血管粥样硬化形成。在氧化应激或内质网激动时,Nrf2的激活有利于VSMCs的存活,同时也能抑制VSMCs的增殖[9]。向H2O2诱导的VSMCs内加入 Nrf2激动剂齐墩果酸后,VSMCs活力增强,凋亡显著降低;而给予Nrf2干扰慢病毒感染VSMCs后,VSMCs凋亡明显增加,活力明显减低,其机制可能是干扰Nrf2后细胞内Ⅱ相抗氧化酶基因表达减少,降低了VSMCs抗氧化应激损伤的能力[10]。山楂酸作用于VSMCs时,HO-1表达上调,Akt的活化对山楂酸呈剂量和时间依赖性,而Akt的活化诱导Nrf2的表达,当用青霉素抑制剂抑制Akt活化后HO-1表达受到抑制,通过Akt/Nrf2/HO-1途径可以保护VSMCs免受氧化应激损害,因此 Nrf2 可保护 VSMCs[11]。

3 Nrf2在动脉粥样硬化(AS)中发挥的保护作用

炎症与氧化应激在AS斑块的形成中起重要作用。吸烟是AS发生发展的危险因素,可引起血管内皮的氧化应激损伤。有研究[12]发现,轻度吸烟(5~10支/d)时Nrf2及下游基因表达上调,但重度吸烟(25~40支/d)则抑制Nrf2的表达,其机制可能是烟雾引起大量磷脂类氧化产物产生,激活剂量依赖性NF-κB,从而抑制了Nrf2的表达。AS形成机制中,巨噬细胞通过清道夫受体(oxLDL)转变为泡沫细胞,泡沫细胞形成最早的AS脂质条纹,而脂肪细胞型脂肪酸结合蛋白(FABP4)是oxLDL诱导泡沫细胞形成的关键,多不饱和脂肪酸氧化衍生物2,4-DDE通过Akt和ERK信号传导途径,激活介导的核易位,持续增强 Nrf2的磷酸化,引起 FABP4 mRNA和蛋白质水平明显增加[13],从而抑制oxLDL诱导泡沫细胞形成,因此,激活Nrf2为AS的治疗提出了新的途径。

4 Nrf2在心脏重构中发挥的保护作用

心脏重构包括心肌细胞肥大、心肌间质细胞增殖以及心脏细胞外基质改建等,糖尿病、缺血性心肌病、高血压、各种瓣膜病等都可引起。在长期氧化应激作用下以心肌细胞肥大、心肌成纤维细胞过度增殖以及心肌细胞的凋亡为主要表现。研究[14~19]表明Nrf2调控的目的基因在心脏重构和心功能损伤方面起关键作用,Nrf2缺失或表达抑制导致心肌细胞和心肌成纤维细胞对氧化应激和氧自由基细胞毒性的易感性增加。在体外培养细胞时,给予腺病毒转染使Nrf2表达增加,心肌细胞的肥大和心肌成纤维细胞增殖受到抑制,同时心肌细胞的氧化应激损伤减少,而敲除Nrf2基因后,Nrf2表达降低,心肌细胞和心肌成纤维细胞对氧化应激的敏感性增加。动物实验[20]中敲除Nrf2基因后,血流动力学紊乱时Nrf2的目的基因表达不能上移,出现氧化应激增加、心肌细胞凋亡、心肌纤维化、心肌肥厚以及心功能障碍等早期表现。使用转基因技术激活Nrf2后,可以抑制横向主动脉弓缩窄持续性压力超负荷引起的心肌氧化应激和心肌细胞凋亡、心脏纤维化、心室肥大、心功能障碍,并发现心肌细胞中自噬体的稳定性增加,自噬体量增多,泛素化蛋白聚集减低,其机制可能是通过自噬体清除心肌细胞中泛素蛋白总量[21]。多柔比星(Dox)通过氧化应激和自噬作用,导致急性和慢性心脏毒性。研究发现,腹腔注射Dox可迅速诱导心肌细胞坏死和心脏功能障碍,而Nrf2基因敲除小鼠比野生型小鼠损伤更严重。同时,在体外心肌细胞培养时,增加Nrf2的表达,可以增加模型LC3的稳定性,减轻Dox诱导的自噬体量和泛素化蛋白聚集引起的细胞损伤,而敲除Nrf2基因后作用将相反,故Nrf2通过控制氧化应激和内源性自体吞噬抑制Dox诱导的心脏毒性,在心脏重构中对心脏起保护作用[22]。

5 Nrf2在心肌缺血再灌注损伤(MIRI)中发挥的保护作用

再灌注损伤的主要诱因是缺血缺氧,包括缺血期的原发性损害和再灌注期的继发性损害,其发病机制可能与氧自由基、炎症反应、细胞凋亡、钙超载等有关。对Nrf2-ARE通路对MIRI的保护机制众说纷纭,目前最为广泛的是抗氧化应激学说。心肌组织缺血缺氧以及缺血后再灌注通过还原型辅酶Ⅱ(NADPH)、氧化酶、黄嘌呤氧化酶、中性粒细胞呼吸链氧暴发等途径代谢产生大量氧自由基,引起局部及全身的氧化应激反应。心肌局部的氧化应激可以通过多种途径诱导细胞损伤、凋亡和坏死,形成心肌的病理损伤[16]。对大鼠心肌缺氧后处理,采用Real-time PCR及Western blotting技术检测复氧末心肌细胞中的Nrf2、HO-1、硝酸还原酶、醌氧化还原酶(NQO1)、超氧化物歧化酶1(SOD1)mRNA及蛋白表达水平,发现 Nrf2及其下游 NQO1、SOD1和HO-1表达上调,Nrf2通路被激活,心肌细胞内的超微结构损伤减轻,心肌缺氧复氧损伤减轻,其机制可能是缺氧后处理激活Nrf2通路及其Ⅱ相解毒酶下游基因表达上调,Nrf2通路的激活可能与线粒体ATP敏感性钾通道开放有关,从而对抗MIRI引起的氧化损伤,减少钙超载,保护心肌[23]。细胞凋亡在心肌梗死中占重要地位,内质网应激诱导和小热体克蛋白A激活的常规线粒体(CRYAB)途径是细胞凋亡的主要途径。在动物实验中,构建心肌梗死模型后,发现线粒体凋亡增加伴随内质网诱导激活途径的激活,而CRYAB和Nrf2表达减少,并且比使用p38抑制剂更低,故认为p38的低表达促使Nrf2表达降低而促进细胞凋亡,进一步导致心肌梗死[24]。Nrf2信号通路及下级目的基因在心血管系统疾病发病机制中具有保护作用,然而其具体作用机制尚不完全清楚。

总之,核转录因子Nrf2自发现以来,其信号通路成为抗氧化应激研究领域的热点,成为多种疾病的基因治疗新靶点,大量证据证明Nrf2在心血管稳态调节中发挥着重要作用,但关于Nrf2的具体机制仍不完全清楚,对此还需要更深入的研究,以便为临床心血管疾病的治疗提供新靶点。

[1]Moi P,Chan K,Asunis I,et al.Isolation of NF-E2-related factor 2(Nrf2),a NF-E2-like basic leucine zipper transcriptional activator that binds to the tandem NF-E2/AP1 repeat of the beta-globin locus control region[J].Proc Natl Acad Sci U S A,1994,91(21):9926-9930.

[2]Tong KI,Padmanabhan B,Kobayashi A,et al.Different electrostatic potentials define ETGE and DLG motifs as hinge and latch in oxidative stress response[J].Mol Cell Biol,2007,27(21):7511-7521.

[3]Cao Z,Zhu H,Zhang L,et al.Antioxidants and phase 2 enzymes in cardiomyocytes:chemical inducibility and chemoprotection against oxidant and simulated ischemia-reperfusion in jury[J].Exp Biol Med,2006,231(8):1353-1364.

[4]Levonen AL,Vahakangas E,Koponen JK,et al.Antioxidant gene therapy for cardiovascular disease:current status and future perspectives[J].Circulation,2008,117(16):2142-2150.

[5]Dreger H,Westphal K,Wilck N,et al.Protection of vascular cells from oxidative stress by proteasome inhibition depends on Nrf2[J].Cardiovasc Res,2010,85(2):395-403.

[6]Obi S,Masuda H,Akimaru H,et al.Dextran induces differentiation of circulating endothelial progenitor cells[J].Physiol Rep,2014,2(3):e00261.

[7]刘洪彬,于世勇.Nrf2活化下调AGEs诱导的内皮细胞活性氧水平[J].重庆医学,2011,40(33):3329-3330,3334.

[8]Levonen AL,Inkala M,Heikura T,et al.Nrf2 gene transfer induces antioxidant enzymes and suppresses smooth muscle cell growth in vitro and reduces oxidative stress in rabbit aorta in vivo[J].Arteroscler Thromb Vasc Biol,2007,27(4):741-747.

[9]Lee HJ,Seo M.Salvianolic acid B inhibits atherogenesis of vascular cells through induction of Nrf2-dependent heme oxygenase-1[J].Curr Med Chem,2014,21(26):3095-3106.

[10]冯健,何国祥,刘建平,等.激动网织红核因子相关因子2对大鼠氧化应激所致血管平滑肌细胞损伤的影响[J].中华老年多器官疾病杂志,2013,12(3):226-229.

[11]Qin X1,Qiu C,Zhao L.Maslinic acid protects vascular smooth muscle cells from oxidative stress through Akt/Nrf2/HO-1 pathway[J].Mol Cell Biochem,2014,390(1-2):61-67.

[12]Garbin U,Fratta Pasini A,Stranieri C,et al.Cigarette smoking blocks the protective expression of Nrf2/ARE pathway in peripheral mononuelear cells of young heavy smokers favouring inflammation[J].PLoS One,2009,4(12):8225.

[13]Lázaro I,Ferré R,Masana L,et al.Akt and ERK/Nrf2 activation by PUFA oxidation-derived aldehydes upregulates FABP4 expression in human macrophages[J].Atherosclerosis,2013,230(2):216-222.

[14]Li XH,Li CY,Xiang ZG,et al.Allicin ameliorates cardiac hypertrophy and fibrosis through enhancing of Nrf2 antioxidant signaling pathways[J].Cardiovasc Drugs Ther,2012,26(6):457-465.

[15]Lu Z,Xu X,Zhu G,et al.Extracellular superoxide dismutase deficiency exacerbates pressure overload-induced left ventricular hypertrophy and dysfunction[J].Hypertension,2008,51(1):19-25.

[16]Kuroda J,Ago T,Matsushima S,et al.NADPH oxidase 4(Nox4)is a major source of oxidative stress in the failing heart[J].Proc Natl Acad Sci U S A,2010,107(35):15565-15570.

[17]Matsushima S,Kinugawa S,Ide T,et al.Overexpression of glutathione peroxidase attenuates myocardial remodeling and preserves diastolic function in diabetic heart[J].Am J Physiol Heart Circ Physiol,2006,291(5):2237-2245.

[18]Zhu H,Jia Z,Misra BR,et al.Nuclear factor E2-related factor 2-dependent myocardiac cytoprotection against oxidative and electrophilic stress[J].Cardiovasc Toxicol,2008,8(2):71-85.

[19]He X,Kan H,Cai L,et al.Nrf2 is critical in defense against high glucose-induced oxidative damage in cardiomyocytes[J].J Mol Cell Cardiol,2009,46(1):47-58.

[20]Li J,Ichikawa T,Villacorta L,et al.Nrf2 protects against maladaptive cardiac responses to hemodynamic stress[J].Arterioscler Thromb Vasc Biol,2009,29(11):1843-1850.

[21]Wang W,Li S,Wang H,et al.Nrf2 enhances myocardial clearance of toxic ubiquitinated proteins[J].J Mol Cell Cardiol,2014,7(72):305-315.

[22]Li S,Wang W,Niu T,et al.Nrf2 deficiency exaggerates doxorubicin-induced cardiotoxicity and cardiac dysfunction[J].Oxid Med Cell Longev,2014,5(6):748524.

[23]喻守佳,王海英,喻田,等.Nrf2-ARE通路在缺氧/吡那地尔后处理减轻大鼠心肌细胞缺氧复氧损伤中的作用[J].中国病理生理杂志,2013,29(9):1696-1699,1703.

[24] Mitra A,Ray A,Datta R,et al.Cardioprotective role of P38 MAPK during myocardial infarction via parallel activation of αcrystallin B and Nrf2[J].J Cell Physiol,2014,229(9):1272-1282.

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