核因子E2相关因子2在女性生殖系统中的作用

卢铃菁，李娟，马红霞，胡敏

核转录因子红系2相关因子2（nuclear factor- erythroid 2-related factor 2，Nrf2）简称为核因子E2相关因子2（nuclear factor-E2-related factor 2，Nrf2），是NFE2L2基因的产物，属于Cap′n′Collar转录因子家族。在羧基末端，Nrf2包含1个碱性亮氨酸拉链结构域，与其他bZip蛋白形成异二聚体，参与多种体内稳态调节，如炎症、氧化还原和蛋白内稳态等。Nrf2一直被认为是促炎细胞因子表达和细胞内活性氧（reactive oxygen species，ROS）的主要调节因子，是抗氧化的关键步骤，已经发展成为一种很有发展前景的药物靶点，参与治疗与氧化应激（oxidative stress）、代谢应激或致癌应激等相关的疾病[1]。氧化应激是女性生殖系统疾病的主要发病机制之一，过量ROS的慢性积累可以通过多种细胞内信号通路直接或间接诱导细胞和组织损伤，而激发Nrf2介导的抗氧化反应可以抵御异常的氧化应激损伤。鉴于Nrf2与氧化应激、炎症调节的关系密切，且参与卵巢、子宫和胎盘等生殖器官的抗氧化、抗炎的调节，提示其与多囊卵巢综合征（polycystic ovary syndrome，PCOS）和子宫内膜异位症（endometriosis，EMs）等女性生殖系统疾病的发生发展密切相关[2-4]。因此，探究Nrf2在女性生殖系统的作用可能为此类疾病的预防和药物治疗开辟新的突破口[1]。

1 Nrf2的生理作用

1.1 Nrf2信号通路调节机制Nrf2普遍存在于各种细胞中，以确保细胞对氧化、炎症和代谢应激的及时保护反应，主要通过线粒体和还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（NADPH）酶调控ROS的生成，或通过控制线粒体呼吸底物的利用及脂肪酸氧化，影响氧化磷酸化过程，调节线粒体ROS 的产生。通常情况下，Nrf2的稳定性主要通过Kelch 样ECH相关蛋白1（Kelch-like ECH-associated protein 1，Keap1）调节。Keap1与Nrf2在细胞质中处于结合状态，当细胞受到氧化压力或某些化学物质刺激时两者解离，Nrf2进入细胞核内与下游靶基因启动子的抗氧化反应元件（antioxidant response element，ARE）结合，促进大量抗氧化靶基因转录活化，如血红素加氧酶1（heme oxygenase -1，HO -1）、 谷 胱 甘 肽 过 氧 化 物 酶（Glutathione Peroxidase，GSH-Px）和醌氧化还原酶1（NADPH quinone oxidoreductase 1，NQO1）等，发挥抗氧化功能，以维持氧化还原平衡，是机体抵御各种氧化应激的重要保护通路。当细胞恢复氧化还原平衡后，Keap1转移至细胞核内，将Nrf2从其靶基因ARE上解离，回到细胞质后重新降解Nrf2，如此循环往复实现Keap1-Nrf2/ARE的信号传导[5-6]。另外，Nrf2还可通过其他方式调节其活性。有研究发现，糖原合成酶激酶3 （glycogen synthase kinase-3，GSK-3）可使Nrf2磷酸化，协助β-转导蛋白重复序列的蛋白质（beta-transducin repeat-containing protein，β-TrCP）识别Nrf2，通过Cullin 1介导泛素化和随后的蛋白酶体降解[7]。GSK-3还可通过p62与Keap1解离，发生自噬降解，释放Nrf2，增加其信号传导[8]。

1.2 Nrf2代谢调节作用Nrf2信号通路具有抗炎、抗氧化作用，调控细胞凋亡、自噬和铁死亡等，以抵抗应激损伤[9-11]，而且对细胞物质代谢调节起到重要作用。Keap1/Nrf2系统可以维持葡萄糖稳态和抑制糖尿病的发生和发展，保护胰腺β细胞免受各种类型的损伤，包括氧化剂、有毒化学物质和炎症相关的损伤；Keap1/Nrf2系统还可增强腺苷酸活化蛋白激酶（AMP-activated protein kinase，AMPK）磷酸化，抑制胰岛素抵抗的发生和进展，改善胰岛素抵抗，降低氧化应激对血管内皮的损伤，缓解血管的炎症[12]。Nrf2也可通过诱导20S蛋白酶体或p62依赖性自噬途径清除氧化损伤蛋白，细胞自我降解和循环利用胞内组分，从而对长期的细胞损伤起到关键保护作用[8]。Nrf2基因敲除（Nrf2-/-）小鼠表现为葡萄糖耐量受损及严重的高血糖症状，细胞线粒体功能异常，但Nrf2在不同靶器官中的细胞保护作用存在差异。因此，激活Nrf2可作为预防或治疗肥胖和2型糖尿病的有效手段。目前，十字花科蔬菜中发现的一种亲电性Nrf2 诱导剂异硫氰酸盐——萝卜硫素（sulforaphane），已成功用于治疗2型糖尿病。Nrf2转录或通路异常是许多以低度氧化应激和炎症反应为特征的慢性疾病的常见机制，以Nrf2为靶点的药物研发已在多个领域展开了广泛探索。

2 Nrf2对女性生殖器官的调节作用

2.1 Nrf2与卵巢Nrf2通路主要通过调控氧化应激维持ROS的生理水平，参与调节卵泡形成和卵母细胞成熟等，从而在复杂的生殖病理生理中发挥重要作用[13]。许多研究表明，氧化应激可诱导人卵母细胞凋亡，在卵泡发育和排卵的最后阶段产生过量的ROS，引起正向或负向调节作用，而Nrf2是卵巢的关键抗氧化调节因子之一[14]。生理水平的ROS是卵母细胞成熟、卵巢类固醇生物合成以及排卵前卵丘细胞形成所必需的信号转换器，当Nrf2的活性被抑制会导致ROS产生增加，线粒体活性降低[15]。研究发现Nrf2 通过调节Ⅱ期解毒和抗氧化酶（phase Ⅱantioxidant and detoxification enzymes）的表达，抵抗卵巢内氧化应激反应，其激活剂富马酸二甲酯（dimethylfumarate，DMF）可减少小鼠卵巢DNA损伤和氧化应激，从而改善卵巢储备功能[16]。

2.2 Nrf2与子宫子宫是女性产生月经和维持妊娠成功的重要器官，适当的氧化应激激活Nrf2及其下游靶点HO-1、NQO1等，调节促炎细胞因子的转录，帮助清除ROS和其他氧化剂，平衡氧化和抗氧化反应。但当氧化应激过度引起子宫严重炎症时，Nrf2的活性显著降低，并且Keap1与Nrf2的结合更牢固。Kadam等[17]研究脂多糖（lipopolysaccharide，LPS）诱导的早产小鼠模型后发现，LPS可能上调子宫蜕膜和肌层组织巨噬细胞中Toll样受体4（Toll-like receptor 4，TLR4）的表达，下调抗氧化剂Nrf2和HO-1的表达，促使子宫组织内炎症和氧化应激发生。另外，氧化应激诱导的DNA损伤和甲基化通过激活原癌基因和沉默抑癌基因在肿瘤发病和转化的早期阶段起关键作用，Nrf2泛素化遭到破坏时，强化了Nrf2依赖的保护机制，破坏细胞氧化还原稳态，为癌细胞提供生长优势，与浆液性子宫内膜癌的发生发展有关[18]。因此，Nrf2在子宫中可通过调节促炎因子或ROS的反应，介导抗炎症和抗氧化作用，提示特异性调节Nrf2的表达可能是子宫疾病临床治疗的一个新靶点。

3 Nrf2与女性生殖系统疾病

3.1 Nrf2与PCOSPCOS是育龄期女性最常见的生殖内分泌代谢性疾病，其特征是无排卵、雄激素过多和卵巢多囊样改变，多伴有胰岛素抵抗，氧化应激和慢性炎症是PCOS发病的关键因素。氧化应激可刺激雄激素合成酶活性，协同黄体生成激素（luteinizing hormone，LH）直接刺激卵巢卵泡膜细胞的增殖与雄激素的分泌，形成高雄激素血症。胰岛素抵抗导致高血糖，使细胞释放ROS，增加氧化应激，氧化应激又能损伤细胞，激活促炎症因子的表达，反过来促进胰岛素抵抗和高雄激素血症的发生。作为氧化应激反应的关键调节因子，Nrf2在PCOS患者或动物模型的卵巢、子宫和胎盘中的表达均出现异常，在PCOS的发病过程中具有重要作用。研究表明，PCOS样啮齿类动物模型的卵巢中ROS水平升高，卵巢和子宫超氧化物歧化酶（superoxide dismutase，SOD）水平降低，Nrf2通过调节Ⅱ期解毒和抗氧化酶的表达，抵抗卵巢内氧化应激反应[15,19-20]。Nrf2参与了胎盘生长及功能调节，其表达在合体滋养细胞中平衡氧化还原反应[15]。在小鼠的胎盘中，Nrf2的激活一方面可以减少妊娠期的氧化损伤，另一方面可与滋养层谱系的分化相互作用，通过诱导HO-1等抗氧化酶的表达以调节骨髓细胞的招募，维持妊娠子宫和胎盘血管的发育，从而促进胎盘的正常发育。在具有高雄激素血症和胰岛素抵抗的妊娠PCOS模型大鼠子宫和胎盘中Nrf2活性均受到抑制，SOD1磷酸化异常，线粒体功能障碍，引起氧化和抗氧化失衡，组织内发生炎症反应和铁死亡，从而导致胚胎数量明显减少[4,21-22]。此外，由高雄激素血症和胰岛素抵抗引起胎盘内ROS累积增加致胎儿丢失，与胎盘形成缺陷、糖原积累增加、血管生成减少和胎盘线粒体-ROS-SOD1/Nrf2轴失调有关[4]。以上研究都表明PCOS患者妊娠期自发流产风险增加，可能与生殖组织中Nrf2通路异常密切相关。

另外，近期研究发现一些药物可作用于Nrf2，可能对PCOS有治疗作用。体内、体外研究发现抗氧化剂N-乙酰半胱氨酸（N-acetylcysteine，NAC）可以调节PCOS大鼠模型胎盘中的Nrf2转录活性，从而下调核因子κB（nuclear factor-κB，NF-κB）信号反应和细胞因子的产生，增强胎盘抗氧化、抗炎症作用，从而提高胚胎存活率[4]。Wang等[23]收集PCOS与正常妇女的血清、卵泡液及卵巢颗粒细胞（granulosa cells）等进行检测分析，发现与非PCOS 患者相比，PCOS 患者卵巢中的抗凋亡多肽（Humanin）表达显著下调。并进一步在大鼠PCOS模型中证明Humanin通过调节Keap1/Nrf2信号通路发挥抗氧化作用，缓解PCOS患者卵巢颗粒细胞中的氧化应激。Huang等[24]用大鼠PCOS模型验证木犀草素（luteolin）通过上调Nrf2信号通路增强抗氧化反应，恢复PCOS大鼠的发情周期和卵巢形态，提示木犀草素有预防和治疗PCOS的潜力。Kyei等[25]应用PCOS小鼠模型发现抗氧化剂维生素D3和辅酶Q10均能显著降低卵巢氧化应激。Nrf2通路活性失常与流产、妊娠期糖尿病、子痫前期和早产等密切相关，可使胎盘内氧化应激和炎性细胞因子增加，胎盘功能受损，胎儿发育不良[15]。提示调节Nrf2相关通路可能改善妊娠并发症。总之，Nrf2信号通路异常可能参与PCOS的发病及其相关妊娠并发症的发生发展，而以Nrf2为作用靶点的药物可能成为PCOS临床治疗的候选药物之一。

3.2 Nrf2与EMs、子宫腺肌病EMs是一种普遍的慢性炎症和雌激素依赖性疾病，病理表现为子宫腔外子宫内膜样组织的附着和生长，以疼痛和不孕为主要特征。卵巢类固醇激素失衡、炎症、氧化应激和自噬失调等多种因素在该病的发病过程中起关键作用，并可进一步引起纤维化病变发展，继而发展为子宫腺肌病[3]。ROS可以影响子宫内膜细胞的通透性和黏附分子的表达，导致炎症反应。Nrf2是关键的抗氧化转录因子，通过清除ROS和防止DNA不稳定，控制内源性抗氧化酶的转录并防止氧化损伤，防止子宫内膜细胞中EMs的侵害。Jamali等[2]收集异位子宫内膜标本与在位子宫内膜标本进行对比，发现人异位子宫内膜细胞中Nrf2基因表达水平下降，且HO-1和NQO1酶活性均显著降低。目前大量研究显示，抗氧化抗炎类药物可通过靶向激活Nrf2相关通路，减慢EMs进程。有研究发现，咖啡酸可发挥抗氧化作用，用于干预异位子宫内膜细胞时会增加Nrf2基因表达，同时增强HO-1/NQO1酶促抗氧化防御系统，缓解氧化应激[2]。Kapoor等[26]用诱导的大鼠EMs模型研究发现，柚皮素（naringenin）主要通过调节线粒体介导的细胞凋亡、抗炎和抗侵袭反应，有效地逆转EMs，并瞬时抑制Nrf2/HO-1/NQO1信号传导。Liu等[27]发现萝卜硫素通过激活Keap1/Nrf2通路发挥抗炎镇痛作用，使EMs大鼠模型中的异位病灶缩小。另外，Nrf2通路激活剂2-氰基-3，12-二氧代齐墩果-1，9-二烯-28-酸甲酯（CDDO-Me）通过抑制氧化应激和炎症微环境，增加细胞凋亡，减少血管系统形成，降低纤维化蛋白的表达，从而对抗EMs的生长和发展[28]。

此外，子宫腺肌病的关键发病机制是腺细胞穿过子宫内膜下肌层损伤结构薄弱的区域并侵入子宫肌层，损伤和炎症使氧摄取增加，导致损伤部位ROS的释放和累积增加，而Nrf2通过维持细胞内氧化还原稳态和调控炎症反应可防御应激损伤[29]。Chen等[30]研究发现Nrf2在子宫腺肌病组织和腺细胞中较正常对照组过表达，提示NRF2可能是子宫腺肌病发病相关因子，而后进一步证明了NRF2的下调可以抑制腺细胞侵入子宫肌层（即子宫腺肌病的关键机制），即NRF2的下调抑制了子宫腺肌病的发病。表明了NRF2可能是子宫腺肌病的治疗靶点。

4 结语

Nrf2信号通路在女性卵巢、子宫、胎盘等生殖器官中参与氧化应激、炎症发生、铁死亡和自噬等多重调节作用。目前研究证实氧化应激和炎症反应参与多种女性生殖系统疾病的发生发展，Nrf2诱导剂因其具有拮抗氧化应激和抗炎症作用，有希望成为女性生殖系统疾病的治疗靶标。但Nrf2通路参与调节多种细胞功能，在女性生殖系统疾病领域的研究尚待开发，深入研究Nrf2通路调控抗氧化抗炎作用，及其与女性生殖系统疾病的关系，开展Nrf2相关药物针对妇科生殖系统疾病的临床研究，将成为临床防治PCOS、EMs等女性生殖系统疾病的新思路和治疗策略。