核因子E2 相關因子2 對創傷性腦損傷的保護作用機制及其靶向治療藥物研究進展

李小蝶，吳紅月，牟思曈，唐華民

在全球范圍內，每年超過5 000萬人罹患創傷性腦損傷（traumatic brain injury，TBI），且TBI是成年人的主要死因之一［1］。2006—2013年，中國居民TBI死亡率總體保持相對較高水平，為12.99/10萬～17.06/10萬［2］。調查發現，TBI患者平均住院費用為18 680.7元，且中、重度TBI患者平均住院費用遠高于輕度TBI患者［3］。即便存活，TBI患者出院后也常會遺留不同程度的軀體功能障礙、認知障礙以及心理障礙［4］。近年來大量研究深入探討了TBI的病理過程，以期發現新的治療靶點，且研究顯示，TBI后繼發性腦損傷的病理基礎包括細胞凋亡、炎癥反應和氧化應激［5-6］。而核因子E2相關因子2（nuclear factor erythroid 2-related factor 2，Nrf2）是氧化應激信號通路的主要調節因子，已被證明在腦損傷等各種中樞神經系統疾病中具有神經保護作用［7］。本文通過回顧相關文獻分析了Nrf2對TBI的保護作用機制，并綜述其靶向治療藥物研究進展，以期為TBI治療藥物的研究與開發提供新思路。

1 Nrf2概述

Nrf2是一種參與調控細胞氧化應激反應的轉錄因子，屬于CNC堿性亮氨酸拉鏈家族［8］。Nrf2在大部分組織細胞中均表達［9］，對氧化應激敏感，可調節多種基因表達，編碼抗氧化酶、解毒因子、抗凋亡蛋白和藥物轉運蛋白［10］。生理條件下，Nrf2位于細胞質中，且保持低水平［11］。氧化應激反應發生后，Nrf2轉移到細胞核內并與抗氧化反應元件（antioxidant response element，ARE）結合，可激活下游基因〔下游基因可以編碼抗氧化應激酶［9］，包括超氧化物歧化酶1（superoxide dismutase 1，SOD1）、血紅素加氧酶1（heme oxygenase 1，HO-1）、醌氧化還原酶1（quinone oxidoreductase 1，NQO1）、谷胱甘肽過氧化物酶（glutathione peroxidase，GSH-Px）、谷胱甘肽疏基轉移酶（glutathione S-transferase，GSH-ST）、谷胱甘肽過氧化物酶4（glutathione peroxidase 4，GPx4）和谷胱甘肽還原酶（glutathione reductase，GR）［12-14］，而這些酶可參與調節各種神經系統疾病的氧化應激、炎癥反應和細胞凋亡〕的轉錄，還可參與活性氧（reactive oxygen species，ROS）的清除和還原型煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（nicotinamide adenine dinucleotide phosphate，NADPH）的生成過程［15］。

2 Nrf2對TBI的保護作用機制

2.1 減輕氧化應激 研究顯示，減輕TBI后的氧化應激是神經保護的一種有效途徑［16］。多項研究已證實，TBI后Nrf2活性升高［17-19］，其主要通過調節內源性防御機制來抵抗氧化應激［20］。研究表明，Nrf2/ARE信號通路通過抑制炎癥因子、誘導解毒酶表達、維持鈣離子穩態而在TBI后繼發性腦損傷中發揮重要的神經保護作用［21］。研究顯示，神經元中的氧化應激可以引起DNA損傷和各種生物分子的降解，并最終導致神經元凋亡［22-23］。WU等［24］研究顯示，Nrf2過表達可抑制小膠質細胞的活躍度，降低腫瘤壞死因子α（tumor necrosis factor-α，TNF-α）和白介素6（interleukin-6，IL-6）水平，從而減輕炎癥反應。相反，Nrf2缺失可加劇腦損傷程度，這與氧化應激、神經炎癥，包括促炎因子和抗炎因子的分泌、外周免疫細胞的募集和腦內膠質細胞的激活、凋亡、泛素化和血腦屏障損傷有關［25-26］。綜上，TBI發生后，Nrf2可以通過抗炎和誘導解毒酶表達來減輕氧化應激。

2.2 促進線粒體生物合成 Nrf2與線粒體的呼吸功能和能量產生有關，Nrf2缺乏時會導致線粒體脂肪酸氧化，呼吸作用減弱和ATP減少；Nrf2增多時則會增加線粒體膜電位和ATP水平，提高呼吸速率及氧化磷酸化效率［27-28］。研究顯示，Nrf2通過調節抗氧化系統相關基因的表達來維持線粒體氧化還原動態平衡，促進線粒體的生物合成［29］。還有研究表明，增強線粒體自身的生物合成功能可以改善線粒體的能量代謝，從而減輕TBI后神經元損傷［30］。綜上，Nrf2可以通過促進線粒體生物合成來減輕TBI發生后的神經損傷。

2.3 減輕內質網應激 研究顯示，抑制磷酸二酯酶4（phosphodiesterase 4，PDE4）可激活Nrf2，減少ROS的產生，從而減輕缺氧缺糖損傷（oxygen-glucose deprivation，OGD）所致的神經元內質網應激［31］。還有研究顯示，阿托伐他汀可通過激活Nrf2而減輕TBI小鼠內質網應激，從而減少神經元凋亡［32］。內質網應激會導致TBI發生后的神經元凋亡加重，而Nrf2可能通過內質網應激信號途徑改善TBI所致的繼發性腦損傷［33］。綜上，激活Nrf2可能減輕TBI發生后的內質網應激。

2.4 誘導自噬 在Nrf2基因缺陷小鼠中，自噬基因表達減少［34］。研究顯示，Nrf2通路的活化能誘導自噬反應［35］。p62可作為自噬的標志，其原因是p62被磷酸化后增強了其與Kelch樣ECH關聯蛋白1（Kelch-like ECH-associated protein 1，KEAP1）結合的能力，而競爭性地抑制了Nrf2與KEAP1的結合，導致Nrf2與KEAP1解離，從而促進Nrf2靶基因的表達［36］。有研究表明，Nrf2能夠促進C17.2神經干細胞增殖，這可能與其升高細胞內的自噬水平有關［37］。在TBI大鼠模型中，谷氨酰胺可通過激活Nrf2通路而降低氧化應激反應、促進自噬反應，從而起到保護神經元的作用［38］。綜上，Nrf2可能通過誘導自噬而在TBI中發揮保護作用。

2.5 抑制鐵死亡 在TBI模型中，鐵死亡的分子機制主要涉及鐵代謝異常、GSH-Px的活性降低、神經元的脂質過氧化［39］。而GPx4是鐵死亡的標志物，鐵死亡發生時其表達減少［40］。研究顯示，絕大部分與鐵死亡相關的基因均受Nrf2的轉錄調控，這些基因包括GR調節基因和GPx4調節基因，其對GPx4活性的恢復至關重要［41-43］。因此，Nrf2可能通過抑制鐵死亡而在TBI中發揮保護作用［44］。

3 靶向Nrf2治療TBI的藥物研究進展

MILLER等［18］指出，尋找激活Nrf2的藥物對于TBI的治療具有重要意義。鑒于激活Nrf2可以減輕氧化應激，抑制神經元凋亡、炎癥細胞浸潤及炎癥因子的產生，因而近年來靶向Nrf2治療TBI的基礎研究成為研究熱點。

3.1 右美托咪定 LI等［45］研究顯示，右美托咪定可增加TBI患者Nrf2、HO-1、NQO1表達水平，抑制炎癥因子的產生，降低NF-κB以及IL-6水平，從而減少神經炎癥誘導的細胞凋亡。PENG等［46］指出，右美托咪定可以為TBI患者提供更好的術中鎮靜、鎮痛和臨床恢復效果，不良反應可控，且可抑制氧化應激及炎癥反應。

3.2 氯胺酮 LIANG等［47］研究發現，氯胺酮可激活Nrf2，增加其下游因子包括HO-1和NQO1的表達，指出氯胺酮可能通過激活Nrf2來減輕TBI后的氧化應激和抑制細胞凋亡，從而發揮神經保護作用。此外，氯胺酮與其他鎮靜劑聯合使用對于TBI患者有更好的鎮痛和鎮靜效果，且常規劑量具有很好的安全性［48］。

3.3 依達拉奉（edaravone，EDA） LI等［49］采用過氧化氫處理海馬神經干細胞及采用外科手術建立體外TBI模型和TBI大鼠模型，結果顯示，EDA預處理后，神經干細胞凋亡減少，Nrf2被激活；而經EDA處理的TBI大鼠模型創傷面積縮小，海馬損傷減輕，記憶和學習能力提高，且Nrf2被激活。還有研究顯示，EDA可以抑制NF-κB從細胞質轉移到細胞核，上調Nrf2蛋白表達，即EDA通過抑制NF-κB介導的炎癥反應來激活Nrf2抗氧化途徑，從而在TBI小鼠中發揮神經保護作用，包括減輕神經功能缺陷、細胞凋亡和結構損傷［50］。

3.4 姜黃素 姜黃素是一種天然酚類化合物，并具有抗炎和抗氧化等多種藥理作用［51］。DONG等［25］研究發現，姜黃素可減輕野生型TBI小鼠同側皮質損傷，抑制中性粒細胞浸潤、小膠質細胞活化及TBI后神經元的凋亡和變性；然而，Nrf2基因敲除小鼠發生TBI后，姜黃素的神經保護作用減弱。

3.5 巖藻黃素 巖藻黃素在海藻中含量豐富，被認為是一種強大的抗氧化劑。ZHANG等［52］研究發現，巖藻黃素在體內和體外均可激活Nrf2和誘導自噬，然而，在Nrf2基因缺失的TBI小鼠中，巖藻黃素未能提供神經保護作用和誘導自噬。3.6 特丁基對苯二酚（tert-butylhydroquinone，TBHQ）TBHQ是一種Nrf2激活劑，研究顯示，用香草乙酮和TBHQ的組合藥物干預TBI模型小鼠，可激活Nrf2相關通路，減輕氧化應激，從而保護小鼠的大腦灰質［53］。還有研究顯示，TBHQ預處理可有效減弱TBI后氧化應激，上調Nrf2蛋白水平，提示TBHQ可作為TBI患者的潛在神經保護劑［54］。

綜上，右美托咪定、氯胺酮、EDA、姜黃素、巖藻黃素和TBHQ可以通過激活Nrf2來減輕TBI后的神經炎癥、氧化應激和神經元凋亡。但上述研究多為動物實驗，其結果仍需大型多中心臨床試驗進一步評估。

4 小結

綜上所述，Nrf2可能通過減輕氧化應激、促進線粒體生物合成、減輕內質網應激、誘導自噬及抑制鐵死亡而對TBI發揮保護作用，因而靶向Nrf2能夠有效治療TBI，目前其靶向治療藥物主要有右美托咪定、氯胺酮、EDA、姜黃素、巖藻黃素、TBHQ。但由于TBI的病理生理機制十分復雜，目前仍存在許多亟待解決的問題，如TBI后Nrf2抑制鐵死亡的機制目前僅有間接證據，故需要更多的臨床研究進一步探索Nrf2對TBI的具體保護作用機制。

作者貢獻：李小蝶進行文章的構思與設計、文章的可行性分析及文獻資料收集、整理，撰寫論文；李小蝶、吳紅月、牟思曈進行論文的修訂；唐華民負責文章的質量控制及審校，對文章整體負責、監督管理。

本文無利益沖突。