Nrf2/HO-1通路与针刺对肺损伤保护作用研究进展

宫丽荣，余剑波，张　圆

Nrf2/HO-1通路与针刺对肺损伤保护作用研究进展

宫丽荣，余剑波，张圆

内毒素所致急性肺损伤是临床上常见的急危重综合征，作为全身炎症反应病理进程中的早期阶段，常发展为急性呼吸窘迫综合征，是致死的主要原因之一。因其来势凶猛、进展迅速和病死率高，一直倍受医学界关注。有内源性保护作用的Nrf2/HO-1通路可能是预防和治疗氧化应激所致疾病的重要手段和方法，具有重要的研究价值，与急性肺损伤及其他相关肺脏疾病关系密切。调控机体的内源性保护作用的Nrf2/HO-1通路，并将针刺对调动内源性保护系统的作用应用于急性肺损伤治疗，可能成为ALI肺脏保护的新手段。

Nrf2；HO-1；针刺；急性肺损伤

目前国内外对内毒素ALI尚无特殊治疗手段以改善其预后及病死率。近年来，基础或临床研究证实了针刺对肺功能有一定的保护作用，但具体机制尚不明确。有内源性保护作用的转录因子NF-E2相关因子2/血红素氧化酶-1(nuclear factor erythroid 2-related factor 2/heme oxygenase-1，Nrf2/ HO-1)通路对内毒素脏器损伤的作用目前已得到肯定。本文就Nrf2/HO-1通路与针刺对肺损伤保护作用做综述。

1　内毒素急性肺损伤

1.1概述内毒素存在于革兰阴性细菌细胞壁外膜中，脂多糖（lipopolysaccharide,LPS）为其主要成分。随着医疗水平不断提升,ALI/ARDS患者的生存率已明显改善。最新随机调查表明，由内毒素所致的ARDS病死率仍高达70%～90%[1-2]。内毒素导致的急性肺损伤（acute lung injury，ALI）发病机制复杂且迄今尚未完全阐明，目前有促炎抗炎失衡学说、氧化抗氧化失衡学说、促凝抗凝失衡学说以及蛋白酶失衡学说等。

1.2治疗在内毒素诱导的ALI治疗中，机械通气仍是目前最主要、最有效的方法。虽然目前多种肺保护性通气模式的应用使治疗效果明显改善，但长期机械通气毕竟会引起肺损伤及导致肺纤维化。随着人们对内毒素ALI发病机制的深入研究，逐渐产生了基于其发病机制相应治疗方法的研究，如调节炎性因子平衡、对抗氧化应激和凝血反应、中性粒细胞弹性蛋白酶抑制剂的应用、以内皮祖细胞和干细胞治疗为主修复受损的气血屏障等。但这些研究结果大多数是在细胞实验或者动物实验中有效，却缺乏大规模临床随机对照试验的验证，或者在临床试验中效果并不理想，有的治疗方法甚至以损害其它脏器功能为代价[1]。目前国内外对内毒素ALI尚无特殊治疗手段以改善其预后及病死率。

2　Nrf2/HO-1通路

2.1概述Nrf2是具有基本亮氨酸拉链结构的核转录因子，属于包括p45、Nrf1、Nrf2和Nrf3在内的CNC转录因子家族。被认为是CNC转录因子家族成员中活力最强的转录调节因子，主要在代谢性器官、解毒器官以及与外界相通的器官中如肝脏、肾脏、肺脏和肠等高表达。Nrf2具有维持细胞氧化-抗氧化平衡、抗炎、抑制细胞凋亡等多重生物活性。目前认为，Nrf2是细胞防御多种应激损伤的核心转录调节因子，其活性增强，细胞抗氧化、抗炎、抗理化损伤和抗癌能力增强。相反，若Nrf2缺失或活性受抑制，上述作用则显著减弱，细胞易受到氧化剂、炎性因子、理化因素和致癌物等损伤。因此，调控Nrf2可能是预防和治疗氧化应激所致疾病的重要手段和方法，具有重要的研究价值，也是目前国内外的研究热点。

2.2Nrf2生物学作用和调控在生理状态下，细胞浆中的Nrf2与胞质接头蛋白Kelch样环氧氯丙烷相关蛋白1(Kelch ECH associating protein 1，Keapl)结合形成复合物。当受到氧化应激、亲电子试剂等的刺激后，Nrf2发生磷酸化，并从Keapl蛋白上解离出来，通过活化转位进入细胞核，与伴侣蛋白小Maf蛋白形成异源二聚体，然后结合到抗氧化反应元件(antioxidant response elements，ARE)上，进而诱导ARE依赖的靶基因转录。Nrf2及其细胞质接头蛋白Keapl，是细胞抗氧化反应的中枢调节者。受Nrf2调控的靶基因主要为Ⅱ相解毒酶基因、抗氧化基因和应激基因等，它们主要包括HO-1、谷胱甘肽S-转移酶、过氧化氢酶、苯醌氧化还原酶等[3]。Nrf2通过调节这些氧化蛋白和Ⅱ相代谢酶的表达发挥其抗炎、抗氧化、抗肿瘤等广泛细胞保护功能。其中HO-1作为机体细胞的保护防线，日益受到重视。HO-1及其催化产物一氧化碳、铁及胆红素组成了机体重要的内源性保护系统，参与多种疾病的病理过程，通过抗氧化、抗炎、抗凋亡等多重机制，发挥对组织器官保护作用[4]。

在生理情况下，Keapl通过与Nrf2的Neh2区紧密结合使Nrf2以失活形式存在于胞浆中。氧化应激时，亲电子物质将Keapl半胱氨酸C273、C288氧化，两个巯基残端共价结合形成二硫化物。Keapl的这种构象变化，使Nrf2得以释放进而进行核转位。Nrf2的激活受到蛋白磷酸化作用的调控。目前认为，促分裂原活化蛋白激酶、蛋白激酶C和磷脂酰肌醇3-激酶信号转导通路均参与Nrf2核转位，其中促分裂原活化蛋白激酶的ERK、JNK亚型主要是以正性调节Nrf2磷酸化，而p38则起负性调节作用[5]。有研究表明，姜黄素是Nrf2激活的重要诱导剂[6]。不同类型诱导剂及不同类型细胞引起不同信号通路的激活，并参与Nrf2活化和转位。

2.3Nrf2/HO-1通路与肺脏疾病的关系Nrf2/HO-1通路与多种疾病的发生有密切关系。研究表明，Nrf2作为内源性抗氧化系统的关键转录调节因子，可以减弱疾病急性期的炎症反应。Nrf2基因敲除小鼠，更易发生脓毒症性腹膜炎和内毒素休克，病死率较高[7]。研究表明，Nrf2基因缺失小鼠，香烟烟雾诱导性肺气肿的发生时间较野生型小鼠明显提前。ARE介导的抗氧化/抗炎基因表达不足,支气管肺泡灌洗液中性白细胞弹性蛋白酶活性、巨噬细胞和氧化应激产物明显增加[8]。Nrf2调控的靶基因HO-1在脏器损伤中的作用，是目前国内外研究的热点课题。研究表明，缺氧、缺血再灌注损伤等因素造成肺脏、肾脏等脏器损伤中，均可见HO-1表达增多。Nrf2转基因小鼠在抵抗慢性缺氧引起的肺动脉高压和血管内皮细胞增生时会出现肺脏特异性的HO-1表达增多，并且抑制促炎细胞因子和趋化因子的产生达到抗炎作用，HO-1在肺脏的表达也能增强肺在低氧环境或者是受到内毒素侵害时的抗炎能力[9-10]。既往关于HO-1对内毒素休克机体主要脏器的影响的研究发现[11-13]。感染性休克大鼠严重低血压的形成部分原因是，由于HO-1蛋白水平上调及随后CO浓度升高。HO-1蛋白水平上调及随后CO浓度升高，可减少感染性休克大鼠的病死率。感染性休克大鼠肺脏、心脏和肾脏HO-1表达上调及随后CO增加，可能对上述脏器发挥着一定的保护作用。预注氯高铁血红素，可通过诱导感染性休克大鼠肺脏、心脏和肾脏组织内HO-1表达的增加，发挥对上述脏器的保护作用。所有的这些研究都表明，Nrf2/HO-1在保护脏器免受损伤中起到了重要作用。我们既往的研究表明，内毒素休克大鼠肺脏Nrf2/HO-1表达上调可能对肺脏发挥着一定的保护作用[14-16]。其它的研究研究也证明了这点[17-18]。

3　中医学对ALI的认识

中医学认为，ALI属于“暴喘”、“喘脱”等范畴，发病多因感受外邪(如外伤、邪毒、六淫、疠气等)所致。肺不主气是ALI发生的病理基础。肺为五脏之华盖，外合皮毛，开窍于鼻，故外邪从口鼻或皮毛而入必先伤肺。由于肺为娇脏，不耐寒热，新感外邪，则肺气郁滞，气失宣降，出现呼吸不利、胸闷咳喘等ALI症状。其病机大体概括为，一方面肺主气失职，呼吸失常，清气不入，浊气难出，化源不足，宗气无以生成，不能贯心脉、行气血，导致机体虚损。另一方面，肺失治节，通调失职，气血津液运行输布障碍，病理产物日益蓄积，导致正虚邪盛，病变恶性循环，机体内环境紊乱，全身多脏腑受累，正虚邪盛与肺不主气是ALI进一步发展的关键。因此，ALI大都首先从肺论治，不论是清热解毒、肃肺化痰，还是益气通腑、活血化瘀，均以恢复肺主呼吸、主治节、主全身之气功能为目的[19]。

早期宣肺解毒是治疗ALI的重要原则。目前中医多采用清热解毒、通腑泻下之法治疗ALI，目的是恢复肺的宣发肃降的功能。ALI的根本病机是肺失宣降、气机逆乱。因此,调理气机,恢复和维持气机升降出入的有序状态,纠正肺脏功能紊乱、宣降失司的无序状态,是治疗ALI的前提[20]。

4　针刺对ALI肺脏的保护作用

经络是机体在生理和病理情况下脏腑组织相互联系沟通的途径，是构建中医学整体观念的支柱条件之一。“腧穴”是产生一定生物反应的特定刺激部位，刺激特定部位产生的生物反应则是生命现象的一种表现形式。针灸作用有3个主要方面，即镇痛作用、免疫调节作用和对脏腑器官功能的调整作用。

针刺对ALI肺脏的保护作用属于针刺免疫调节作用和对脏腑器官功能调整作用的范畴，随着分子生物学的发展，该作用已得到肯定。蒋莉娅等[21]以“肺与大肠相表里”的理论为基础，采用针刺来干预重症急性胰腺炎早期ALI的大鼠，结果表明，在“肺与大肠相表里”理论指导下应用针刺治疗，能够对重症急性胰腺炎ALI起到明显保护作用。其作用机制可能与抑制肺泡巨噬细胞分泌TNF-α和下调一氧化氮水平有关。Sa等[22]研究表明，预防性手法针刺足三里，可减轻脂多糖诱导的大鼠ALI，其机制可能与抑制TNF-α转录和减少IL-2的产生有关。胡森等[23]研究表明，针刺足三里的抗炎和器官保护作用，可能与针刺足三里的信息上传到中枢迷走核团经整合后，通过传出迷走神经释放乙酰胆碱而发挥抗炎作用有关。胆碱能抗炎通路是针刺足三里发挥抗炎和器官保护作用的主要机制之一。我们研究发现：针刺可降低肺组织含水率、脂质过氧化程度、提高清除超氧阴离子自由基的能力及减轻炎症反应，发挥对肺组织的保护作用[24-26]。以上研究提示我们：针刺能调动机体内源性保护作用，在内毒素血症脏器损伤中具有重要的保护作用，将可能是临床上防治内毒素ALI的有效干预方法。

5　Nrf2/HO-1通路在针刺保护肺损伤中的作用

虽然目前的基础或临床研究证实了针刺对肺功能有一定的保护作用，但具体保护机制尚未完全阐明。Nrf2/HO-1通路作为机体重要的抗炎、抗氧化通路，在肺损伤中也发挥着重要的保护作用。我们从2010年始进行了一系列的研究，观察了内毒素休克ALI时Nrf2/HO-1通路在电针刺保护肺损伤中的作用及可能的机制。研究表明：电针足三里、肺腧穴可通过上调ALI兔肺脏HO-1的表达而发挥抗炎、抗氧化及抗细胞凋亡的作用，其可能的信号通路包括ERK1/2、AP-1、p38MAPK、NF-κB及Nrf2等[27-29]；进一步的研究又表明针刺足三里、肺腧穴能显著上调ALI兔肺脏Nrf2表达，进而通过上调HO-1、SOD、CAT及 GPx，同时下调MDA、TNF-a及IL-6发挥肺保护作用[25，30]。这些研究表明，Nrf2/ HO-1通路作为机体细胞的保护防线，在针刺保护肺损伤中起到了重要作用。但是，针刺保护肺损伤中，调控Nrf2/HO-1通路的上游分子机制及Nrf2/HO-1通路作用的其它具体机制还有待进一步研究。

6　展望

有内源性保护作用的Nrf2/HO-1通路，对内毒素脏器损伤的治疗作用目前已引起了高度重视。调控机体的内源性保护Nrf2/HO-1通路，并将针刺能调动内源性保护系统的作用应用于内毒素损伤肺脏治疗，可能成为ALI肺脏保护的新手段。

[1]Dushianthan A,Grocott M,D Postle A,et al.Acute respiratory dis⁃tress syndrome and acute lung injury[J].Postgrad Med J,2011,87 (1031):612-622.

[2]Christian P,Nils T,Jörg Z,et al.Meta-analysis:Ventilation Strate⁃gies and Outcomes of the Acute Respiratory Distress Syndrome and Acute Lung Injury[J].Ann Intern Med，2010,151(8):566-576.

[3]Alessio A,Salil S,Richard C,et al.Targeting the Nrf2–Keap1 an⁃tioxidant defence pathway for neurovascular protection in stroke [J].J Physiol,2011,589(7):4125-4136.

[4]Peter A,Hosick,David E.Heme oxygenase,a novel target for the treatment of hypertension and obesity[J].Am J Physiol Regulatory Integrative Comp Physiol,2012,302(2):R207-R214.

[5]Truyen N,Paul N,Cecil B.The Nrf2-Antioxidant Response Ele⁃ ment Signaling Pathway and Its Activation by Oxidative Stress[J]. J Biol Chem,2009，284(20):13291-13295.

[6]Zhao SG,Li Q,Liu ZX,et al.Curcumin Attenuates Insulin Resis⁃tance in Hepatocytes by Inducing Nrf2 Nuclear Translocation[J]. Hepatogastroenterology,2011，58(112):2106-2111.

[7]Kawachi Y,Xu X,Taguchi S,et al.Attenuation of UVB-induced sunburn reaction and oxidative DNA damage with no alterations in UVB-induced skin carcinogenesis in Nrf2 gene-deficient mice[J]. J Invest Dermatol，2011,128(7):1773-1779.

[8]Malhotra D,Thimmulappa R,Navas Acien A,et al.Decline in Nrf2 regulated antioxidant s in chronic obst ructive pulmonary dis⁃ease lungs due to loss of it s positive regulator,DJ-1[J].AM J Respir Crit Care Med,2010,178(6):592-604.

[9]Peng TC,Jan WC,Tsai PS,et al.Heme Oxygenase-1 Mediates the Protective Effects of Ischemic Preconditioning on Mitigating Lung Injury Induced by Lower Limb Ischemia-Reperfusion in Rats[J].J Surg Res,2011,167(2):e245-253.

[10]Salahudeen AK,Yang M,Huang H,et al.Fenoldopam precondition⁃ing:role of heme oxygenase-1 in protecting human tubular cells and rodent kidneys against cold-hypoxic injury[J].Transplanta⁃tion,2011,91(2):176-182.

[11]Jianbo Y,Shuan D,Xiaoqing L,et al.Role of HO-1 in protective effect of electro-acupuncture against endotoxin shock-induced acute lung injury in rabbits[J].Exp Biol Med,2013,238(6):705-712.

[12]Yu JB,Yao SL.Effect of heme oxygenase-endogenous carbon mon⁃oxide on mortality during septic shock in rats[J].Ir J Med Sci, 2009，178(4):491-496.

[13]Yu JB,Zhou F,Yao SL,et al.Effect of heme oxygenase-1 on the kidney during septic shock in rats[J].Transl Res,2009,153(6): 283-287.

[14]马冬梅，宫丽荣，余剑波，等.环腺苷酸-蛋白激酶A在大鼠内毒素性急性肺损伤时血红素加氧酶-1表达上调中的作用[J].中华麻醉学杂志，2012,32（10）：1167-1170.

[15]吴丽丽，余剑波，宫丽荣，等.活化蛋白-1在大鼠内毒素性肺损伤时血红素加氧酶-1上调中的作用[J].中华麻醉学杂志，2012,32 (9):1146-1149.

[16]郑丹，余剑波，宫丽荣，等.Nrf2-ARE通路与内毒素休克诱发兔急性肺损伤的关系[J].中华麻醉学杂志，2014，34（3）：334-337.

[17]Yin H,Li X,Gong Q,et al.Heme oxygenase-1 upregulation im⁃proves lipopolysaccharide-induced acute lung injury involving sup⁃pression of macrophage migration inhibitory factor[J].Mol Immu⁃nol,2010，47(15):2443-2449.

[18]Wang M,He J,Mei B,et al.Therapeutic effects and anti-inflam⁃matory mechanisms of heparin on acute lung injury in rabbits[J]. Acad Emerg Med,2008，15(7):656-663.

[19]肖光华,吴敏,宓越群.ALI中医病机及治法探讨[J].上海中医药杂志,2008,42(10):80-82.

[20]金星,郑丰杰.ALI中医学发病机制及治疗思路探讨[J].中医药临床杂志,2008,20(1):76-77.

[21]蒋莉娅,黄继人,赵弘卿,等.“肺与大肠相表里”在针刺治疗重症急性胰腺炎大鼠早期ALI中应用的实验研究[J].中国中医基础医学杂志,2011,17(11):1245-1247.

[22]Sa F,Januario G,Tatiana P,et al.Prophylactic effects of short-term acupuncture on Zusanli(ST36)in Wistar rats with lipo⁃polysaccharide-induced acute lung injury[J].Journalof Chinese Integrative Medicine,2009,7(10):969-975.

[23]胡森,宋琪,王磊,等.针刺兴奋胆碱能抗炎通路对内毒素引起的细胞因子释放和脏器功能损害作用研究[J].中国中西医结合急救杂志,2008,15(4):205-208.

[24]Yu JB,Dong SA,Luo XQ,et al.Role of HO-1 in protective effect of electro-acupuncture against endotoxin shock-induced acute lung injury in rabbits[J].Experimental Biology and Medicine,2013, 238:705-712.

[25]Yu JB,Shi J,Gong LR，et al.Role of Nrf2/ARE pathway in protec⁃tive effect of electroacupuncture against endotoxic shock-induced acute lung injury in rabbits[J].PLOS ONE,2014,9(8):e104924.

[26]Zhang Y,Yu JB,Luo XQ,et al.Effect of ERK1/2 signaling path⁃way in electroacupuncture mediated up-regulation of heme oxygen⁃ ase-1 in lungs of rabbits with endotoxic shock[J].Med Sci Monit, 2014,20(8):1452-1460.

[27]宫丽荣，余剑波，徐妍，等.活化蛋白-1在电针上调内毒素休克兔肺组织HO-1表达中的作用[J].中华麻醉学杂志，2014,34(3): 348-352.

[28]张桂诚,余剑波,宫丽荣,等.p38MAPK丝裂原活化蛋白激酶通路在电针减轻兔内毒素休克诱发急性肺损伤中的作用[J].中华麻醉学杂志,2013,33(8):989-992.

[29]张圆,余剑波,宫丽荣,等.NF-κB在电针上调内毒素休克性急性肺损伤兔血红素氧合酶-1表达中的作用[J].中华麻醉学杂志, 2013,33(8):1007-1011.

[30]史佳，余剑波，宫丽荣，等.电针减轻内毒素休克诱发急性肺损伤的机制：与Nrf2/ARE通路的关系[J].中华麻醉学杂志，2014，34（7）：843-847.

（收稿：2014-12-28修回：2015-08-22）

（责任编辑李文硕）

R655.3

A

1007-6948(2015)05-0525-04

10.3969/j.issn.1007-6948.2015.05.028

国家自然科学基金（81372096）

天津市南开医院麻醉科（天津 300100）

余剑波,E-mail：jianboyu99@sina.com