核轉錄因子Nrf2對心血管的保護作用研究進展

王志琴，李家富，馮 健

(瀘州醫學院附屬醫院，四川瀘州646000)

氧化應激是多種心血管疾病的重要發病機制之一，降低機體內的氧化應激水平，對心血管疾病的防治具有重要意義。核轉錄因子NF-E2相關因子2(Nrf2)屬于CNC亮氨酸拉鏈轉錄激活因子家族，與家族中其他成員共有一高度保守的堿性亮氨酸拉鏈(bZIP)結構，含有7個高度保守的環氧氯丙烷(ECH)相關蛋白同源結構域［1］。其活性主要由抑制蛋白Keap1負性調節［2］，是內源性抗氧化途徑的中樞轉錄因子，能調節抗氧化因子的表達，可作為心血管疾病潛在的治療靶點之一。近年來，有關Nrf2對心血管保護作用的研究比較多，現作一綜述。

1 Nrf2對血管內皮細胞的保護作用

生理狀態下，血管內皮細胞本身存在抗氧化機制，可以清除過多的氧自由基，維持細胞穩態，當細胞受到氧化損傷時抗氧化基因的表達代償性上調，一定程度上拮抗氧化損傷［3，4］。研究［5］發現氧化應激時脂質過氧化、DNA氧化性損傷以及蛋白羧基化增加，谷胱苷肽過氧化物酶及氧化氫酶的活性明顯降低，提示血管內皮的抗氧化防御系統被破壞。而Nrf2的激活，通過直接上調抗氧化酶等多種途徑保護脈管系統。體外培養人臍帶血管內皮細胞，在葡聚糖的誘導下可促進內皮細胞的增殖、血管的形成以及刺激內皮細胞分化的集落刺激因子增加，其機制是葡聚糖激活磷脂酰肌醇3-激酶/蛋白激酶 B(PI3K/Akt)、細胞外調節蛋白激酶(ERK1/2)、C-Jun氨基末端激酶(JNK)和p38通路，從而增加內皮細胞相關轉錄因子的表達，提示激活Nrf2可促進血管內皮細胞的增殖和血管的形成［6］。劉洪彬等［7］采用晚期糖基化終末產物(AGEs)誘導血管內皮細胞發生氧化損傷時發現，Nrf2蛋白表達和核轉位代償性增加，但不足以拮抗持續增加的活性氧(ROS)。當用萊菔硫烷(SFN)激活 Nrf2后，在AGEs作用下血管內皮細胞ROS水平明顯降低，提示增強Nrf2信號通路活性，能起到拮抗AGEs誘導血管內皮細胞氧化損傷的作用。在體外培養小鼠血管內皮細胞時，加入丹酚酸B能有效抑制血小板衍生的生長因子(PDGF)誘導的內皮細胞增殖和遷移，并增加血紅素氧合酶-1(HO-1)的表達，但敲除Nrf2基因后，丹酚酸B不再誘導HO-1的表達，也不能抑制PDGF誘導新生血管內膜的增生，因此認為Nrf2對HO-1的表達和誘導起至關重要的作用。Nrf2活化誘導HO-1增殖，抑制血管內皮細胞的增殖、遷移和血管炎癥細胞發揮抗動脈硬化作用［8］。上述均表明Nrf2在調節內皮細胞功能方面發揮重要作用，但Nrf2在脈管系統中的作用機制有待進一步研究。

2 Nrf2對血管平滑肌細胞(VSMCs)的保護作用

氧化應激和慢性炎癥可以刺激VSMCs增殖與遷移，VSMCs的增殖與遷移參與了心臟多種疾病的發生發展。VSMCs與結締組織內的基質結合，形成平滑肌源性泡沫細胞，向血管內膜遷移，參與慢性炎癥反應，纖維帽形成，促進血管粥樣硬化形成。在氧化應激或內質網激動時，Nrf2的激活有利于VSMCs的存活，同時也能抑制VSMCs的增殖［9］。向H2O2誘導的VSMCs內加入 Nrf2激動劑齊墩果酸后，VSMCs活力增強，凋亡顯著降低;而給予Nrf2干擾慢病毒感染VSMCs后，VSMCs凋亡明顯增加，活力明顯減低，其機制可能是干擾Nrf2后細胞內Ⅱ相抗氧化酶基因表達減少，降低了VSMCs抗氧化應激損傷的能力［10］。山楂酸作用于VSMCs時，HO-1表達上調，Akt的活化對山楂酸呈劑量和時間依賴性，而Akt的活化誘導Nrf2的表達，當用青霉素抑制劑抑制Akt活化后HO-1表達受到抑制，通過Akt/Nrf2/HO-1途徑可以保護VSMCs免受氧化應激損害，因此 Nrf2 可保護 VSMCs［11］。

3 Nrf2在動脈粥樣硬化(AS)中發揮的保護作用

炎癥與氧化應激在AS斑塊的形成中起重要作用。吸煙是AS發生發展的危險因素，可引起血管內皮的氧化應激損傷。有研究［12］發現，輕度吸煙(5～10支/d)時Nrf2及下游基因表達上調，但重度吸煙(25～40支/d)則抑制Nrf2的表達，其機制可能是煙霧引起大量磷脂類氧化產物產生，激活劑量依賴性NF-κB，從而抑制了Nrf2的表達。AS形成機制中，巨噬細胞通過清道夫受體(oxLDL)轉變為泡沫細胞，泡沫細胞形成最早的AS脂質條紋，而脂肪細胞型脂肪酸結合蛋白(FABP4)是oxLDL誘導泡沫細胞形成的關鍵，多不飽和脂肪酸氧化衍生物2，4-DDE通過Akt和ERK信號傳導途徑，激活介導的核易位，持續增強 Nrf2的磷酸化，引起 FABP4 mRNA和蛋白質水平明顯增加［13］，從而抑制oxLDL誘導泡沫細胞形成，因此，激活Nrf2為AS的治療提出了新的途徑。

4 Nrf2在心臟重構中發揮的保護作用

心臟重構包括心肌細胞肥大、心肌間質細胞增殖以及心臟細胞外基質改建等，糖尿病、缺血性心肌病、高血壓、各種瓣膜病等都可引起。在長期氧化應激作用下以心肌細胞肥大、心肌成纖維細胞過度增殖以及心肌細胞的凋亡為主要表現。研究［14～19］表明Nrf2調控的目的基因在心臟重構和心功能損傷方面起關鍵作用，Nrf2缺失或表達抑制導致心肌細胞和心肌成纖維細胞對氧化應激和氧自由基細胞毒性的易感性增加。在體外培養細胞時，給予腺病毒轉染使Nrf2表達增加，心肌細胞的肥大和心肌成纖維細胞增殖受到抑制，同時心肌細胞的氧化應激損傷減少，而敲除Nrf2基因后，Nrf2表達降低，心肌細胞和心肌成纖維細胞對氧化應激的敏感性增加。動物實驗［20］中敲除Nrf2基因后，血流動力學紊亂時Nrf2的目的基因表達不能上移，出現氧化應激增加、心肌細胞凋亡、心肌纖維化、心肌肥厚以及心功能障礙等早期表現。使用轉基因技術激活Nrf2后，可以抑制橫向主動脈弓縮窄持續性壓力超負荷引起的心肌氧化應激和心肌細胞凋亡、心臟纖維化、心室肥大、心功能障礙，并發現心肌細胞中自噬體的穩定性增加，自噬體量增多，泛素化蛋白聚集減低，其機制可能是通過自噬體清除心肌細胞中泛素蛋白總量［21］。多柔比星(Dox)通過氧化應激和自噬作用，導致急性和慢性心臟毒性。研究發現，腹腔注射Dox可迅速誘導心肌細胞壞死和心臟功能障礙，而Nrf2基因敲除小鼠比野生型小鼠損傷更嚴重。同時，在體外心肌細胞培養時，增加Nrf2的表達，可以增加模型LC3的穩定性，減輕Dox誘導的自噬體量和泛素化蛋白聚集引起的細胞損傷，而敲除Nrf2基因后作用將相反，故Nrf2通過控制氧化應激和內源性自體吞噬抑制Dox誘導的心臟毒性，在心臟重構中對心臟起保護作用［22］。

5 Nrf2在心肌缺血再灌注損傷(MIRI)中發揮的保護作用

再灌注損傷的主要誘因是缺血缺氧，包括缺血期的原發性損害和再灌注期的繼發性損害，其發病機制可能與氧自由基、炎癥反應、細胞凋亡、鈣超載等有關。對Nrf2-ARE通路對MIRI的保護機制眾說紛紜，目前最為廣泛的是抗氧化應激學說。心肌組織缺血缺氧以及缺血后再灌注通過還原型輔酶Ⅱ(NADPH)、氧化酶、黃嘌呤氧化酶、中性粒細胞呼吸鏈氧暴發等途徑代謝產生大量氧自由基，引起局部及全身的氧化應激反應。心肌局部的氧化應激可以通過多種途徑誘導細胞損傷、凋亡和壞死，形成心肌的病理損傷［16］。對大鼠心肌缺氧后處理，采用Real-time PCR及Western blotting技術檢測復氧末心肌細胞中的Nrf2、HO-1、硝酸還原酶、醌氧化還原酶(NQO1)、超氧化物歧化酶1(SOD1)mRNA及蛋白表達水平，發現 Nrf2及其下游 NQO1、SOD1和HO-1表達上調，Nrf2通路被激活，心肌細胞內的超微結構損傷減輕，心肌缺氧復氧損傷減輕，其機制可能是缺氧后處理激活Nrf2通路及其Ⅱ相解毒酶下游基因表達上調，Nrf2通路的激活可能與線粒體ATP敏感性鉀通道開放有關，從而對抗MIRI引起的氧化損傷，減少鈣超載，保護心肌［23］。細胞凋亡在心肌梗死中占重要地位，內質網應激誘導和小熱體克蛋白A激活的常規線粒體(CRYAB)途徑是細胞凋亡的主要途徑。在動物實驗中，構建心肌梗死模型后，發現線粒體凋亡增加伴隨內質網誘導激活途徑的激活，而CRYAB和Nrf2表達減少，并且比使用p38抑制劑更低，故認為p38的低表達促使Nrf2表達降低而促進細胞凋亡，進一步導致心肌梗死［24］。Nrf2信號通路及下級目的基因在心血管系統疾病發病機制中具有保護作用，然而其具體作用機制尚不完全清楚。

總之，核轉錄因子Nrf2自發現以來，其信號通路成為抗氧化應激研究領域的熱點，成為多種疾病的基因治療新靶點，大量證據證明Nrf2在心血管穩態調節中發揮著重要作用，但關于Nrf2的具體機制仍不完全清楚，對此還需要更深入的研究，以便為臨床心血管疾病的治療提供新靶點。

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