沉默信息调节因子2相关酶类1/核因子E2相关因子2信号通路在高血压病中的抗氧化应激作用

陈宗泽综述，廉姜芳审校

高血压是最常见的慢性病，也是心脑血管病最主要的危险因素。其脑卒中、心肌梗死、心力衰竭及慢性肾脏病等主要并发症，不仅致残、致死率高，而且严重消耗医疗和社会资源，给家庭和国家造成沉重负担。目前我国18岁及以上成人高血压患病率为25.2%，且呈逐步上升趋势[1]。氧化应激在高血压的发生发展中起着重要作用。机体内活性氧簇（ROS）过度生成以及抗氧化能力的降低对于高血压患者的氧化应激损伤密切相关。因此，寻找一条有效调节氧化应激机制的路径，对于提高高血压患者的生活质量，减轻家庭，社会负担具有重要意义。现对核因子E2相关因子2（Nrf2）、沉默信息调节因子2相关酶类1（Sirt1）、Sirt1/Nrf2途径在氧化应激时调节抗氧化程序的表达及其在预防和治疗高血压中发挥的重要作用予以阐述。

1 氧化应激在高血压发病过程中的作用

氧化应激是指机体在遭受各种有害刺激时，使氧自由基过度生成和机体内抗氧化防御系统间失衡，从而引起细胞毒性改变的病理过程[2]。ROS是有氧代谢产生的具有氧化能力的自由基[3]，其主要包括超氧阴离子（.O2-）、过氧化氢（H2O2）、羟自由基（OH-）等。ROS可发挥重要的生理作用，如诱导宿主防御基因表达、激活转录因子和调控信号转导[4]。但当其水平超过细胞生理需要时，可直接损害或通过一系列过氧化链式反应引起细胞毒性改变[5]。氧化应激介导的高血压过程涉及多个系统，包括心血管系统、肾脏及中枢神经系统等[6]。肾素血管紧张素系统（RAS）是机体内调节血压的重要体系，其中血管紧张素II（AngII）是心血管系统中ROS生成和氧化应激的重要激活物，AngII通过与其I型受体（AT1R）结合，激活体内还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（NADPH）氧化酶产生ROS，从而参与机体功能调节[7]。在心血管系统中，ROS是血管张力和结构重塑的强有力调节因子，并在炎症、增殖、凋亡、血管生成中发挥病理生理作用，上述这些都是形成高血压内皮功能障碍、心脏重构和其他心脏疾病的病理性进程的重要因素[8]。ROS水平升高导致氧化应激水平增加会诱导血压的升高，而高血压又会进一步促进ROS的生成增加和组织氧化损伤[9]。

2 核因子E2相关因子2的结构功能及分布

2.1 核因子E2相关因子2的结构功能

Nrf2是新近发现的在氧化应激系统中起关键作用的转录调节因子。Nrf2蛋白相对分子量为66 KD，属于cap’n’collar（CNC）调节蛋白家族，是具有高度保守的碱性亮氨酸拉链结构（bZip）的转录因子。除Nrf2外，该家族成员还包括NF-E2、Bach1、Bach2、Nrf1和Nrf3，尽管在DNA结合域和亮氨酸拉链域上有着高度同源性，却具有各自不同的生物学功能。

脊椎动物的Nrf2包括6个高度保守的环氧氯丙烷（EHC）同源结构域（Neh），分别被命名为Neh1-6[10]。其中Nrf2羧基端的Neh3结构域在调节Nrf2转录活性中发挥重要作用[11]。此外，位于氨基端的Neh2结构域是Kelch样环氧氯丙烷相关蛋白1（Keap1）的结合部位，对Nrf2活性进行负性调节[12]。而Neh4和Neh5位于Neh1和Neh2之间，是环磷酸腺苷（cAMP）反应结合蛋白（CBP）的结合部位，对Nrf2目标基因的转录活化密切相关。

Nrf2与CNC家族中含有bZip结构的其他成员相似，通过与Maf、c-Jun、ATF4、JunD等形成异源二聚体，并与抗氧化反应元件（ARE）结合，从而诱导多种编码II相解毒酶及抗氧化蛋白基因的表达[13]。Nrf2经典的目的基因主要有：超氧化物歧化酶（SOD）、血红素氧化酶（HO-1）、醌氧还原酶1（NQO1）、谷氨酰半胱氨酸连接酶（GCL）等，这些细胞保护性蛋白可清除氧自由基，还原过氧化物。

2.2 核因子E2相关因子2的分布

大量证据表明，在不同的器官，包括肝脏、肾脏等解毒器官以及肺、皮肤、消化道等暴露于外环境中的器官，Nrf2是多种病理性应激的主要调节点。因此，Nrf2成为人们治疗和预防多种疾病的潜在有效靶点。基因敲除实验证实，Nrf2敲除小鼠对由对乙酰氨基酚诱导的肝细胞损伤以及肿瘤坏死因子-α（TNF-α）诱导的肝细胞凋亡更敏感，且这种高敏感性与细胞相关抗氧化酶的表达减少有关。此外，Nrf2敲除小鼠对线粒体应激及缺血的敏感性也明显增加。Nrf2在心血管系统中也有广泛表达。在人主动脉内皮细胞，已经证明层流能够促使Nrf2/ARE信号的传递，抑制氧化应激诱导的细胞毒性和TNF-α诱导的单核细胞趋化蛋白-1（MCP-1）和血管细胞黏附分子-1（VCAM-1）表达，对于单核细胞的黏附也起到抑制作用[14]。胰岛素通过Nrf2依赖的GCL催化亚基的表达来抑制高血糖引起的脑内皮细胞凋亡，同时Nrf2的活化也能够逆转高血糖引起的内皮细胞功能障碍[15]。总之，这些结果表明Nrf2/ARE信号通路在调节内皮细胞功能方面发挥重要作用，但他们在心血管系统中的生理重要性还有待深入探讨。

2.3 核因子E2相关因子2的抗氧化作用

氧化应激产生的ROS直接或间接地损伤细胞内蛋白质、脂质、核酸等大分子物质的生理功能，是众多疾病发生发展的病理生理基础。近年来研究表明，Nrf2/ARE信号通路在细胞抗氧化应激和外源性有毒物质诱导的主要防御机制中发挥着极其重要的作用，是迄今为止发现的最为重要的内源性抗氧化应激通路[16]。正常生理情况下，Nrf2主要与其抑制剂Keap1结合，以非活性状态存在于胞浆中，在泛素蛋白酶体途径作用下迅速降解，以保持在生理状态下Nrf2的低转录活性[17]。当细胞受到ROS或其他亲核剂攻击后，Nrf2与Keap1解偶联，活化的Nrf2转运进入细胞核，与Maf蛋白等结合成异二聚体后再与ARE结合，激活靶基因的表达，调控II相代谢酶、抗氧化酶的转录活性，从而发挥抗氧化损伤的作用[18]。在过氧化氢诱导活性氧抗氧化酶基因如SOD、谷胱甘肽过氧化物酶1（GPX1）等表达的同时也明显增加了Nrf2的表达。在Nrf2基因敲除的小鼠，其基础及诱导性抗氧化基因表达明显降低，而氧化应激损伤明显增强，提示Nrf2/ARE通路是调节细胞内氧化还原状态的关键[19]。Cheng等[20]研究发现，抑制Nrf2/ARE通路活性会引起内皮细胞功能紊乱。研究表明，Nrf2在增强组织抗氧化能力、保护组织免受毒物损害、抗肿瘤、抗炎症、抗凋亡中起着重要作用[21]。可见，Nrf2信号的激活，无疑是对抗氧化应激引起组织损伤的重要途径。

3 沉默信息调节因子2相关酶类1的结构及功能

3.1 沉默信息调节因子2相关酶类1的结构

沉默信息调节因子2（Sir2）相关酶类（Sirt）是一类依赖烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（NAD+）的蛋白去乙酰化酶。目前为止，在人体中已发现7个同源蛋白（Sirt1-Sirt7）[22]。在这些同源蛋白中，研究最多的是Sirt1。Sirt1主要分布于细胞核，但在胞质内也有分布[23]。人类的Sirt1具有2个基本的结构域：一个大的结构域，主要由Rossmann折叠构成，其保守性较高；一个小的结构域，包含一个锌带结构和一个螺旋结构，其保守性较大结构域低。在这两个结构域之间形成一个裂隙，它的底物就结合于此并发生催化反应[24]。

3.2 沉默信息调节因子2相关酶类1的功能

Sirt从细菌到人类广泛分布，是一种高度保守性蛋白[25]。Sirt1在人体组织中广泛表达，运动、能量限制能够上调其表达[26]。Sirt1通过对组蛋白以及非组蛋白如转录因子、其他蛋白修饰的赖氨酸残基进行去乙酰化来调节基因的表达，从而发挥抗氧化应激、调节细胞凋亡、增殖及能量代谢等作用。

Sirt1调节几种控制代谢及内分泌信号的转录因子，如过氧化物酶体增殖活化受体γ辅激活因子-1α（PGC-1α）：Sirt1既可以提高PGC-1α的去乙酰化水平，也能够提高PGC-1α的mRNA和蛋白表达水平[27]。而PGC-1α可提高过氧化物酶体增殖活化受体γ（PPAPγ）活性从而提高线粒体能量代谢和生物合成。Sirt1去乙酰化核转录因子-κB（NF-κB），使炎症细胞因子释放受阻，从而减轻炎症反应程度[28]。Sirt1可以双向调控叉头蛋白（FOXO）:一方面提高细胞对抗氧化应激的能力，另一方面诱导细胞凋亡能力减弱[29]。Sirt1需要NAD+作为辅激活因子，而被NAD+或乙酰化产物烟酰胺抑制。研究已经证实Sirt1在衰老相关疾病中及氧化应激中具有保护作用，如神经退行性疾病、心血管系统疾病、肾脏系统疾病等[30，31]。

4 沉默信息调节因子2相关酶类1/核因子E2相关因子2信号通路与高血压

Sirt1/Nrf2在氧化应激时能够促进许多抗氧化程序的表达，使抗氧化酶类表达增加，从而发挥抗氧化的作用，减少ROS的产生。有研究证实，Sirt1促进核聚集，DNA结合和Nrf2的转录活性，并促进Nrf2下游基因HO-1和SOD的表达，导致以脱乙酰酶依赖的方式降低ROS的水平[32]。Huang等[33]通过培养原代肾小球系膜细胞，用Sirt1 siRNA干预后，Sirt1蛋白表达明显减少，活性显著降低，同时Nrf2蛋白表达也明显减少，与靶基因ARE的结合力下降，下游抗氧化蛋白的表达减少而ROS水平升高，病理改变明显。Sirt1的激动剂白藜芦醇能显著上调不同疾病中Nrf2的表达，促进其核转位从而发挥抗氧化作用[34]。有研究表明，Nrf2在高血压模型中失调，Nrf2激动剂可以预防血压的升高。在卒中易感型自发性高血压大鼠（SHRsp）中Nrf2抗氧化系统功能受到损害，动脉平滑肌细胞（VSMC）表现出Nrf2核积累减少，抗氧化基因的表达降低。Nrf2的激动剂萝卜硫素（SFN）则加强了Nrf2调节的抗氧化作用。用苯肾上腺素诱导SHRsp动脉收缩增加，而用SFN预孵育的SHRsp动脉收缩则降低至与Wistar-Kyoto大鼠（WKY）对照相似的水平[35]。Gao等[36]研究发现，在小鼠延髓头端腹外侧区（RVLM）中的Nrf2基因选择性缺失导致Nrf2 mRNA和蛋白表达显著降低，使HO-1，NQO1等抗氧化酶下调，RVLM中ROS水平升高，导致交感神经激活和压力反射功能障碍，引起持续的高血压。由此可以假设它们是一个调节系统，包括Sirt1的功能协调，以调节氧化应激条件下Nrf2的起始和持续的反应。而Sirt1在氧化应激时起到上调和维持Nrf2的积极作用。这些研究表明，Nrf2和Sirt1可能是潜在治疗高血压的靶点。

结语：氧化/抗氧化失衡是高血压发生发展的重要机制之一，如何调节氧化/抗氧化平衡将成为高血压预防及治疗的一个切入点。由以上的讨论和结果可以得出氧化应激时Sirt1/Nrf2可以上调抗氧化酶（如SOD、HO-1等）的基因表达，清除氧化应激产生的活性氧，保护细胞免受活性氧损害。因此，Sirt1/Nrf2通路可能成为治疗心血管疾病的潜在靶点，为高血压防治开辟新的途径。