核因子E2相關(guān)因子2與糖尿病男性生殖功能研究進(jìn)展

崔曉莉(綜述)，趙志明(審校)

(河北醫(yī)科大學(xué)第二醫(yī)院生殖醫(yī)學(xué)科，河北 石家莊 050000)

核因子E2相關(guān)性因子2(nuclear factor E2 related factor 2,Nrf2)是機(jī)體抵抗氧化應(yīng)激(oxidative stress,OS)反應(yīng)的敏感性轉(zhuǎn)錄因子，可以維持機(jī)體氧化應(yīng)激狀態(tài)平衡，在控制細(xì)胞氧化還原穩(wěn)態(tài)中發(fā)揮著重要的角色[1]，其廣泛表達(dá)于全身各個組織中。當(dāng)機(jī)體處于持續(xù)高血糖狀態(tài)時，將產(chǎn)生過多的活性氧(reactive oxygen species,ROS)，并發(fā)生胰島素抵抗，此時Nrf2可上調(diào)谷胱甘肽轉(zhuǎn)移酶A1、醌類氧化還原酶等酶的活性，維持細(xì)胞的活性和氧化反應(yīng)的平衡[2]。血糖長期處于高水平容易引起機(jī)體生殖功能障礙，探究其病因主要是由于機(jī)體氧化應(yīng)激所導(dǎo)致[3]。有研究對SD雄性大鼠用鏈脲佐菌素誘導(dǎo)糖尿病(diabetes mellitus,DM)大鼠模型，并監(jiān)測到DM大鼠睪丸氧化應(yīng)激程度升高時其睪丸Nrf2和下游抗氧化分子的表達(dá)水平均有下降[4]。另外研究發(fā)現(xiàn)姜黃素等藥物對睪丸具有保護(hù)作用，其功能主要體現(xiàn)在增加了Nrf2及下游分子的表達(dá)[5]。由此可見，在對抗氧化應(yīng)激引起組織損傷的過程中Nrf2起到重要作用。因此無論是從基礎(chǔ)還是臨床角度研究，Nrf2對于DM男性生殖功能的影響，都具有重大價(jià)值。本文針對Nrf2和DM男性生殖功能的關(guān)系展開論述。

1 Nrf2與氧化應(yīng)激相關(guān)的生物學(xué)特性

Nrf2作為機(jī)體抵抗OS的重要因子[6]，在肝臟、腎臟、肺等器官高度表達(dá)，是組織抵抗OS反應(yīng)的關(guān)鍵樞紐。Nrf2屬于CNC家族堿性亮氨酸拉鏈的轉(zhuǎn)錄因子，由6個高保守的ECH同源結(jié)構(gòu)域(Nrf2-ECH homology,Neh)組成，其中Neh1可以與小肌腱膜纖維肉瘤蛋白(musculoaponeurotic fibrosarcoma,MAF)結(jié)合，進(jìn)而識別抗氧化反應(yīng)元件(antioxidant response element,ARE)，啟動下游抗氧化基因的轉(zhuǎn)錄[7]，而Neh2含有多個賴氨酸殘基，胞漿Kelch樣環(huán)氧氯丙烷相關(guān)蛋白1(Kelch-like ECH-associated protein 1,Keap1)對ROS有著較高的活性，參與機(jī)體組織氧化還原信號的傳導(dǎo)[8]，并且能夠結(jié)合Nrf2的Neh2同源結(jié)構(gòu)域，從而對Nrf2具有負(fù)性調(diào)控作用。ARE作為抗氧化反應(yīng)元件，存在于多種組織細(xì)胞保護(hù)基因啟動子的上游，由其調(diào)控基因編碼的蛋白質(zhì)包括抗氧化酶及Ⅱ相解毒酶的表達(dá)，當(dāng)Nrf2與Maf結(jié)合后，可以與其結(jié)合激活其活性，從而引起下游抗氧化蛋白的表達(dá)，對機(jī)體產(chǎn)生保護(hù)作用。

OS是當(dāng)機(jī)體受到有害刺激時，過度應(yīng)激產(chǎn)生很多高活性分子，使體內(nèi)氧化還原系統(tǒng)處于不平衡狀態(tài)，從而導(dǎo)致組織細(xì)胞發(fā)生損傷[9]。正常生理狀態(tài)下，機(jī)體通過抑制自由基反應(yīng)，維持機(jī)體自由基平衡，一旦以上平衡被打破，減弱機(jī)體抗氧化能力，發(fā)生OS反應(yīng)，繼而導(dǎo)致機(jī)體功能受到損傷[10]。自由基不僅對細(xì)胞產(chǎn)生直接損傷，還會調(diào)控多條信號通路，如核因子κB(nuclear factor-κB,NF-κB)，Keap1-Nrf2-ARE信號通路等[11]，進(jìn)而導(dǎo)致機(jī)體組織損傷。當(dāng)機(jī)體處于正常功能時，Nrf2與Keap1形成復(fù)合物，當(dāng)機(jī)體受到ROS刺激后，Nrf2-Keap1 復(fù)合物通過磷酸化反應(yīng)解離，解離后的Nrf2轉(zhuǎn)移至細(xì)胞核，與小Maf蛋白結(jié)合后進(jìn)一步與ARE結(jié)合，從而激活Keap1-Nrf2-ARE 信號通路，啟動下游氧化分子的基因表達(dá)，降低對機(jī)體功能的損害[12]。

由此可見Nrf2在抵抗OS反應(yīng)中有著至關(guān)重要的作用，且對于組織細(xì)胞具有保護(hù)作用，由于多種疾病的發(fā)病機(jī)制涉及OS損傷，激活Nrf2似乎成為治療OS損傷的一種方式。近幾年來，Nrf2的研究逐漸為如冠心病、腫瘤等疾病的預(yù)防與治療提出新思路[13]。有研究發(fā)現(xiàn)Nrf2可通過增加機(jī)體組織抗氧化能力，成為治療DM心血管并發(fā)癥的一個重要靶點(diǎn), Nrf2相關(guān)藥物的開發(fā)可能使臨床上治療DM心血管并發(fā)癥獲得新藥物[14]。

2 DM男性生殖功能障礙

DM以高血糖為主要表現(xiàn)，該病起病隱匿，初期癥狀不明顯，無年齡界限，并發(fā)癥較多，其中2型糖尿病(type 2 diabetes mellitus,T2DM)尤為顯著[15-16]。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)每年的患病人數(shù)均在增加，我國DM患者達(dá)到1.14億人次，數(shù)據(jù)評估顯示，到2045年可增長至1.2億人[17]。DM患者長期處于高血糖狀態(tài)，極易引起心、腦、生殖系統(tǒng)等多種器官組織受損。已有報(bào)道指出，DM可導(dǎo)致男性性欲減退、生育能力降低甚至不育[18]，此外DM可損傷睪丸及附睪結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致睪丸及附睪功能障礙，使得男性陰莖勃起功能障礙、射精困難、精液減少及精子結(jié)構(gòu)畸形，甚至可降低睪酮水平[19]。

2.1DM與睪丸損傷 睪丸在男性生殖功能中有重要作用，其中睪丸重量、睪酮水平和精子數(shù)量可以反映男性生殖功能的情況，而DM長期高血糖狀態(tài)可以增加線粒體葡萄糖氧化，釋放大量的ROS導(dǎo)致生殖細(xì)胞受到氧化損傷，引起睪丸組織病變，進(jìn)而損傷男性生殖功能。盧曉芳等[20]通過誘導(dǎo)DM SD大鼠模型，發(fā)現(xiàn)DM可使大鼠睪丸組織形態(tài)發(fā)生損傷。除此之外，DM可使睪丸重量顯著降低[21],馮勁宜[22]通過對DM雄性小鼠研究發(fā)現(xiàn)其睪丸生精小管變形，生精細(xì)胞及支持細(xì)胞數(shù)目減少，管腔內(nèi)精子數(shù)目減少，部分管腔可見生精細(xì)胞脫落。由此可見，DM可嚴(yán)重?fù)p傷睪丸。

2.2DM與精液質(zhì)量 長期高血糖狀態(tài)可使得睪丸生精細(xì)胞凋亡增加，從而影響其生精功能。研究發(fā)現(xiàn)與正常男性相比較，DM患者精子濃度、精子總數(shù)以及精子活動率均下降[23]。Condorelli等[24]通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)DM組正常精子形態(tài)比率較對照組低，T2DM 患者的精子DNA碎片率(DNA fragmentation index,DFI)更高，OS是精子DFI增加的主要原因[25]。由此可見，DM影響男性生殖功能可能表現(xiàn)為精子濃度、總數(shù)及活動率的降低。

2.3DM與男性性腺功能 睪酮是男性體內(nèi)最重要的性激素，對于精子的發(fā)生及維持男性生殖功能具有重要作用。并且睪酮作為類固醇激素，是雄激素的主要成分，其由睪丸間質(zhì)細(xì)胞產(chǎn)生，受到下丘腦-垂體-性腺軸調(diào)控[26]。由于DM患者血糖長期呈較高水平，可嚴(yán)重影響下丘腦-垂體-性腺軸功能，使促性腺激素、卵泡刺激素分泌和雄激素合成能力均下降，不利于精子生成[27]。袁虎等[28]研究發(fā)現(xiàn)睪酮水平與空腹胰島素水平呈正相關(guān)，長期高血糖可導(dǎo)致睪酮水平明顯降低。

總之，DM可通過損傷男性生殖器官結(jié)構(gòu)及功能進(jìn)而導(dǎo)致其生殖功能障礙，探究其發(fā)病機(jī)制，可能涉及神經(jīng)病變、微循環(huán)障礙、氧自由基等多種因素。研究表明，導(dǎo)致DM患者發(fā)生生殖系統(tǒng)功能障礙的主要原因是氧化應(yīng)激反應(yīng)[5]。蔡旺春等[29]通過誘導(dǎo)DM小鼠，并監(jiān)測小鼠生殖系統(tǒng)損傷情況，數(shù)據(jù)檢測顯示細(xì)胞內(nèi)超氧化物岐化酶(superoxide dismutase,SOD)的活力降低、丙二醛(molondialdehyde,MDA)的含量升高，說明DM患者機(jī)體發(fā)生氧自由基作用，從而引起其生殖系統(tǒng)發(fā)生功能性障礙。該實(shí)驗(yàn)也充分證明，血糖過高可引起葡萄糖過度氧化，機(jī)體ROS過多，從而導(dǎo)致機(jī)體氧化能力增強(qiáng)，抗氧化能力下降，使睪丸組織發(fā)生損傷。由此可見，氧化應(yīng)激反應(yīng)是DM造成男性生殖功能損傷的主要機(jī)制，而增加機(jī)體組織抗氧化能力似乎可成為治療DM所引起的男性生殖功能損傷的一個重要方法。

3 Nrf2與DM生殖功能障礙

Keap1-Nrf2-ARE信號通路是機(jī)體最重要的抗OS系統(tǒng)，Nrf2是抗氧化反應(yīng)元件的激活因子，是機(jī)體抵抗ROS的關(guān)鍵。當(dāng)受到ROS刺激后，Nrf2從Nrf2-Keap1復(fù)合物中解離出來，游離的Nrf2與抗氧化反應(yīng)元件結(jié)合，促進(jìn)下游氧化分子的基因表達(dá)，阻礙發(fā)生氧化應(yīng)激同時使機(jī)體細(xì)胞抗自身氧化應(yīng)激的能力增加，維持機(jī)體保持平衡。長期高血糖狀態(tài)可使得機(jī)體組織細(xì)胞產(chǎn)生或多的ROS，此時激活Keap1-Nrf2-ARE信號通路，啟動下游抗氧化酶的表達(dá)，從而產(chǎn)生保護(hù)作用。Wang 等[30]對長期處于高血糖狀態(tài)的DM大鼠行進(jìn)一步研究，結(jié)果表明，大鼠睪丸組織中Nrf2表達(dá)能力下降，導(dǎo)致細(xì)胞的抗氧化能力下降，最終嚴(yán)重?fù)p傷了睪丸的功能,該研究證實(shí)了調(diào)節(jié)機(jī)體氧化應(yīng)激反應(yīng)的關(guān)鍵樞紐是Keap1-Nrf2-ARE信號通路。徐菲菲等[5]研究發(fā)現(xiàn)姜黃素及其類似物J7可以作為Nrf2激活劑提高機(jī)體抗氧化能力，從而拮抗氧化應(yīng)激對機(jī)體組織造成的損傷。由此可見，抗氧化治療是針對DM和其相關(guān)并發(fā)癥治療的一個重要方法。而Nrf2對于機(jī)體防御氧化應(yīng)激損傷至關(guān)重要通過調(diào)節(jié)Nrf2水平可對DM及并發(fā)癥的防治提供新的思路。但目前多數(shù)研究為基礎(chǔ)試驗(yàn)，缺乏大量的臨床研究，需要進(jìn)一步探索抗氧化治療在DM生殖功能障礙中的作用。

綜上所述，對于具有DM生殖功能障礙的男性患者，最基礎(chǔ)的治療仍然是將血糖控制在理想范圍內(nèi)。此外，探索Nrf2活化劑有可能為治療DM生殖功能障礙開辟新途徑，Nrf2可能是防治DM生殖功能障礙的非常有前景的潛在靶點(diǎn)。