Nrf2-NF-κB轴在痛性糖尿病性周围神经病变中的作用

张 苏，冷锦红

(1.辽宁中医药大学，辽宁 沈阳 110000；2.辽宁中医药大学附属第一医院，辽宁 沈阳 110000)

目前糖尿病发病率逐年上升，2013年世界糖尿病人口为3.82亿，到2035年预计将增加到5.92亿，它累及心脏、肾脏、神经、血管等，其中痛性糖尿病性周围神经病变(painful diabetic peripheral neuropaphy，PDPN)是最常见的微血管并发症之一，其临床表现包括麻木、灼痛和刺痛感以及难治性疼痛[1]。研究表明，核因子E2相关因子(nuclear factor erythroid-2-related factor 2，Nrf2)是参与调解抗氧化防御系统的氧化还原调节转录因子，驱动内源性抗氧化剂防御和解毒酶的产生。核因子κB(NF-κB)是启动炎症反应的主要转录因子之一，其为一种广泛存在于并具有多向性调节作用的蛋白质分子，在细胞信号传递和基因的诱导表达过程中起重要作用。为了维持健康细胞中的氧化还原稳定，Nrf2和NF-κB调节协调一致。糖尿病患者持续的高血糖状态会产生过多的活性氧(ROS)，ROS可引起周围神经损伤及氧化应激的发生，氧化应激的发生可引起抗氧化防御功能的减弱[2]和炎症反应级联途径的激活[3]，这两个因素干扰了Nrf2和NF-κB轴[4]，导致失衡，从而出现破坏性结果。

1 Nrf2

1.1 Nrf2分子来源、结构及其作用机制Nrf2相对分子质量为6.6×104，位于2q31位点，属于Cap-n-Collar(CNC)调节蛋白家族，是具有高度保守的碱性亮氨酸拉链结构(basic leucine zipper，bZip)的转录因子，其广泛存在于机体各个器官，在肝脏、肾脏等代谢和解毒器官以及皮肤、肺和消化道等持续暴露于外环境中的器官中高度表达，是细胞氧化还原反应的主控调节因子。Nrf2 下游基因分为3 类：①抗氧化蛋白：血红素加氧酶-1(heme oxygenase-1，HO-1) 、谷胱甘肽过氧化物酶(glutathione peroxidase，GSH-Px)、谷氨酸半胱氨酸连接酶、硫氧还蛋白、硫氧还蛋白还原酶、过氧化物酶基因，其主要作用机制是保持细胞内GSH 水平，降低ROS；②Ⅱ相解毒酶：谷胱甘肽S-转移酶(glutathione S-transferase，GST) 、NAD(P) H 苯醌氧化还原酶[NAD(P) H quinone oxidoreductase-1，NQO1]、UDP 葡糖醛酸基转移酶(UDP-glucuronosyltransferase，UGT)，其主要作用机制是分解有毒物质，促进有毒物质的代谢与消除；③转运蛋白：多药耐药相关蛋白，其主要作用机制是控制内源性物质与外源性物质的输出和摄取[5]。Nrf2 通过调控上述下游基因的表达，在协调抗炎与细胞抗氧化应激中发挥重要作用，此外，Nrf2还参与调控免疫、炎性反应、组织重构、癌症发生及转移相关的基因，在免疫调节、抗炎、抗组织损伤、抗肿瘤等方面发挥积极作用[6]。

1.2 Nrf2-Keapl信号通路Keap1-Nrf2信号通路是氧化应激和亲电子应激的抗氧化剂应答中的关键参与者，并且可以在许多人类疾病中发挥作用[7]。在正常生理条件下，Nrf2与胞质阻遏物Kelch样ECH相关蛋白1(Keap1)结合，通过泛素-蛋白酶体途径使Nrf2降解[8]，抑制Nrf2从胞浆进入胞核内激活下游信号。当受到外界氧化应激分子或亲核物质刺激时，Keap1上的巯基被氧化，Nrf2与Keap1解偶联，继而进入细胞核，与基因组中的小的Maf蛋白结合成Nrf2-sMaf二聚体复合物，然后识别并与抗氧化反应原件(ARE)序列结合，继而启动下游抗氧化应激蛋白基因的转录，提高细胞抗氧化能力[9～13]，维持机体氧化-抗氧化的生理平衡，一旦氧化还原稳态被打破，组织细胞就会出现肥大、凋亡甚至纤维化，进而引起组织结构变化、诱发疾病。

2 NF-κB

2.1 NF-κB分子来源、结构及其作用NF-κB是一种能与免疫球蛋白k轻链基因的增强字κB序列(GGGAC TT TCC)特异结合的核蛋白因子，其属于Rel/NF-κB家族的成员，这一家族按照构功能和合成模式的差异可分为两组。一组由p105、p100和Relish组成，其C末端部分含有多个锚定蛋白重复序列，此序列对这些蛋白本身具有抑制作用，经限制性蛋白水解这组蛋白可成为较短的具有DNA结合活性的蛋白。一般而言，这组蛋白本身并无转录激活的作用，必须与第二组蛋白形成聚合体始有活性。第二组包括p65(RelA)、Rel(c-Rel) 等，无前体合成。Rel/NF-ΚB蛋白均含有Rel同源区域(RHD)，此为二聚化和DNA结合区域，尚含有核定位序列(NLS)。常见的NF-κB为p50/p65(Rel A)二聚体形式。NF-κB是一组广泛存在并具有多向性调节作用的蛋白质分子，其在炎症反应、细胞增殖、分化与凋亡、免疫反应和肿瘤形成等相关的基因转录调控中有重要作用。

2.2 NF-κB信号通路核因子κB信号通路广泛存在于真核细胞中，并可与多种基因启动区或增强子区特异性序列结合位点结合。在生理状态下，NF-κB与IκB结合组成异源多聚体，以无活性的潜在状态存在于细胞质中。氧化应激状态时，促炎性细胞因子导致IκB激酶(IKK)激活，引起NF-κB抑制剂IκB的磷酸化，磷酸化的IkB并未与NF-κB解离，而是即与泛肽结合，引发IkB的多泛肽化并为26 S蛋白酶体所识别而降解，导致NF-κB的释放，此时的NF-κB为p65/p50的二聚物形式，这种游离二聚体可以转位到细胞核中，与基因组的κ区域结合，在其他共激活因子和组蛋白乙酰转移酶(HAT)的帮助下，可以启动炎性反应介质如白细胞介素-6(IL-6)，肿瘤坏死因子-α(TNF-α)等的表达[14]，从而启动和调节免疫反应，细胞黏附、分化、增殖、凋亡和炎性反应。

3 Nrf2 NF-κB轴在痛性糖尿病周围神经病变中的作用

3.1 Nrf2与PDPN的关系持续的高血糖状态导致ROS的增多，继而发生氧化应激，Nrf2由氧化应激暂时激活，高血糖应激诱导细胞外相关激酶(ERK)激活抑制了Nrf2的持续活化[15]，致其活性降低，Nrf2活性降低导致抗氧化防御功能受损，其特征在于超氧化物歧化酶(SOD)，过氧化氢酶和谷胱甘肽(GSH)水平下降。此外，它还会降低脱氧酶的产量，如血红素氧合酶-1(HO-I)和NADPH醌氧化还原酶(NQO1)，导致硝化和氧化应激[9]。这进一步导致周围神经纤维的累积损伤，对神经元组织的血液供应受损，缓激肽和前列腺素等会被释放，导致疼痛过敏，并因此导致神经性疼痛的发展(可导致PDPN)[16]。

3.2 NF-κB与PDPN的关系持续高糖被认为是导致神经性疼痛的神经炎性反应和神经损伤的基础，所有特征性的经典途径如多元醇途径、PKC途径、MAPK途径和AGEs增加的产生都可以直接或是间接引发促炎性反应的产生[17]，尤其是蛋白质和脂质的AGE产物的积累刺激炎性反应介质的产生和转录因子NF-κB的激活，NF-κB是一种炎性反应过程的强效诱导剂[1]。

在高血糖状态期间，NF-κB活性的持续增加，其与促炎细胞因子如IL-6、TNF-α、COX-2和iNOS的过量产生相关，这些蛋白质和酶是神经元细胞炎性反应过程的起始和扩增的前提介质。由于NF-κB升高引起的神经炎性反应可以激活小胶质细胞和星形胶质细胞，这进一步增加了促炎介质的释放，从而形成炎性反应的恶性循环，释放的神经介质可使神经纤维对疼痛刺激敏感[15]。由于神经组织和神经节的血液供应减少，NF-κB介导的神经炎性反应也可导致神经内膜缺氧，这种神经元缺氧状态导致线粒体电子传递链(等)功能障碍，线粒体效率降低，并导致ROS产生增加。持续性高血糖引起的炎性反应还影响神经元的结构特征，即髓鞘蛋白质的糖基化，其抗原性引起单核细胞、巨噬细胞、血液循环中性粒细胞浸润和神经系统胶质细胞活化[18]。这些免疫细胞依次分泌炎性细胞因子，进一步损伤髓鞘并增加神经兴奋性，从而导致水肿和神经炎性反应。受刺激的单核细胞和免疫细胞具有恶性正反馈环，用于增加炎性介质的产生，从而加强神经突变[1]加重疼痛。

3.3 Nrf2和NF-κB通路间的“串扰”作用已知高血糖介导的氧化应激和炎性反应途径在不同的水平下各自发挥作用。此外，经研究这两种途径通过蛋白质-蛋白质相互作用或通过次信使效应在其转录水平上相互作用。Nrf2通路通过增加抗氧化防御和HO-1表达，有研究表明HO-1抑制p65的核易位[19]，HO-1作用的所有产物都具有很强的抗氧化性能力[20]，来抑制NF-κB通路的激活，从而有效地中和ROS和解毒有毒化学物质，从而降低ROS介导的NF-κB活化。Nrf2通路还通过阻止IκB-α的降解来抑制NF-κB介导的转录。NF-κB还通过与Mafk结合而促进组蛋白去乙酰化酶3(HDAC3)募集(ASK-1-凋亡信号相关激酶-1和MCP-1-单核细胞趋化蛋白-1)至ARE区域，从而干扰Nrf2的转录促进[10]。NF-κB是一种转录因子，其上调促炎细胞因子的基因表达，并负责诱导神经元细胞凋亡。NF-κB的活化也通过下调Nrf-2途径来抑制抗氧化基因的表达，从而间接削弱先天抗氧化剂的防御作用已达稳态。然而，持续过度氧化应激产生相关的疾病可能导致Nrf2-NF-κB轴失衡，从而产生破坏性后果。

4 治疗

NF-κB和Nrf2通路是通过控制氧化应激和炎性反应介导细胞稳态的两条重要途径。正如以上讨论，Nrf2-NF-κB平衡的失调可能导致数种病理生理学结果，因此这些通路的调节因子可以用来预防这些结果[4]。NF-κB抑制剂的使用可以阻止AGE介导的促炎细胞因子的产生，从而阻止与神经炎性反应有关的事件。同时观察到神经元细胞中的明显氧化应激是神经损伤中的关键致病机制，其可以通过增强Nrf2介导的ARE基因表达而被预防[1]。 Nrf2增强了抵抗氧化应激的抗氧化剂和细胞保护酶的产生。两种转录因子的药理调节剂可以通过同时增强Nrf2和抑制NF-κB产生更好的治疗反应，而不是单独针对Nrf2和NF-κB[4]。

5 总结与展望

Nrf2-Keapl信号通路和NF-κB信号通路各自发挥着炎性反应及氧化作用以维持体内氧化还原平衡，而神经炎性反应和氧化应激的表现可累积导致结构损伤，其可导致PDPN特有的功能性，感觉运动性和生化缺陷，另外它们彼此相互作用以进一步调节健康和疾病中的关键氧化还原调节剂的水平，减缓PDPN的进程。治疗时应用可能调节两个中枢多效转录因子Nrf2和NF-κB之间的串扰特异性药剂，可能有助于糖尿病周围神经病变更有效治疗。