核因子E2 相关因子2 在蛛网膜下腔出血中作用的研究进展

杜自力，宋建成，姚声涛

遵义医科大学附属医院脑血管病科，贵州遵义563000

蛛网膜下腔出血（SAH）指颅内血管发生病变导致破裂，血液直接流入蛛网膜下腔引起的一种临床综合征，又称为原发性SAH，约占急性脑卒中的10%，主要由颅内动脉瘤破裂所致，也可由脑血管畸形、烟雾病、颅内静脉系统血栓形成导致。作为临床上常见的危急重症，SAH 导致高致死率、高致残率、高额的医疗费用，且总体预后不良。SAH 后的脑损伤是影响患者预后的主要因素，其机制包括脑组织细胞死亡、血脑屏障破坏、脑水肿、氧化应激、神经炎症、急性脑血管痉挛、微血管功能障碍、脑血流下降等病理生理过程［1］。而核因子 E2 相关因子2（Nrf2）作为氧化还原敏感的重要转录因子，在多种疾病的发生发展过程中扮演十分重要的角色，特别是在SAH 中发挥重要作用。本文对Nrf2 在SAH 中的作用作一综述。

1 Nrf2概述

Nrf2作为一种由7 个功能域（Neh1～7）组成的氧化还原敏感转录因子，具有抗氧化、解毒以及抗炎的作用。在正常的非应激条件下，Nrf2 与Kelch 样ECH 相关蛋白 1（keap1）以 2∶1 的比例结合，且保持在细胞质中。Nrf2 与Keap1 的结合使Nrf2 泛素化以及随后的蛋白酶体降解，使其保持“关闭”状态。一小部分Nrf2 设法逃脱抑制复合物并转移到细胞核中，以调节维持细胞内环境稳定的基础细胞保护基因表达［2-3］。当机体产生氧化应激反应时，Keap1 中的半胱氨酸残基被氧化，从而导致Nrf2 泛素化过程中断，Nrf2 与 Keap1 解离，Nrf2 转移到细胞核中。在细胞核中，Nrf2 与靶基因启动子区的顺调节元件ARE 结合，从而调节一系列解毒或抗氧化酶的转录［4］。

2 Nrf2在SAH中的作用

Nrf2 在中枢神经系统中广泛表达，并在急性脑损伤、氧化应激及炎症反应中其表达受到调节［5］。王钟等［6］的实验表明，对照组基底动脉壁的Nrf2 免疫反应性较低，SAH 组中Nrf2 免疫反应性显著增加，且内皮细胞、平滑肌细胞和外膜细胞中Nrf2 的表达显著上调。CHEN 等［7］发现，SAH 早期，Nrf2 在大鼠大脑皮层中被激活；在SAH发生后24 h，Nrf2含量达到高峰，并在48 h 后恢复正常水平。因此，在SAH 发生后不久Nrf2 被激活，这提示Nrf2 参与了SAH后脑损伤的病理生理过程。

2.1 Nrf2 与氧化应激反应 当血液进入蛛网膜下腔后，内源性抗氧化保护系统立即受到抑制，同时血液中的红细胞不断降解为游离血红素、高铁血红蛋白等产物，蓄积在出血部位，引发神经炎症及氧化应激反应［8］，伴随着颅内压的升高，脑灌注降低致使脑血流量下降［9］，脑组织处于缺血缺氧状态，导致脑脊液呈酸性，大量亚铁离子从血红蛋白中释放后被氧化为铁离子，淤积的铁离子经过Feton和Haber-Weis反应后产生羟自由基等过氧化物，从而进一步引发氧化应激反应，使得神经元细胞及内皮细胞受到直接损伤［10］。

敲除 SAH 小鼠 Nrf2 基因发现，24 h 后脑损伤加重、脑水肿增加、血脑屏障破坏、神经细胞凋亡以及严重神经功能障碍，同时丙二醛表达升高，而GSH/GSSG 降低［11］。这提示敲除 Nrf2 促进机体氧化应激反应。XU 等［12］发现，向 SAH 大鼠腹腔注射桉树油醇可显著上调大鼠脑组织中Nrf2 表达，而大鼠脑组织中丙二醛含量显著降低，超氧化物歧化酶和谷胱甘肽过氧化物酶（关键的内在抗氧化酶）活性显著升高。WANG 等［10］发现，实验性 SAH 后的氧化应激损伤导致丙二醛、3-硝基酪氨酸、8-羟基脱氧葡萄糖和活性氧水平升高，芍药苷能激活Nrf2 的表达，进而升高超氧化物歧化酶、谷胱甘肽过氧化物酶和过氧化氢酶的活性，抑制SAH 介导的氧化应激反应。谷胱甘肽过氧化物酶活性和超氧化物歧化酶含量在SAH 后24 h 降低，而黄芩苷可以激活Nrf2 调节抗氧化活性从而使其升高［13］。综上所述，Nrf2 在 SAH 中发挥一定的抗氧化作用，药物激活Nrf2 的表达能显著减轻动物模型SAH 后的氧化应激反应，进一步提示Nrf2参与了SAH后脑损伤的病理生理过程。

2.2 Nrf2 与神经炎症 在血液进入蛛网膜下腔后的24 h 内，红细胞的分解代谢产物通过激活Toll 样受体4 途径及中枢神经系统的免疫调节细胞（小神经胶质细胞）触发炎症级联反应［14］。大量炎症细胞募集并进入蛛网膜下腔，将进一步吞噬并降解红细胞。随着脑脊液流动性的下降和内皮细胞紧密连接的恢复，这些细胞就被局限在蛛网膜下腔，其中巨噬细胞和中性粒细胞发生脱颗粒释放出大量炎症因子，最终造成广泛的脑损伤和神经功能缺失，加重脑损伤［15］。

NF-κB 作为神经炎症反应的关键因子，在生理条件下与人核因子κB 抑制蛋白（IκB）结合，丧失活性。当发生SAH 时，促炎细胞因子导致IκB 激酶激活，使 IκB 磷酸化，导致 NF-κB 释放并激活炎性反应介质（IL-6、TNF-α 等）。基础研究发现，暴露于氧合血红蛋白的原代培养星形胶质细胞模型中敲除Nrf2，可刺激促炎因子表达上调［16］。在 SAH 后脑损伤过程中Nrf2通过多种机制负向调节NF-κB信号通路，包括Nrf2 通过降低细胞内活性氧水平来抑制氧化应激介导的 NF-κB 活化［17］；Nrf2 防止 IκB-α 蛋白酶体降解并抑制 NF-κB 的核转移［18］；Nrf2 表达上调诱导细胞血红素加氧酶1（HO-1）水平增加，随后Ⅱ期酶表达的增加阻断了IκB-α 的降解［19］。并且上调SAH 动物模型中Nrf2 的表达，可激活下游抗氧化基因的表达，进一步下调NF-κB p65 和促炎细胞因子的表达［10，13，20］。因此，Nrf2可通过负向调控NF-κB信号通路在SAH 发挥一定的抗炎作用。上调Nrf2 的表达将会下调NF-κB 等促炎因子的表达，表明Nrf2可能在SAH 中具有一定的治疗意义，进一步提示Nrf2 在SAH 后脑损伤的病理生理过程中扮演重要角色。

2.3 Nrf2 与脑水肿 脑水肿是指颅内水分增加导致脑容积增大的病理现象，是脑组织对各种致病因素所产生的反应。脑水肿发病机制包括：血脑屏障破坏、脑微循环障碍、脑细胞代谢障碍、自由基的产生等。当发生SAH 时，内源性抗氧化系统受到抑制，氧自由基在颅内大量增加并破坏血脑屏障，伴随着颅内压升高导致脑血流量下降，脑细胞缺血缺氧，钠—钾泵失衡，导致脑微循环障碍及脑细胞代谢障碍等均引发脑水肿。

研究表明，Nrf2 主要通过抑制SAH 后的氧化应激反应，减少氧自由基的产生，从而间接缓解脑水肿。在大鼠SAH 模型中，使用米托蒽醌激活Nrf2 可减轻血脑屏障的破坏，改善脑水肿，从而发挥神经保护作用；而抑制Nrf2 的表达可以减弱这一神经保护作用［21］。通过向大鼠 SAH 模型中注射丹酚酸 B 发现，其进一步诱导细胞核内及总的Nrf2 蛋白表达，提高Nrf2 的核/胞质值，并明显缓解血脑屏障破坏、脑水肿及神经功能损害［22］。近年来，越来越多的研究表明，炎症参与脑水肿的发生发展过程，并且NF-κB 做为神经炎症反应的关键因子，可通过介导炎性反应参与脑出血后脑水肿形成与发展，使用药物抑制其表达，能减轻脑水肿，并改善神经功能［23］。而 Nrf2 可通过多种途径负向调控 NF-κB 通路［17-19］。因此，Nrf2 可通过抑制氧化应激反应及NF-κB 通路介导的神经炎症反应来减轻脑水肿，进一步证实Nrf2在SAH中具有神经保护作用。

2.4 Nrf2 与自噬 自噬是指细胞通过降解细胞内受损的细胞器等物质以实现细胞本身的代谢需要和某些细胞器的更新，并维持细胞稳态［24］。通过自噬维持的细胞稳态主要取决于自噬通量的完整性，不完全的自噬通量可损伤破裂细胞中的溶酶体和自噬体。研究表明，氧化应激反应有助于调节自噬，SAH后氧化应激所产生的活性氧等物质可激活自噬并减轻神经细胞及血管内皮细胞（血脑屏障的重要组成部分）的凋亡，进而维持内皮细胞的屏障功能［8］。这提示氧化应激反应可通过调节自噬间接介导SAH后脑损伤过程中内皮细胞的凋亡，从而影响血脑屏障的完整性。有证据表明，实验性SAH 后自噬途径的激活可防止神经元损伤［25-26］。此外，自噬途径的激活可以加速Nrf2 的抑制剂及Keap1 的降解，从而促进 Nrf2 和 Nrf2 介导的抗氧化酶激活［27-28］。SUN等［29］通过使用Nrf2 激活剂（褪黑素）作用于SAH 模型后发现，其在SAH 发病后24 h 增加了自噬标记物的表达，褪黑素的应用使得自噬进一步增强。可见适当的自噬激活对SAH 患者的预后有益，但过度的自噬将会导致神经细胞凋亡，从而损伤神经功能。

2.5 Nrf2 与脑血管痉挛 脑血管痉挛被认为是SAH 后迟发性脑缺血的诱因，但其病理生理过程仍然不清楚，导致临床缺乏有效的治疗策略。近年来，越来越多的证据表明，氧化应激和神经炎症反应可能是诱发脑血管痉挛的主要病因［30］。

Nrf2 作为氧化还原敏感的转录因子，在多种中枢神经系统疾病中发挥抗氧化及抗炎作用。WU等［31］发现，使用川芎嗪硝酮可上调Nrf2和HO-1的表达，从而改善SAH 诱导的脑血管痉挛。用Nrf2 激活剂治疗SAH 大鼠，发现其能通过增加Nrf2 及其下游HO-1 等蛋白的表达来降低 NF-κB 和 TNF-α 的表达，发挥神经保护作用，并减轻脑血管痉挛［32］。因此，激活Nrf2 的表达可通过介导氧化应激及神经炎症反应减轻SAH 后的脑血管痉挛。提示Nrf2 可能是SAH 一个潜在治疗靶点，激活其表达可能改善SAH患者脑血管痉挛，从而影响患者预后。

随着技术的发展，治疗效果取得了很大进展，但SAH 患者预后仍不理想。Nrf2 可在SAH 后脑损伤过程中发挥抗炎、抗氧化等一系列保护作用。Nrf2激活在SAH 中发挥治疗作用，并且Nrf2 激活剂具备一定的治疗潜力。同时基础研究表明，Nrf2 表达在SAH 后24 h 达到高峰，然而从血液进入蛛网膜下腔，红细胞的裂解及血红蛋白的释放诱发氧化应激及神经炎症反应发生在SAH 后24 h 以内。如在该时间内抢先诱导Nrf2 的过表达可能会对氧化应激、神经炎症、脑血管痉挛等产生影响，并且可能减轻脑损伤，改善SAH 患者的预后。然而，目前关于Nrf2在SAH 中作用尚未见报道，激活Nrf2在SAH 患者中的有效性及安全性将是今后研究的重点。本课题组将会就Nrf2 对SAH 患者预后的影响进行临床研究，以期验证Nrf2在SAH中的治疗作用。