Nrf2/ARE通路与胰岛素抵抗的研究进展

曾 越 万 沁

(泸州医学院附属医院，四川 泸州 646000)

·综 述·

Nrf2/ARE通路与胰岛素抵抗的研究进展

曾 越 万 沁

(泸州医学院附属医院，四川 泸州 646000)

Nrf2/ARE通路；胰岛素抵抗；氧化应激

2型糖尿病(T2DM)是由多种病因引起的以胰岛素抵抗(IR)及β细胞功能障碍致慢性高血糖为主要表现的临床综合征。氧化应激则是指氧自由基生成过多和(或)细胞内抗氧化防御系统受损，导致氧自由基及相关代谢产物过量聚集，从而造成细胞加速凋亡及组织损伤的病理状态。在机体内，持续性高血糖诱导机体产生过多的活性氧自由基(ROS)可抑制胰岛素信号通路〔1〕，加重氧化应激，导致IR，并引起β细胞死亡、组织炎症损伤。Nrf2是新近发现的一种核转录因子，其主要以kelch样环氧氯丙烷相关蛋白(Keap)1-Nrf2-抗氧化反应元件(ARE)信号通路介导发挥抗氧化应激损伤的作用，目前被认为是细胞抗氧化机制中最重要的通路，并在IR中扮演重要角色，本文就Keap1-Nrf2-ARE与IR的进展与关系作一综述。

1 Nrf2/ARE通路的概述

1.1 Nrf2/ARE通路的分子结构 Nrf2是 cap'n'collar(CNC)转录因子家族成员，具有高度保守的碱性亮氨酸拉链结构，含有6个高度保守的结构域，Nrf2高表达于肾、肝等器官，同时也表达于皮肤、消化道及肺〔2〕。Keap1是一个多肽结构，含627个氨基酸残基，其中的半胱氨酸残基可以感受氧化应激的产生，对ROS和亲电子试剂具有良好的敏感性。在一般情况时，Nrf2与Keap1耦联，与肌动蛋白相结合稳定于胞质中，并受Keap1的负性调控，当受到氧化应激损伤刺激时，Keap1的半胱氨酸残基被修饰，改变构象导致Nrf2释放出来，进入细胞核中，通过与ARE相互作用，调节抗氧化蛋白和Ⅱ相解毒酶等靶基因的表达〔3〕，包括血红素氧化酶(HO)-1、超氧化物歧化酶(SOD)、还原型谷胱甘肽(GSH)、过氧化氢酶(CAT)，以维持细胞稳态及降低氧化应激损伤、抗炎症作用等。

1.2 Nrf2/ARE通路的功能 Nrf2/ARE信号通路的功能作用主要体现在对机体抗氧化应激、抗炎症反应等方面。氧化应激物质所致的细胞毒性损伤、炎症反应加重与Nfr2表达的缺失或激活障碍密切相关。Nrf2/ARE通路激活,进一步表达各种抗氧化酶及解毒酶，SOD就是其中一种重要的抗氧化酶，当SOD在机体高表达时可以抑制氧化应激引起的细胞死亡和组织损伤。Zhao等〔4〕在对比观察丹皮酚预处理以减轻脑缺血损伤小鼠时发现，通过上调Nrf2蛋白的表达，小鼠血清中SOD明显升高，脂质过氧化产物降低，小鼠神经功能障碍明显改善，脑梗死面积减少，脑水肿减轻，说明Nrf2通路上调了抗氧化酶的表达以减轻氧化应激损伤。由于持续氧化应激刺激，如血循环中慢性高血糖、高血脂的长期作用可直接导致血管内皮损伤，引起机体慢性炎症反应，而通过激活Nrf2通路可逆转氧化应激所致炎性损伤。Boyanapalli等〔5〕建立了Nrf2+/+与Nrf2-/-的小鼠模型，并用脂多糖饮食长期饲养后检测炎症指标，如环氧合酶(COX)-2,诱导型一氧化氮合酶(iNOS),白细胞介素(IL)-6和肿瘤坏死因子(TNF)-α，结果两组小鼠血清中的炎性指标均明显升高，提示长期脂多糖饮食刺激导致小鼠炎症损伤，而在应用Nrf2激活剂后仅Nrf2+/+小鼠的炎症指标较前下降，说明Nrf2通路激活可通过抑制COX-2、iNOS、 IL-6和 TNF-α等炎症因子的分泌，达到减轻炎症反应的作用。

2 IR的相关机制

2.1 概述 IR是指各种原因使胰岛素促进葡萄糖摄取和利用效率下降的一种病理生理状态，是DM发病的重要机制。生理状态下，胰岛素发挥作用依赖于胰岛素与其细胞膜受体结合和结合后完整的信号传导。胰岛素受体(InR)的信号转导主要经过磷脂酰肌醇3激酶(PI3K)通路和丝裂原活化蛋白激酶(MAPKs)依赖的通路，其中InR底物(IRS)1和IRS2与InR相结合后使得PI3K与IRS上磷酸化的酪氨酸残基相互作用，并激活蛋白激酶B(Akt)→叉头转录因子(FOXO)1途径，调节肌肉和脂肪细胞内的胰岛素敏感性葡萄糖转运体(Glut4)的转位〔6，7〕，促进葡萄糖利用。其间，胰岛素信号转导过程中各个阶段出现缺陷就会干扰胰岛素发挥作用，降低胰岛素敏感性而诱发IR。

IR的发生与氧化应激、脂肪因子及受体缺陷等因素的作用密切相关。持续ROS刺激并进入到机体组织细胞而加重的氧化应激是IR发生的关键机制。另外，因机体脂肪细胞增殖、分化失常分泌的脂肪因子，可引起机体IR和高胰岛素血症的发生，成为DM及肥胖症中IR的发病机制之一。而受体缺陷一直是IR发生的原因，多种受体后信号通路和干预靶点成为近年研究IR的热点。作为内源性抗氧化系统中重要组成部分，Nrf2/ARE通路通过其抗氧化应激损伤和抗氧化还原、抗炎症等保护防御作用与IR的发病机制紧密相连，在IR机制研究中引起了广泛关注。

2.2 Nrf2/ARE通路与氧化应激 氧化应激在大量研究中被提出是IR的重要机制。Archuleta等〔8〕在研究不同剂量氧化剂对体外培养大鼠骨骼肌细胞IR影响时发现，氧化应激可致AKT磷酸化水平下调，IRS的丝氨酸磷酸化增多，最终导致胰岛素信号通路受损，葡萄糖转运能力及活性降低，大鼠肌细胞产生IR，说明持续氧化应激损伤可导致IR的发生。还有学者将绿茶中的儿茶素应用于高脂饮食诱导的肥胖大鼠得出，儿茶素能显著降低受试动物的血糖水平，并通过清除ROS减轻氧化应激损伤，提高胰岛素敏感性，从而改善IR〔9〕。

核转录因子(NF)-κB通路是现如今研究较热的炎症通路之一，它不仅控制着机体免疫和炎性反应,亦是氧化应激的一个重要细胞内靶点,氧化应激和炎性反应通过IKB激酶(IKK)/NF-κB途径发生众多交汇〔10〕。实验证明，IKK/NF-κB通路的激活可引起脂肪组织、肝脏乃至下丘脑部位的代谢紊乱及炎症反应，并导致严重的外周及中枢IR〔11〕。倪阵〔12〕通过诱导Nrf2-/-小鼠为非酒精脂肪性肝炎(NASH)模型成功后观察2 w发现，小鼠出现明显IR，且小鼠肝脏组织中NF-κB、IL-1β、TNF-α、COX-2、内皮型一氧化氮合酶(eNOS)等表达显著增高，说明敲除转录因子Nrf2可以使高脂饮食诱导下的小鼠肝脏IR、氧化应激损伤加重，而其机制极有可能与诱导 IKK/NF-κB 活化有关。赵曙光等〔13〕在进行体外培养人肝细胞实验中，利用葡萄糖氧化酶诱导肝细胞氧化应激损伤后，予以姜黄素激活Nrf2表达，结果发现具有抗氧化功能的Ⅱ相解毒酶如GSH合成增加，ROS生成减少，肝细胞IR程度减轻，提示Nrf2信号通路的激活可改善氧化应激诱导的IR。但Meakin等〔14〕研究发现高脂饮食饲养的 Nrf2-/-小鼠表现出比同样高脂饮食饲养Nrf2+/+小鼠更强的抗氧化应激能力及胰岛素敏感性。其原因可能是因为胰岛素信号传导过程中因过氧化氢(H2O2)水平增加而激活的抗氧化能力，通过增加蛋白酪氨酸磷酸酶的灭活而拮抗胰岛素信号受损引起的〔15〕。目前关于Nrf2通路与氧化应激及IR的临床研究较少。有学者在研究氧化应激与慢性肾脏病(CKD)患者的关系时，分别在健康受试者和CKD患者外周血细胞中利用免疫印迹分析法得出Nrf2蛋白的表达，结果发现CKD患者中Nrf2蛋白表达远远超过健康受试者，且在检测出的脂质过氧化产物及SOD水平亦较对照组升高，说明CKD患者存在氧化应激损伤并与Nrf2/ARE通路密切相关〔16〕。近期，来自一项墨西哥的临床研究发现，通过检测DM及DM前期患者血中Nrf2蛋白表达、GSH、SOD、丙二醛(MDA)及相关氧化应激指标水平，得出DM患者的SOD、MDA水平较DM前期患者明显升高，且在DM前期及DM患者血中都检测出Nrf2蛋白的低表达，说明DM患者体内存在氧化应激，同时Nrf2通路参与其中，而IR作为DM患者主要发病机制及特征，提示Nrf2信号通路也参与到了IR的发生中〔17〕。

2.3 Nrf2/ARE通路与脂肪因子 脂肪因子是指在正常生理情况下由脂肪细胞所分泌的一系列蛋白和激素类物质，包括脂联素、抵抗素、TNF-α、瘦素和IL-6、IL-8、IL-10等。脂联素是由成熟脂肪细胞分泌，与内脏脂肪组织IR抗密切相关，同时它也是过氧化物酶增殖体激活受体(PPAR)γ的重要激动因子，是目前已知具有增强胰岛素敏感性作用最强的脂肪因子〔18〕。抵抗素能通过促进细胞因子信号转导抑制子(SOCS)-3的表达并增加它与IRS竞争性结合，使磷酸化的酪氨酸残基水平降低、PI3K及Akt激活减少等，阻断了胰岛素信号转导，减少了脂肪细胞中胰岛素的利用，使脂肪细胞内游离脂肪酸含量明显增加，最终引起高胰岛素血症进而导致IR〔19〕。还有脂肪因子如TNF-α和IL-6可以直接干扰 IRS1/PI3K/Akt 胰岛素信号通路而导致IR的发生〔20〕。Xu等〔21〕研究证实，诱导 Nrf2 激活可阻断脂肪堆积、分化，抑制脂肪因子的分泌。还有国外学者在治疗肥胖及肥胖相关代谢疾病中，发现姜黄素通过激活Nrf2通路抑制NF-κB 的信号转导，从而导致脂肪细胞因子的下调，包括TNF-α、IL-6、抵抗素、瘦素和单核细胞趋化蛋白-1，并上调了脂联素等基因产物〔22〕，说明Nrf2通路的激活可直接调节脂肪因子的分泌，并可通过影响脂肪因子的生理作用改善IR。

2.4 Nrf2/ARE通路与受体缺陷 一直以来，受体缺陷都是IR发病机制的中心环节，它表现为受体功能与结构的异常，主要包括InR数目减少及亲和力下降导致与胰岛素结合减少、InR抗体的形成等〔23〕。研究表明，氧化应激持续刺激可以诱导胰岛素转导过程中多种激酶活化，如蛋白激酶C、蛋白激酶K等，从而抑制IRS的正常酪氨酸磷酸化，降低IRS与InR的结合力，并减弱IRS激活其下游PI3K的磷酸化，阻碍胰岛素信号向下游的传递〔24〕，因此可以得出氧化应激参与了IR作用过程，长时间的氧化应激损伤甚至可以导致InR缺陷并阻断正常胰岛素信号传导。而Nrf2/ARE通路本身具有抗氧化应激作用，推测Nrf2/ARE通路可能通过该效用发挥减轻IR氧化应激损伤及促进胰岛素信号转导的作用，但有关受体缺陷与Nrf2/ARE通路直接关系的研究尚未见报道。

综上，Keap1-Nrf2-ARE通路成为DM、肥胖等代谢性疾病研究领域的热点。通过激活Nrf2-ARE通路，可以减少高血糖、高血脂等引起的氧化应激和炎症反应损伤、ROS生成过多而导致的IR及胰岛β细胞功能障碍。目前为止，关于Keap1-Nrf2-ARE通路的研究还大部分集中在细胞及动物实验，Nrf2的持续表达与激活是否又会对机体产生不利影响，Nrf2/ARE通路激活后通过上调Nrf2的表达极有可能为改善IR、保护T2DM胰岛β细胞功能提供新的治疗靶点。

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〔2015-12-05修回〕

(编辑 苑云杰/王一涵)

万 沁(1971-)，女，教授，硕士生导师，硕士，主要从事糖尿病大血管并发症研究。

曾 越(1989-)，女，在读硕士，主要从事糖尿病大血管并发症研究。

R587

A

1005-9202(2017)04-1009-03；

10.3969/j.issn.1005-9202.2017.04.102