NRF2通路在慢性肾脏疾病发生发展中的作用研究进展

吉琳梅，沈宏春，樊均明

(1西南医科大学附属医院，四川泸州646000；2西南医科大学附属中医院；3西南医科大学)



NRF2通路在慢性肾脏疾病发生发展中的作用研究进展

吉琳梅1，沈宏春2，樊均明3

(1西南医科大学附属医院，四川泸州646000；2西南医科大学附属中医院；3西南医科大学)

越来越多的证据表明慢性肾脏疾病(CKD)与氧化应激有关。CKD患者肾脏组织中活性氧产生酶激活或上调、线粒体功能异常或内质网应激等导致氧化稳态失衡，促使CKD病情进展。转录因子NF-E2相关因子2(NRF2)在受到活性氧或亲电试剂等刺激后，通过与KEAP1解离进入细胞核内，与ARE序列结合(KEAP1-NRF2-ARE通路)，发挥其调节氧化应激的作用。激活NRF2通路或上调NRF2表达、降低氧化应激水平可延缓如狼疮肾炎、糖尿病肾病、5/6肾切除后等多种CKD病情进展。然而，激活NRF2通路并非都对CKD患者有益。NRF2通路对糖尿病肾病存在双向调节作用，作用取决于NRF2的激活程度。

转录因子NF-E2相关因子2；慢性肾脏疾病；氧化应激

慢性肾脏疾病(CKD)发病率高，受到学者广泛关注。在CKD早期阶段，通过控制血糖、血压及应用胰岛素等方法可延缓进展；而到肾衰竭终末阶段，各种机体紊乱可导致严重甚至威胁生命的并发症，必须通过各种肾脏替代治疗以维持生命。因此，延缓甚至逆转CKD患者的肾功能对于延长患者生命有重要意义。近年来多项研究表明转录因子NF-E2相关因子2(NRF2)信号通路在肾损伤过程中扮演着保护性角色，在CKD动物模型中抑制NRF2通路后，其下游目标基因表达也受到抑制，进而一系列对肾脏的抗氧化保护作用便会随之丧失。现就NRF2通路与CKD相关研究进展做一综述。

1　氧化应激在慢性肾脏病发病中的作用

氧化应激是氧化物产生过多、同时抗氧化物大量减少后产生的，在生物学系统中活性氧簇(ROS)是氧化应激最重要的贡献者。肾脏的ROS主要源于活性氧产生酶(如NADPH氧化酶)激活或上调、线粒体功能异常或内质网应激等[1]，CKD患者中氧化应激普遍存在[2]。Yuan等[3]研究表明，在近端肾小管上皮细胞中，线粒体功能缺陷与上皮间充质转分化的病理过程有很大关联，而这与肾脏纤维化密切相关。Nishida等[4]用单侧输尿管梗阻模型证实各种线粒体蛋白在肾纤维化早期就有所下降。接受血液透析的CKD患者也存在线粒体呼吸系统受损及高水平氧化应激情况[5]。其他细胞源性的ROS来源于NADPH氧化酶、黄嘌呤氧化酶及脂肪氧化酶等。血清尿酸水平升高是CKD氧化应激的重要因素，而尿酸产生于黄嘌呤氧化酶。Omori等[6]制作了单侧输尿管梗阻的大鼠模型，发现阻断黄嘌呤氧化酶后肾脏损伤减轻。除此之外，ROS还来源于肾素-血管紧张素系统(RAS)的激活[7]。

ROS水平被一系列抗氧化酶所控制，具体包括超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)、谷胱甘肽过氧化物酶(GPx)、血红素氧化酶1(HO-1)、γ-谷氨酰半胱氨酸连接酶(GCL)及谷胱甘肽(GSH)等硫醇分子。Hinerfeld等[8]研究表明线粒体SOD基因缺陷小鼠产生了严重的氧化应激及糖尿病并发症。此外，有学者[9]还发现对小鼠进行转基因干预使CAT过表达后模型小鼠的肾功能有所改善。

各期CKD患者体内的细胞代谢都可产生大量的氧自由基，过度产生的ROS具有极高的活性，能够氧化蛋白质、脂类及核酸等，而这些氧化产物(如丙二醛)可进一步导致细胞及组织损伤，加速CKD进程。因此，体内氧化应激水平与CKD的病程进展密切相关，激活或过表达抗氧化酶后表现出明显的肾脏保护作用。

2　NRF2通路在氧化应激中的调节作用

NRF2是一种带有碱性亮氨酸拉链模体(bZIP)的转录因子，对体内的氧化还原状态十分敏感。NRF2控制着1%左右的人类基因表达，这些基因拥有共同的顺式作用元件，即抗氧化反应元件(ARE)，NRF2通过ARE调节活性氧解毒酶表达，这被认为是抵御ROS损伤的主要机制[10]。正常情况下，胞质蛋白Kelch样环氧氯丙烷相关蛋白1(KEAP1)将NRF2锁在胞质中，并通过与E3连接酶相连促进NRF2降解；当KEAP1的半胱氨酸残基受ROS或亲电体修饰时，KEAP1发生构象变化，导致这种“锁定”作用消失，NRF2进入胞核，激活下游抗氧化目标基因转录[11]，增强细胞抗氧化作用。

NRF2在维持氧化还原稳态中扮演着重要角色。经亲电体处理细胞后，各种化学物质通过对抗KEAP1的作用激活NRF2，但NRF2的作用也受到生长因子的调节，如糖原合成酶3(GSK-3)等。Salazar等[12]首次报道GSK-3可抑制NRF2目的基因表达并使转录因子磷酸化。NRF2 的保守序列被分为6个功能域，即Neh1-Neh6，而其中Neh6上有两个与β-TrCP 相互作用的模序。Rada等[13]发现GSK-3可使DSGIS模体中的丝氨酸残基磷酸化，然后与SCFβ-TrCP泛素连接酶的β-TrCP亚基结合，经泛素化修饰后降解。最近，Hayes等[14]用叔丁基对苯二酚和莱菔硫烷处理Keap1+/+小鼠胚胎成纤维细胞(MEF)，发现正常情况下NRF2的目的基因醌氧化还原酶(NQO1)和血红素加氧酶1(Hmox1)均过表达，而Keap1+/+的MEF并没有如此表现；叔丁基对苯二酚在诱导Keap1 +/+的MEF表达NQO1和Hmox1时，伴随有GSK-3β丝氨酸磷酸化抑制及PKB/Akt丝氨酸磷酸化激活，表明PI3K对NRF2也有确定的调节作用。

3　NRF2通路在CKD发病、进展中的作用

多项证据表明NRF2通路与CKD关系密切。狼疮肾炎中，氧化应激及炎症发挥着关键作用。免疫复合物沉积在肾小球导致氧化应激，进一步损伤肾小球[15]。早期研究[16]显示，敲除了RNF2基因的雌性小鼠发生了狼疮样自身免疫性肾炎。Jiang等[17]发现，自发型狼疮肾炎模型中有RNF2基因缺陷的动物肾损伤更严重。Ka等[18]认为柠檬醛可通过上调NRF2表达，减轻狼疮肾炎小鼠的肾损害。

NRF2通路对糖尿病肾病的进展也有调节作用。高血糖引起微血管损害主要包括四个途径：增加糖化终产物形成，激活蛋白激酶C及通过多元醇和己糖胺加速葡萄糖流量，氧化应激是这些通路的共同连接点[19]。在用链脲佐菌素诱导的糖尿病动物模型中，去除RNF2基因组表现出更严重的炎症、氧化应激及肾病[20]。Cui等[21]证实给予糖尿病小鼠NRF2激动剂(即SFN或肉桂醛)后能明显减轻小鼠蛋白尿及肾脏氧化应激水平。

在5/6肾切除的CKD动物模型中，Kim等[22]首次证明了NRF2通路的重要性：在这种模型中，残余肾表现出谷胱甘肽缺乏、脂质过氧化、NF-κB表达上调及NADPH氧化酶激活，且术后12周残余肾中NRF2活性明显降低，同时CAT、SOD等抗氧化物质有所下降。在自发性局灶性节段性肾小球硬化Imai大鼠模型中，肾脏细胞中NFR2水平及其目标靶基因表达均明显降低，表现出严重的氧化应激反应及炎症反应[23]。Aminzadeh等[24]发现，在腺嘌呤诱导的小管间质性肾病模型中，NRF2活性受到抑制，且CAT、HO-1、GCL表达也受到抑制。

上述动物实验证实了NRF2对CKD动物肾脏的保护作用，同样也有多种证据表明了NRF2通路在人类CKD病理发展过程中的作用。最近，Martini等[25]在前人研究基础上，整合了肾小球滤过率调节相关基因位点的相关调节通路，绘制出CKD分子图谱，发现这些通路聚集成一个主要由炎症和代谢相关通路组成的网络，而NRF2介导的氧化应激反应在其中发挥至关重要的作用。Crawford等[26]研究表明CKD患者血GPx、CAT活性降低，并且GPx的单核苷酸多态性在CKD患者中发生率较高，表明GPx与CKD发病有关。

随着对NRF2研究的深入，学者们发现，激活NRF2通路并非都对CKD患者有益。Pergola等[27]的研究纳入了伴有不同程度CKD的2型糖尿病患者，经NRF2激动剂甲基巴多索隆治疗后24～52周患者eGFR增高；然而第三期临床研究却发现，与安慰剂组相比，经甲基巴多索隆治疗后eGFR、血压及尿白蛋白/肌酐比值(ACR)均显著增高，且心血管事件危险性大大增加[28]。这表明糖尿病患者并非总能从NRF2过表达中获益，高血糖诱导活性氧产生及NRF2通路慢性激活，同时可能诱导肾内RAS系统激活，从而导致系统性高血压、蛋白尿及肾小管细胞凋亡与萎缩，进一步加剧糖尿病肾病进展。以上研究表明，NRF2通路对糖尿病肾病存在双向调节作用，作用取决于NRF2的激活程度。

基于上述研究结论，我们认为，NRF2在CKD(尤其是糖尿病肾病)发病及进展过程中的作用及调节机制还需进一步深入研究，以期找到真正有效的延缓CKD进展的治疗靶点。

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中国博士后科学基金第55批面上项目“西部地区博士后人才资助计划”(2014M552544XB)；四川省科技厅基金资助项目( 2011JTD0014)；四川大学·泸州市人民政府战略合作科技项目(2013CDLZ-S20)。

樊均明(E-mail: junmingfan@163.com)

10.3969/j.issn.1002-266X.2016.19.037

R692.5

A

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2015-12-15)