Nrf2在缺血再灌注损伤中作用的研究进展

高健刚,李奎,侯四川

(1 青岛市市立医院泌尿外科,山东 青岛 266011； 2 禹城市人民医院)



Nrf2在缺血再灌注损伤中作用的研究进展

高健刚1,李奎2,侯四川1

(1 青岛市市立医院泌尿外科,山东 青岛 266011； 2 禹城市人民医院)

自由基引起的氧化应激是器官缺血再灌注损伤(IRI)的重要机制之一，核因子E2相关因子2(Nrf2) 可调节下游多种抗氧化酶的表达，在机体抗氧化应激过程中起着关键作用。近年来研究显示，Nrf2的激活可减轻器官IRI，本文就其在器官IRI中的作用进行综述。

再灌注损伤；核因子E2相关因子2；活性氧；综述

缺血后再灌注的作用具有两面性，缺血后的器官与组织在再灌注后具有修复损伤、恢复功能，但同时再灌注也可造成再灌注损伤。缺血再灌注损伤(IRI)是临床研究的重要课题，再灌注损伤可以发生在机体的各种器官。已有研究结果表明，IRI与氧自由基生成过多、细胞内钙超载、中性粒细胞浸润、内皮细胞的激活释放、微循环障碍等密切相关。再灌注损伤的机制尚未完全阐明，但自由基导致的氧化应激在其中的作用已经得到普遍共识。核因子E2相关因子2(Nrf2)是近年来发现的一种对氧化应激非常敏感的转录因子，在机体抗氧化应激过程中起着关键作用[1]。它与胞浆蛋白伴侣分子Keap1及抗氧化反应序列元件(ARE)共同组成Keap1-Nrf2-ARE通路，对机体多种抗氧化酶的表达进行调控。由于Nrf2在机体抗氧化应激的过程中扮演核心角色，近年来对其在器官IRI中作用的研究越来越多。本文对Nrf2在IRI中的作用研究进展综述如下。

1 Nrf2的基本结构及功能

Nrf2是CNC转录因子家族成员之一。Nrf2含有6个相对保守的结构域，依次被命名为Neh 1～6。Neh1与Neh2分别位于Nrf2的C-端及N-端，Neh1含有一个特征性的亮氨酸拉链(bZIP)结构，Nrf2通过此结构与核内的Maf蛋白等结合形成二聚体。Neh2结构域则与Nrf2的抑制蛋白Keap1结合，介导Nrf2的泛素化及26S蛋白酶体的降解[2]。Neh4、Neh5位于Neh1和Neh2结构域之间，这两个结构域是CREB结合蛋白(CBP)的结合部位，CBP在此处结合后参与激活下游靶基因的转录活性[3]。Neh3结构域同样位于羧基端，它可维持Nrf2的转录活性[4]。Neh6结构域可能参与氧化应激状态下Nrf2的降解。

在生理状态下，Nrf2定位于细胞质中，与抑制蛋白Keap1以二聚体的形式结合并发生泛素化继而被26S蛋白酶体降解，故在静息状态下，Nrf2处于一种结合且不断被降解的非活性状态。当氧化应激发生时，Nrf2与Keap1解离并转位入核[5]，其半衰期也明显延长。转位入核的Nrf2与Maf蛋白等[6]形成杂合二聚体，杂合二聚体与抗氧化反应元

件ARE结合，进而激活下游多种抗氧化基因的表达，从而增强细胞抗氧化应激能力。Nrf2调控表达的基因超过200种，其中抗氧化蛋白包括血红素加氧酶-1(HO-1)、γ-谷氨酰半胱氨酸合成酶(γ-GCS)、醌氧化还原酶(NQO1)、谷胱甘肽-S-转移酶(GST)、谷胱甘肽合成酶等[7]。

2 Nrf2-ARE通路的激活机制

Nrf2-ARE通路的激活机制尚未完全阐明，但目前研究现状可总结为以下几个方面。①亲电物质的直接攻击：亲核物质或ROS对Keap1的半胱氨酸残基进行修饰，引起Keap1的构象变化，从而导致Nrf2与Keap1解偶联，由胞浆转入细胞核中与ARE结合。②Nrf2的磷酸化：多种蛋白激酶可催化Nrf2上的丝氨酸与苏氨酸磷酸化，导致Nrf2构象改变，进而使其与Keap1解偶联[8]由胞质转入细胞核。由酪蛋白激酶介导的酪氨酸残基磷酸化则参与了Nrf2的出核过程。JAIN等[9]报道，酪氨酸激酶Fyn可诱导Nrf2第568位酪氨酸残基发生磷酸化，从而促进Nrf2从胞核向胞浆的移出。③Nrf2与ARE结合机制: Nrf2解离入核后的转录激活主要包括两个方面，一方面,两个活性区Neh4和Neh5与CBP结合后对Nrf2转录活性起共激活效应；另一方面,Nrf2的Neh1区可与Maf、JunD、cJun、ATF4等结合形成杂合二聚体，后者是结合ARE的分子基础。Maf的识别元件为MARE，而ARE与MARE非常相似，ARE序列的一半与MARE核心序列(TGAGTCA)一致，另一半是MARE侧翼序列GC，ARE上的GC可能正是被Maf识别的位点[10]。

3 Nrf2在器官IRI中的作用

3.1脑

有研究显示，Nrf2基因缺陷的小鼠可发生类似于白质空泡脑病的广泛星形胶质细胞增生，Nrf2-/-小鼠的星形胶质细胞和神经元比野生型细胞对氧化性损伤更敏感[11]。张莹等[12]研究结果显示，Nrf2可保护短暂性缺血再灌注导致的大鼠星形胶质细胞损伤。国外有学者研究显示，脑缺血再灌注时Nrf2-/-小鼠比野生型小鼠脑梗死体积明显增大[1]。国内也有学者通过建立大鼠脑IRI模型研究显示，Nrf2及HO-1在大鼠大脑缺血再灌注后早期的脑组织中即表达增高。进而研究显示，氧化苦参碱可通过上调Nrf2的表达发挥对脑IRI的作用[13]。

3.2心脏

IRI是心脏血管再通手术失败的重要原因，是缺血性心脏病治疗的难点之一。近年来大量研究显示，Nrf2-ARE通路在心脏IRI中发挥重要保护作用。BRUNT等[14]研究显示，Nrf2能上调心肌细胞中HO-1 mRNA、蛋白质的表达及活性。许多药物通过Nrf2-ARE通路介导对心脏IRI的保护作用。辛伐他汀可诱导HO-1的高表达从而保护缺血再灌注的心肌细胞，而Nrf2蛋白表达的变化和HO-1的表达是高度一致的[15]。LI等[16]研究结果显示，西洋参可抑制H2O2诱导的心肌细胞损伤，此过程是通过激活Nrf2通路发挥作用的。研究结果还显示，阻断冠状动脉后Nrf2-/-小鼠出现了明显的病理性心肌肥大及心肌纤维增生，心力衰竭及死亡的发生率明显增加，Nrf2在再灌注损伤后期心肌病理变化进程中发挥着非常重要的作用[17]。

3.3肾

肾脏也是对IRI较敏感的器官之一，Nrf2-ARE通路在减轻肾IRI方面同样发挥着重要作用。已有研究结果显示，缺血再灌注的小鼠肾脏模型中Nrf2与γ-GCS的mRNA及蛋白表达均明显升高，说明机体发生氧化应激时上调了Nrf2表达，启动了内源性抗氧化机制[18]。还有研究表明，与野生型小鼠相比，Nrf2基因敲除肾IRI模型小鼠的肌酐水平显著升高，肾小管损伤更加严重，且实验中死亡率更高[19]。LEONARD等[20]研究结果显示，IRI发生后小鼠体内Nrf2及下游的NQO1等抗氧化酶的mRNA及蛋白水平均明显升高。常见的植物提取抗氧化剂萝卜硫素可激活Nrf2-ARE通路，诱导HO-1、NQO1等抗氧化酶的表达，进而改善大鼠的肾脏IRI[21]。

3.4肠

IRI也存在于肠道中。宋富波等[22]研究结果显示，肠系膜缺血30 min再灌注2 h是建立兔小肠急性IRI的合适时间。Nrf2也被证实可减轻肠IRI及其导致的远隔器官的损伤。ZHAO等[23]建立肠IRI模型，采用莱菔硫烷预处理后，肠及肝脏组织Nrf2的核表达增强，抗氧化反应酶系统的水平增加，肠及肝脏损伤程度明显减轻。SUN等[24]研究结果显示，人参皂甙Rbl可激活Nrf2-ARE通路进而减轻肠缺血再灌注导致的肾损伤。而杨进国等[25]研究显示，人参皂甙Rbl可通过激活Nrf2-HO-1通路从而改善肠缺血再灌注所致的急性肺损伤。

综上所述，缺血再灌注过程中产生自由基导致的氧化应激是IRI的重要机制。如何减轻氧化应激损伤是IRI研究的一项重要课题。Nrf2是调节细胞内众多抗氧化物表达的关键性因子，Nrf2-ARE通路是机体重要的抗氧化应激通路，它在各种因素造成的多种器官的氧化应激损伤中起着重要的保护作用。若能利用这一作用途径调节Nrf2基因的转录及表达，进一步对下游抗氧化酶进行调控，从而抵抗氧化应激损伤，即可减轻器官IRI。目前，已有很多学者关注于Nrf2的抗氧化应激作用，但对其在器官缺血再灌注过程中的作用研究还不够深入，相信随着对Nrf2在抗IRI方面作用及其机制的深入了解，Nrf2在IRI的预防和治疗中会有很好的应用前景。

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(本文编辑 黄建乡)

2014-06-11；

2014-11-20

山东省医药卫生科技发展计划项目(2011HW032)

高健刚(1973-)，男，博士，副主任医师。

侯四川(1965-)，男，博士，主任医师，硕士生导师。

R363

A

1008-0341(2015)02-0250-03