Nrf2/HO-1信号通路与缺血再灌注损伤的研究进展

高 原，于文慧，张美君，王继雪，赵 钢

随着各种医疗手段的建立和推广应用，许多组织器官缺血后可以重新得到血液再灌注，但在某些情况下血流恢复时能导致更严重的功能障碍，甚至发生不可逆性损伤的现象，这种现象被称为缺血再灌注损伤（ischemia reperfusion injury，IRI）。多项研究表明，核因子E2相关因 子 2（nuclear factor erythroid 2-related factor-2，Nrf2）/血红素加氧酶1（Hemeoxygenase-1，HO-1）、磷脂酰肌醇3-激酶 /蛋白激酶B（PI3K/Akt）、Wnt/β-catenin、Notch等信号通路均能作用于缺血再灌注过程并且相互影响[1-4]。其中，Nrf2/HO-1作为一条经典的抗氧化通路一直备受国内外专家学者的关注，其主要作用是调控抗氧化酶系的表达[5]。研究显示，在缺血再灌注早期Nrf2/HO-1通路即被激活，机体通过其诱导启动细胞抑制氧化应激，发挥抗凋亡、抗炎、抗氧化等作用，从而减轻IRI[6]。本文就Nrf2/HO-1信号通路在IRI中所起的作用进行综述。

1 Nrf2/HO-1信号通路

Nrf2是机体内一个关键的抗氧化核转录因子，参与多种细胞内防御机制相关的信号传导，其抗氧化的核心作用经大量实验研究证实并被学术界认可[7]。在正常生理状态下，Nrf2定位于细胞质中，与Kelch样环氧氯丙烷相关蛋白 1（Kelch-like ECH-associated protein1，Keap1）相结合，二者处于稳定状态。当氧化应激损伤或有外来刺激时，Nrf2与Keap1迅速解离，转位至细胞核内与抗氧化反应元件（antioxidant responseelement，ARE）区域绑定结合并相互作用，启动下游抗氧化应激相关基因的转录[8]。通过药物等干预处理可以上调Nrf2含量并诱导其下游调控的多种抗氧化酶及解毒酶表达，从而恢复细胞内的氧化还原平衡状态，发挥内源 性细胞保护作用[9]。

HO-1是受Nrf2信号路径调节的下游信号蛋白，也是重要的保护性抗氧化酶，具有抗氧化、扩血管、改善组织微循环、抑制细胞凋亡及抗炎等多种生物学功能，能够调节并参与机体IRI中抗氧化应激、抗炎及抗凋亡的过程[10-11]。正常情况下，HO-1的表达与活力较低，当组织细胞受到缺血等刺激而处于应激状态时，HO-1可通过Nrf2调控进行应答，表达量迅速上升，表现出明显的抗氧化作用[12]。HO-1广泛参与到组织器官的抗氧化应激损伤过程中，是一个在氧化应激早期发挥抗氧化反应的细胞保护蛋白，可被缺氧、缺血再灌注、内毒素、炎症反应等因素诱导[13]。

2 Nrf2/HO-1通路在IRI中的作用

2.1 抗氧化作用 氧化应激在IRI有关细胞信号和体内平衡中扮演着关键作用。活性氧簇（Reactive oxygen species，ROS）是从氧气衍生出来的分子，在IRI过程中过量的ROS极易作用于不饱和脂肪酸发生过氧化反应，是IRI发生机制中的主要促成因素[14]，因此，抑制ROS的产生或清除ROS可以成为治疗IRI的策略。研究表明，氧自由基通过促分裂原活化的蛋白激酶途径使Nrf2磷酸化，启动HO-1基因转录，诱导多种内源性抗氧化酶的产生，从而减少或清除氧自由基，维持细胞内氧化还原平衡状态[15]。Yun等[16]用HO-1诱导剂和抑制剂预处理大鼠来探讨内源性HO-1的表达过程以及其在肝脏IRI中的作用，结果表明过表达HO-1通过调节氧化应激和促炎介质来保护肝脏免受IRI。

2.2 抗炎作用 炎症反应主要涉及了中性粒细胞浸润和炎性因子释放，是IRI发展中的关键步骤，激活Nrf2/HO-1途径能减轻组织或器官IRI及炎症反应。Qiu等[17]报道了促消退介质maresin1在控制炎症和氧化应激过程中发挥着重要作用，研究结果表明小鼠缺血再灌注后组织学切片可观察到明显的肾损伤，且血浆中血尿素氮和肌酐浓度升高、炎症因子生成增多、脂质过氧化产物的水平升高，而maresin1可以减轻缺血再灌注引起的肾脏损伤，其作用是通过抑制Toll样受体4（Toll-like receptor4，TLR4）/MAPK/NF-κB信号通路介导炎症因子的产生以及通过激活Nrf2途径增强抗氧化作用来实现的。Hou等[18]发现NOD样受体蛋白3（NOD-like receptor protein 3，NLRP3）炎性复合体的活化在脑IRI的炎症损伤中起重要作用，Nrf2通过调控硫氧还蛋白/硫氧还蛋白结合蛋白复合物抑制NLRP3炎性复合体的激活，从而起到减轻脑IRI和保护神经的作用。

2.3 抑制细胞凋亡 细胞凋亡是一种程序性的细胞死亡，机体发生IRI后，正常的细胞凋亡程序会被破坏，凋亡基因在细胞核内高表达，导致大量细胞发生凋亡。Lu等[19]报道了青蒿琥酯可显著抑制促凋亡因子caspase-3活性，降低Bax/Bcl-2蛋白表达比例，上调抗凋亡转录因子Nrf2的表达，能减少脑IRI小鼠的脑梗死体积，促进神经功能的恢复，其机制与激活Nrf2和下调小鼠ROS依赖的p38丝裂原活化蛋白激酶（p38MAPK）通路有关。Wang等[20]通过给大脑中动脉阻塞模型大鼠静脉注射 新橙皮苷（Neohesperidin，NH），发现NH能够抑制细胞凋亡和氧化应激，对大鼠脑IRI具有神经保护作用，且NH处理以浓度依赖的方式上调Nrf2和HO-1的表达，其减轻脑IRI的作用机制可能与激活Akt/Nrf2/HO-1通路密切相关。

3 Nrf2/HO-1通路与组织器官IRI

3.1 Nrf2/HO-1与肢体IRI 袁培根等[21]研究结果表明，Nrf2蛋白存在于大鼠的骨骼肌中，右美托咪定可以通过α2受体上调Nrf2/ARE通路，使HO-1等基因表达增加，起到抗氧化的作用。IRI发生后，损伤性刺激并非只局限于肢体，对远隔脏器也能造成伤害，严重的IRI甚至可以诱发急性肺损伤。李艳艳等[22]经大鼠肢体缺血再灌注后肺损伤实验探讨BTB-CNC异体同源体1（BTB and CNC homology 1，Bach1）/Nrf2通路调控HO-1的作用机制，结果提示HO-1与Nrf2呈显著正相关，与Bach1呈显著负相关，表明HO-1的表达可能受Bach1/Nrf2通路的调控，Nrf2能够上调HO-1的表达。

3.2 Nrf2/HO-1与脑IRI 作为一种保护性应激反应，脑IRI急性期Nrf2的表达可迅速升高，继而增加HO-1基因的转录，但这种增加持续时间短。黄娟等[23]经研究报道，脑泰方能通过激活Keap1-Nrf2/ARE信号通路，促进HO-1生成，发挥减轻脑IRI的作用。此外，黄小平等[24]证实黄芪甲苷可以上调Nrf2和HO-1蛋白和基因的表达，通过激活Nrf2/HO-1信号通路，增大机体清除氧自由基的能力，减轻脑组织水肿，减小脑梗死面积。

3.3 Nrf2/HO-1与心肌IRI 心肌IRI过程中心肌细胞需氧代谢被激活，诱导ROS大量增加，超出了内源性抗氧化防御体系的抗氧化能力，氧气的增加促进ROS的产生，形成恶性循环。有研究显示，机体本身具有抗氧化系统，即Nrf2/HO-1通路的激活在心肌IRI中有保护作用，故通过药物作用进而激活Nrf2可成为潜在治疗心肌IRI的途径。Guan等[25]提出中药丹红注射液能够抑制大鼠心肌IRI，实验探讨其活性成分在炎症、氧化应激和凋亡等多重分子机制中的潜在影响，发现丹红注射液以多靶点的作用形式发挥抗心肌IRI的药理机制。

3.4 Nrf2/HO-1与其他IRI 肝脏是机体重要的代谢器官，具有生物转化和新陈代谢的作用，Zhou等[26]报道δ阿片受体激动剂（D-Ala2-D-Leu5-enkephalin，DADLE）对肝脏IRI具有保护作用，5mg/kg浓度的DADLE可以显著降低血清中丙氨酸转氨酶、天冬氨酸转氨酶和丙二醛的水平，而升高谷胱甘肽、过氧化氢酶和超氧化物歧化酶的水平，同时DADLE能够促进Nrf2核转位，上调Nrf2下游因子HO-1的表达，说明DADLE抗肝脏IRI的作用机制与Nrf2/HO-1信号通路有关。肾脏IRI可发生在肾移植以及其他肾脏手术过程中，孙倩等[27]经实验探讨血管紧张素-(1-7)/血管紧张素-Ⅱ[Ang-(1-7)/Ang-Ⅱ]通过调节Nrf2/HO-1通路在糖尿病肾脏IRI中的作用机制，结果表明在糖尿病早期Ang-(1-7)和Ang-Ⅱ虽可激活Nrf2/ARE通路，但不足以对抗高糖产生的致损伤作用，而缺血再灌注抑制了Ang-(1-7)蛋白，导致高浓度的Ang-Ⅱ下调了Nrf2的表达，加重肾脏损伤。Sun等[28]研究证实，肠缺血再灌注过程中有氧化应激损伤，通过激活Nrf2-ARE信号通路可以减轻肠IRI。

4 小结

综上所述，Nrf2/HO-1被认为是细胞内最重要的抗氧化应激机制之一，大量研究证实Nrf2/HO-1途径通过减轻氧化损伤、降低炎症因子水平、抑制细胞凋亡等机制保护组织器官，发挥抗IRI作用。当机体处于氧化应激状态时，Nrf2能够诱导HO-1高效表达，保护机体免受损伤，但值得注意的是，若Nrf2活化诱导HO-1过度表达将加大细胞氧化应激压力，反而具有细胞毒性作用。如何控制Nrf2和HO-1之间抑制、激活的调控方式，保持纠正氧化、抗氧化的平衡尚需进一步深入研究。