Nrf2:老年心肾疾病的共同靶点

孟 华 (第四军医大学第一附属(西京)医院老年病科，陕西 西安 710032)

氧化应激不仅是衰老机制的重要危险因素，也是众多疾病发生的病理生理基础;氧化还原状态的失衡促进衰老及诱发心肾疾病，如心血管疾病(CVD)和慢性肾脏病(CKD)〔1～3〕。而转录因子红细胞系-2相关因子2(Nrf2)作为外源性有毒物质和氧化应激的感受器，在病理情况下，与抗氧化反应元件(ARE)结合，启动ARE调控的第Ⅱ相解毒酶及抗氧化酶基因的表达，激活细胞的抗氧化机制及抑制细胞的炎症信号通路，在机体抗氧化应激方面起着重要的作用〔3～5〕。近年，以Nrf2信号通路为靶点的抗氧化炎症调节剂成为研究热点，特别是在心肾保护及抗衰老等方面成为防治靶点。

1 Nrf2的生物学作用及调控

Nrf2于1994年由Moi等作为结合在β珠蛋白基因启动子NF-E2重复序列的因子被克隆出，属于转录因子CNC家族，含有亮氨酸拉链(bZip)结构〔5〕。Nrf2蛋白分子量66 kN，在肝脏、肾脏等解毒器官以及皮肤、肺和消化道等暴露于外环境中的器官高度表达〔1，5〕。正常情况下，Nrf2和细胞骨架相关蛋白Keapl以N端的Neh2区域结合成二聚体的形式存在于细胞质中，从而使保护细胞的酶类和抗氧化物处于基础表达水平，细胞处于稳定状态〔6〕。因此，Nrf2被认为是调节细胞内众多抗氧化物表达关键性因子，其与Kelch样环氧氯丙烷相关蛋白-1(Keap1)及ARE共同构成Keap1/Nrf2/ARE通路，对机体多种抗氧化酶的表达进行调节和控制，具有维持细胞氧化-抗氧化平衡、抑制凋亡、抗炎等多重生物活性〔1，6〕，从而在对抗多种疾病的病理状态，如老化、炎症及CVD、肺损伤、肺纤维化和哮喘、脑缺血等，具有多器官保护作用〔7〕。

在静息状态下，Nrf2处于一种非游离并且不断降解的非活性状态，当受到亲电试剂或活性氧(ROS)的刺激，Keap1与Nrf2解耦联，使得Nrf2转移入核，与基因中的Maf蛋白结合成异二聚体后识别并结合ARE，启动下游保护性蛋白基因的转录，提高细胞抗氧化应激能力〔8，9〕。另外，Nrf2蛋白作为一种转录因子，也可以通过结合其自身基因5'端的ARE序列，调节其蛋白的转录活性〔10〕。目前虽然Keapl介导的泛素化及降解是控制Nrf2活性的主要途径，但仍存在其他的调控模式，主要包括亚细胞定位、转录后修饰及磷酸化，具体机制仍在研究中〔7〕。

2 Nrf2与老年心肾疾病

Nrf2作为最重要的细胞防御机制的转录因子，可以对抗微环境中的各种损伤。大量证据表明，在肺、肝、胃肠道、膀胱、肾、心和神经系统等不同器官中，Nrf2是多种病理性应激的主要调节点，成为治疗或预防多种疾病的潜在有效靶点〔7，11〕。心脏和肾脏是控制机体循环和血流动力学稳定的两个重要器官，CVD和CKD之间的关系在临床上尤其是在老年病学中越来越受到关注。大量的研究表明，氧化应激是衰老、CVD与CKD相互关联的共同病理生理因素，在老年心肾疾病的发生发展中起关键作用。而Nrf2是细胞抗氧化应激的中枢调节者，在细胞介导的抗氧化应激防御反应中具有重要的作用。

2.1 Nrf2与衰老 氧化应激是衰老机制中的重要后天危险因子〔2〕。有研究报道〔12〕，对不同年龄的大鼠(2 个月、1 年、2 年)的Nrf2含量及谷胱甘肽过氧化物酶(GPX)、谷胱甘酞还原酶(GR)、过氧压氢酶(CAT)、醌氧压还原酶(NQO1)的表达水平进行检测发现，2年大鼠比年轻老鼠分别下降46%和23%、49%、26%、86%。此实验显示，Nrf2与机体的老化过程关系密切。在衰老过程中，接触性免疫反应和T细胞免疫都是下降的，而树突细胞的氧化还原平衡状态是维持细胞免疫的关键因素，其氧化还原状态紊乱导致的接触性过敏反应和T细胞免疫能力下降是衰老在免疫系统的表现〔13〕。Kim等〔14〕把老年大鼠的树突细胞移植到年轻大鼠会导致年轻大鼠免疫能力下降，但是在体外经过Nrf2激动剂刺激过的树突细胞(来源于衰老大鼠)移植到年轻老鼠则可以提高抗氧化酶和谷胱甘肽(GSH)合成能力，提高机体的接触性免疫反应和T细胞免疫能力。此结果表明，激活Nrf2可以对抗衰老引起的免疫能力下降。

2.2 Nrf2与CVD Nrf2在心血管系统有广泛的表达。有证据表明〔11〕，Nrf 2/ARE信号在CVD的发病机制中也发挥重要作用。Nrf2几个目的基因包括血红素氧化酶(HO)-1，超氧化物歧化酶(SOD－)，Trx和GPX在内，在保护心脏重塑和心功能失调方面发挥关键作用。Nrf2缺失能导致心脏成纤维细胞和心肌细胞对活性氧和活性氮诱导的细胞毒性的易感性增高。在心肌重塑的早期阶段Nrf2表达上调，但随着心脏功能的进一步衰退，Nrf2表达下降，同时伴随着心脏功能障碍和病理性的压力负荷过大〔11〕。在病理性血流动力学的应激状态下，由于Nrf2 缺失阻断了其目的基因 HO-1、SOD-2、SOD-3、Trx-l、TrxlR和GPX的上调，导致不正常的心肌重塑，包括氧化应激增加，心肌细胞凋亡和纤维化，心肌肥厚以及心功能障碍的早期表现〔15〕。因此可以说，Nrf2通过调节抗氧化基因的表达来维持氧化还原的稳态，是病理性的心肌肥厚和心力衰竭的一个新颖的负调节因子〔11，15〕。

2.3 Nrf2与CKD CKD是指肾脏损伤(肾脏结构或功能异常)或肾小球滤过率(GFR)低于60 ml·min-1·1.73 m-2)持续3个月以上为特征的肾脏疾病。研究表明〔16〕，在CKD的早期阶段，即存在氧化应激反应(以血浆8异前列腺素浓度为氧化应激标志物)，氧化应激水平随CKD的进展而增加，并与肾小球滤过率呈负相关。李航等〔17〕研究发现，糖尿病大鼠的Nrf2总蛋白及核蛋白表达均明显高于正常对照组，说明早期糖尿病小鼠肾脏中即出现ROS增加，激活了Nrf2蛋白的表达和核转位，但HO-1表达却明显低于正常对照组，推测是由于糖尿病早期生成了过多的ROS，消耗了通过机体自身的Nrf2/ARE信号通路激活而增加的抗氧化蛋白HO-1，机体的抗氧化能力降低;在用抗氧化蛋白的强诱导剂处理后糖尿病肾病大鼠的肾脏中Nrf2表达提高。Nrf2的调节作用在高糖诱导的系膜细胞中进一步得到证实〔18〕。另有研究表明〔7〕，Nrf2介导的Ⅱ相解毒酶和抗氧化剂的表达在防御药物性肾损伤和缺血再灌注肾损伤等方面具有重要作用。由此可见，Nrf2与CKD应有密切的联系，但由于CKD的病因病机复杂，Nrf2在CKD的具体作用及调节机制并不完全清楚。

3 以Nrf2为靶点的抗氧化剂研究现状与心肾保护

大量研究证实Nrf2能够保护不同类型的器官和细胞，Nrf2的这种广谱特性使其对于多器官疾病具有巨大的治疗潜力。近年，以Nrf2为靶点的抗氧化剂如三萜类化合物在CVD和CKD方面显示了良好的防治前景。

研究发现〔19〕，一些新合成的三萜类化合物具有抗炎、抗氧化作用，是新的Nrf2的诱导剂，对受损细胞、器官起保护作用。如dihydro-CDDO-trifluoroethyl amide(dh404)能够稳定Nrf2蛋白、提高核转位、激活Nrf2，从而抑制血管紧张素Ⅱ诱导的心肌细胞的氧化应激反应〔20〕。甲基Bardoxolone(一种口服抗氧化炎症调节剂)在2型糖尿病和CKD病人中显示出疗效，经口服甲基Bardoxolone后GFR明显改善;较而且在晚期CKD和2型糖尿病的病人中，甲基Bardoxolone(治疗)与24 w时估计的GFR 改善相关，这种改善持续至 52 w〔21，22〕。Wu 等〔23〕的研究发现，甲基bardoxolone通过提高Nrf2、PPARγ和HO-1的表达，而减弱急性肾损伤，达到保护肾脏的作用。

还有一些Nrf2的诱导剂也显示了其心肾血管的保护作用。如脂氧素(LXA)是一类被誉为“炎症刹车因子”的花生四烯酸产物，可以调控血管内皮 ROS的产生〔24〕;其类似物15-脱氧-△～(12，14)-前列腺素J2(15 d-PGJ2)由花生四烯酸在环氧合酶(COX)作用下合成，是激活Nrf2的内源性诱导剂，与防治细胞氧化应激关系密切〔25〕。龚建明等〔26〕研究发现，LXA通过活化转录因子Nrf2来促进多种抗氧化酶的表达，进而减轻细胞内的氧化应激损伤。

总之，Nrf2作为与氧化应激相关疾病中的一个潜在防治靶点，其诱导剂或激活剂的开发和应用具有广阔的前景。

1 李 航，段惠军.Nrf2/ARE信号通路及其调控的抗氧化蛋白〔J〕.中国药理学通报，2011;27(3):300-3.

2 保志军，竺 越，陆佩芳，等.衰老与AD同时平行研究的重要性〔J〕.中国老年学杂志，2011;31(11):2131-3.

3 夏世金.炎性衰老研究的现状和新策略〔J〕.实用老年医学，2010;24(1):7-9.

4 Nguyen T，Nioi P，Pickett CB.The Nrf2-antioxidant response element signaling pathway and its activation by oxidative stress〔J〕.J Biol Chem，2009;284(20):13291-5.

5 Singh S，Vrishni S，Singh BK，et al.Nrf2-ARE stress response mechanism:a control point in oxidative stress-mediated dysfunctions and chronic inflammatory diseases〔J〕.Free Radic Res，2010;44(11):1267-88.

6 崔 俣，马海英，孔 力.Nrf2/ARE通路与机体抗氧化机制的研究进展〔J〕.吉林大学学报(医学版)，2011;37(1):187-9.

7 张灵敏，张明鑫，景桂霞.Nrf2在多器官保护中的作用研究进展〔J〕.成都医学院学报，2010;5(1):75-8.

8 McMahon M，Thomas N，Hoh K，et al.Dimerization of substrate adaptors can facilitate cullin-mediated ubiquitylation of proteins by a“tethering”mechanism:a two-site interaction model for the Nrf2.Keapl complex〔J〕.J Biol Chem，2006;281:24756-68.

9 Luo Y，Eggler AL，Liu D，et al.Sites of alkylation of human Keap1 by natural chemoprevention agents〔J〕.J Am Soc Mass Spectrom，2007;18:2226-32.

10 Itoh K，Wakabayashi N，Katoh Y，et al.Keapl regulates both cytoplasmic-nuclear shuttling and degradation of Nrf2 in response to electrophiles〔J〕.Genes Cells，2003;8:379-91.

11 呼海娟，崔 炜，刘 静.Nrf2在心血管系统中的作用研究进展〔J〕.中国心血管杂志，2011;16(1):66-8.

12 Shih PH，Yen GC.Differential expressions of antioxidant status in aging rats:the role of transcriptional factor Nrf2 and MAPK signaling pathway〔J〕.Biogerontology，2007;s(2):71-80.

13 蔡维霞，张 军，胡大海.氧化和化学应激的防御性转导通路-Nrf2/ARE〔J〕.中国生物化学与分子生物学报，2009;25(4):297-300.

14 Kim HJ，Barajas B，Wang M，et al.Nrf2 activation by sulforaphane restores the age-related decrease of T(H)1 immunity:role of dendritic cells〔J〕.J Allergy Clin Immunol，2008;121(5):1255-61.

15 Li J，Iehikawa T，Villacorta L，et al.Nrf2 protects against maladaptive cardiac responses to hemodynamic stress〔J〕.Arterioseler Thromb Vasc Biol，2009;29:1843-50.

16 张刘锋.氧化应激与肾功能不全:机制、临床预后和治疗〔J〕.中国高血压杂志，2010;18(3):296-7.

17 李 航，任韫卓，刘淑霞，等.叔丁基对苯二酚对糖尿病小鼠肾脏氧化应激损伤及Nrf2蛋白表达的影响〔J〕.中国药理学通报，2009;25(10):1341-5.

18 Li H，Wang F，Zhang L，et al.Modulation of Nrf2 expression alters high glucose-induced oxidative stress and antioxidant gene expression in mouse mesangial cells〔J〕.Cell Signal，2011;23(10):1625-32.

19 Sporn MB，Liby KT，Yore MM，et al.New synthetic triterpenoids:potent agents for prevention and treatment of tissue injury caused by inflammatory and oxidative stress〔J〕.J Nat Prod，2011;74(3):537-45.

20 Ichikawa T，Li J，Meyer CJ，et al.Dihydro-CDDO-trifluoroethyl amide(dh404)，a novel Nrf2 activator，suppresses oxidative stress in cardiomyocytes〔J〕.PLoS One，2009;4(12):e8391.

21 Pergola PE，Raskin P，Toto RD，et al.Bardoxolone methyl and kidney function in CKD with type 2 diabetes〔J〕.N Engl J Med，2011;365(4):327-36.

22 Pergola PE，Krauth M，Huff JW，et al.Effect of bardoxolone methyl on kidney function in patients with T2D and Stage 3b-4 CKD〔J〕.Am J Nephrol，2011;33(5):469-76.

23 Wu QQ，Wang Y，Senitko M，et al.Bardoxolone methyl(BARD)ameliorates ischemic AKI and increases expression of protective genes Nrf2，PPARγ，and HO-1〔J〕.Am J Physiol Renal Physiol，2011;300(5):F1180-92.

24 Mora MA，Almeida A.Mitochondrial respiratory chain and free radical generation in stroke〔J〕.Free Radical Biol Med，2005;39(10):1291-304.

25 Gong P，Stewart D，Hu B，et al.Activation of the mouse heme oxygenase-1 gene by 15-deoxy-Delta(12，14)-prostaglandin J(2)is mediated by the stress response elements and transcription factor Nrf2〔J〕.Antioxid Redox Signal，2002;4(2):249-57.

26 龚建明，黄引平.脂氧素通过Nrf2信号通路对LPS诱导脐静脉内皮细胞氧化应激的抑制作用〔J〕.医学研究杂志，2011;40(1):97-101.