沈孜穎，孫倩，夏中元(武漢大學(xué)人民醫(yī)院，武漢430060)

核因子E2相關(guān)因子2與急性腎損傷關(guān)系的研究進(jìn)展

沈孜穎，孫倩，夏中元
(武漢大學(xué)人民醫(yī)院，武漢430060)

摘要:圍術(shù)期急性腎損傷(AKI)的發(fā)病機(jī)制與氧化應(yīng)激緊密相關(guān)，AKI患者血清中氧化物活性增加，而抗氧化

物活性降低，并伴隨腎臟功能障礙。核因子E2相關(guān)因子2(Nrf2)是維持細(xì)胞氧化應(yīng)激水平的重要轉(zhuǎn)錄因子，正常靜止條件下，Keap1在胞質(zhì)直接與Nrf2結(jié)合，使Nrf2泛素化并被蛋白酶體降解，從而抑制Nrf2的核易位。通過活性氧或親電子物質(zhì)的作用，Keap1分子構(gòu)象發(fā)生改變，Nrf2與Keap1分離并異位到細(xì)胞核內(nèi)行使功能。Nrf2-Keap1防御系統(tǒng)對(duì)于氧化應(yīng)激產(chǎn)生的主要作用已經(jīng)很清楚，且其在AKI中可通過激活潛在的抗氧化產(chǎn)物對(duì)抗氧化應(yīng)激。因此，Nrf2活化劑或其他蛋白酶體降解抑制劑可作為新型治療候選藥物，通過激活Nrf2，減少氧化應(yīng)激的發(fā)生。含硫化合物和酚類抗氧化物是膳食中主要的Nrf2活化劑，普天登包含5個(gè)低劑量的天然Nrf2活化成分，可作為一種有效的膳食補(bǔ)充劑。蛋白酶體抑制劑也有望有效抑制Nrf2蛋白酶體降解，從而增加Nrf2活性。

關(guān)鍵詞:核因子E2相關(guān)因子2;急性腎損傷;氧化應(yīng)激

急性腎損傷(AKI)是一組以腎小球?yàn)V過率(GFR)迅速下降為特點(diǎn)的臨床綜合征，常見的病因包括缺血缺氧、大型手術(shù)、膿毒血癥、藥物中毒、心源性休克等。盡管腎組織自身具有一定的再生修復(fù)能力，然而當(dāng)損傷因素較重或持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)時(shí)，腎組織大多只能不完全修復(fù)，因而逐漸發(fā)展為慢性腎臟病。圍術(shù)期AKI的發(fā)病機(jī)制涉及氧化應(yīng)激及腎血管內(nèi)皮損傷和血流動(dòng)力學(xué)改變等多個(gè)因素。氧化應(yīng)激包括活性氧簇(ROS)的生成增加和消除減少，其造成抗氧化防御系統(tǒng)損傷加重。核因子E2相關(guān)因子2(Nrf2)有助于保護(hù)腎臟減少氧化應(yīng)激的發(fā)生，在編碼抗氧化和解毒酶的基因中發(fā)揮關(guān)鍵作用。Nrf2與阻遏蛋白Keap1結(jié)合成為復(fù)合物，促使Nrf2泛素化并局限于細(xì)胞質(zhì)中。Nrf2活化劑或其他蛋白酶體降解抑制劑可加強(qiáng)核Nrf2易位，潛在對(duì)抗AKI起到腎臟保護(hù)作用。本文就Nrf2與AKI的關(guān)系研究進(jìn)展作一綜述。

1　AKI和氧化應(yīng)激的關(guān)系

AKI患者的氧化應(yīng)激增加，因其血清中氧化物活性增加，而抗氧化物活性降低，并伴隨腎臟功能障礙。在5%～20%重癥監(jiān)護(hù)患者可觀察到AKI的發(fā)生，并獨(dú)立于其他并發(fā)癥或共存疾病，有導(dǎo)致死亡的風(fēng)險(xiǎn)。盡管如此，這種情況下仍無有效的藥物干預(yù)或治療可以改善AKI患者預(yù)后。腎臟缺血再灌注損傷，是造成圍術(shù)期AKI的主要原因之一，可能發(fā)生在臨床如腎移植、血管手術(shù)中。臨床和實(shí)驗(yàn)研究已證明，腎臟組織損傷后缺血再灌注尤其是再灌注期間，由于局部ROS的產(chǎn)生，ROS的病理生理學(xué)作用與腎臟造成的損傷一致，脂質(zhì)過氧化物和其他有毒產(chǎn)物明顯生成增加［1］。有研究［2］表明，腎臟缺血再灌注后用N-乙酰半胱氨酸治療，其作為一種抗氧化活性清道夫化合物，可以抑制GFR的下降，減少高鉀血癥的發(fā)生，降低血漿肌酐水平，減輕腎臟發(fā)生間質(zhì)炎癥。缺血再灌注組腎臟組織谷胱甘肽(GSH)含量較生理鹽水組降低，但缺血再灌注N-乙酰半胱氨酸治療組可完全恢復(fù)。AKI的缺血再灌注組與對(duì)照組相比，血漿抗壞血酸自由基的水平增加，尿8-異構(gòu)前列腺素F2α分泌增加。N-乙酰半胱氨酸治療減少了腎臟缺血再灌注24 h后血漿抗壞血酸的濃度，但對(duì)尿8-異構(gòu)前列腺素F2α的分泌沒有影響。

2　Nrf2和氧化應(yīng)激的關(guān)系

Nrf2是氧化還原敏感性轉(zhuǎn)錄因子，被稱作氧化還原守衛(wèi)調(diào)節(jié)者，調(diào)節(jié)超過200個(gè)細(xì)胞保護(hù)基因編碼蛋白，中和或解毒內(nèi)源性代謝產(chǎn)物和內(nèi)環(huán)境毒素，達(dá)到抗氧化應(yīng)激的作用［3］。Nrf2包含堿性亮氨酸

拉鏈模體，屬于帽“n”領(lǐng)家族。Nrf2的活性主要是由E3泛素連接酶Keap1調(diào)節(jié)［3］。在正常靜止條件下，Keap1在胞質(zhì)直接與Nrf2結(jié)合，使Nrf2泛素化并被蛋白酶體降解，從而抑制Nrf2的核易位。Keap1和Nrf2的結(jié)合與調(diào)節(jié)被認(rèn)為是一種“鉸鏈和鎖”的模型: Keap1二聚體的BTB結(jié)構(gòu)域形成的蛋白質(zhì)與一個(gè)分子的Nrf2通過DLG和ETGE模體結(jié)合。特別的是，DLG模體的親和力不如ETGE模體。因此，Keap1可以敏感地轉(zhuǎn)換各種氧化還原信號(hào)與Nrf2緊密結(jié)合。通過活性氧或者親電子物質(zhì)的作用，Keap1分子上的半胱氨酸殘基發(fā)生改變，DLG模體從Keap1分離，導(dǎo)致Keap1泛素連接酶活性受到抑制，Nrf2與Keap1分離，異位到細(xì)胞核內(nèi)行使功能。在核內(nèi)，Nrf2與Maf蛋白形成異二聚體，參與抗氧化反應(yīng)元件基因的表達(dá)［3］，刺激轉(zhuǎn)錄基因編碼解毒和抗氧化酶，如還原型煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(NADPH)、醌氧化還原酶(NQO1)、谷胱甘肽S-轉(zhuǎn)移酶(GST)、血紅素加氧酶1(HO-1)和谷氨酸半胱氨酸連接酶，通過消除包括超氧化物陰離子、過氧化氫和氫氧自由基等ROS，達(dá)到保護(hù)細(xì)胞的作用［4］。

3　Nrf2　和AKI的關(guān)系

盡管Nrf2-Keap1防御系統(tǒng)對(duì)于氧化應(yīng)激產(chǎn)生的主要作用已經(jīng)很清楚，但其在圍術(shù)期AKI中扮演的角色并沒有完全闡明。圍術(shù)期AKI加劇患者急性死亡的發(fā)生率，導(dǎo)致進(jìn)展性和永久性腎臟損傷。多個(gè)研究［5］已證明，Nrf2對(duì)腎臟的保護(hù)作用。Nrf2基因敲除的＞60周的雌性小鼠可表現(xiàn)出狼瘡性自身免疫性腎炎。在缺血再灌注AKI模型中，Nrf2敲除小鼠的腎功能、血管滲透性和生存率明顯低于野生型小鼠。用環(huán)孢菌素治療Nrf2敲除小鼠，其腎臟損傷和間質(zhì)纖維化輕［6］。STZ誘導(dǎo)的糖尿病腎病模型顯示，Nrf2敲除小鼠與野生型小鼠相比，氧化應(yīng)激DNA損傷造成的腎臟損傷更為嚴(yán)重［7］。在缺血再灌注AKI動(dòng)物模型中，ROS可增加內(nèi)皮和腎小管的損傷。因此，Nrf2-Keap1防御系統(tǒng)在AKI時(shí)，可通過激活潛在的抗氧化產(chǎn)物，對(duì)抗氧化應(yīng)激，起到重要的圍術(shù)期腎臟保護(hù)作用。

4　Nrf2　活化劑在AKI治療中的應(yīng)用

多項(xiàng)研究認(rèn)為，Nrf2活化劑可通過抗氧化作用保護(hù)腎臟功能，這一保護(hù)作用似乎與增強(qiáng)的Nrf2核易位相關(guān)。Nrf2活化劑的藥理干預(yù)表現(xiàn)出對(duì)各種體外和體內(nèi)實(shí)驗(yàn)AKI模型的氧化應(yīng)激和炎癥造成的傷害有保護(hù)作用。目前，天然的Nrf2活化劑受到了極大的關(guān)注。含硫化合物和酚類抗氧化物是膳食中主要的Nrf2活化劑［8］，除了這些，吲哚、二萜、香豆素和內(nèi)酯也被視為Nrf2的活化劑［9］。

4.1蘿卜硫素(SFN)SFN存在于蕓苔種屬植物十字花科蔬菜，如花椰菜、抱子甘藍(lán)、卷心菜等中，被認(rèn)為可激活Nrf2信號(hào)通路［3］。體外和體內(nèi)實(shí)驗(yàn)的大多數(shù)證據(jù)說明，SFN是一種間接的抗氧化劑，因其可誘導(dǎo)生成一些細(xì)胞保護(hù)性蛋白質(zhì)，通過Nrf2-抗氧化反應(yīng)途徑激活抗氧化酶。HK-2細(xì)胞來源于人腎小管上皮細(xì)胞，在SFN處理12 h后胞質(zhì)Keap1蛋白水平下降，核Nrf2表達(dá)水平增加［10］。免疫熒光染色顯示，SFN治療缺血再灌注AKI后Nrf2發(fā)生核易位。Keap1的半胱氨酸殘基通過SFN在激活Nrf2中有重要的作用。具體來說，SFN處理可修飾Cys151，從Keap1釋放Nrf2［11］。SFN的AKI保護(hù)機(jī)制被認(rèn)為是腎臟預(yù)處理介導(dǎo)的Nrf2激活以及合成二相解毒酶和抗氧化蛋白，如血紅素加氧酶1、NADPH、醌氧化還原酶1、谷胱甘肽還原酶、谷胱甘肽過氧化物酶。在體內(nèi)實(shí)驗(yàn)中，SFN處理可增加野生型小鼠小腸NQO1和GCL的表達(dá)，而不是Nrf2敲除的小鼠［12］。組織學(xué)研究［10］表明，SFN預(yù)處理可阻止大鼠腎臟缺血再灌注AKI的形態(tài)學(xué)損傷，但導(dǎo)致小管上皮的輕微腫脹以及刷狀邊緣的輕微喪失。SFN可有效降低腎功能不全或腎臟缺血再灌注所致AKI。

4.2姜黃素、槲皮素和白藜蘆醇姜黃素、槲皮素和白藜蘆醇屬于酚類抗氧化物質(zhì)，它們都有一個(gè)親電的α，β-不飽和羰基的部分，稱為Michael受體。這個(gè)部分可引起Keap1構(gòu)象的改變。Dinkova-Kostova等［13］早期研究表明，膳食成分中的姜黃素可通過芳香烴受體依賴的方式在小鼠肝癌細(xì)胞增加二相解毒酶的表達(dá)。最近有研究［14］表明，姜黃素可通過改善氧化應(yīng)激和腎小管細(xì)胞凋亡，減少慶大霉素的腎臟毒性，減輕AKI的癥狀。已有多項(xiàng)研究表明，食用含有槲皮素的食物患癌癥的風(fēng)險(xiǎn)低。槲皮素的藥理效應(yīng)是由于Nrf2的活化及其目的基因的表達(dá)。有研究［15］表明，汞誘導(dǎo)的AKI可在槲皮素預(yù)處理后血尿素氮和血肌酐水平下降，組織病理學(xué)檢查提示腎小管損傷減輕。白藜蘆醇可保護(hù)腎臟免受高血糖誘導(dǎo)的氧化損傷，使Nrf2-Keap1復(fù)合體及其下游調(diào)節(jié)蛋白的表達(dá)正?；?，顯著改善超氧化物岐化酶、過氧化氫酶、谷胱甘肽過氧化物酶、GSH-S-轉(zhuǎn)移酶、谷胱甘肽還原酶和維生素C、E的活性。在小鼠內(nèi)毒素誘導(dǎo)的AKI模型中，白藜蘆醇可明顯改善腎臟功能，減少細(xì)胞凋亡和炎癥反應(yīng)［16］。這表明白藜蘆醇有腎保護(hù)作用，其可激活Nrf2-Keap1的信號(hào)通路，進(jìn)而減少氧化應(yīng)激在圍術(shù)期AKI造成的損傷。

4.3甲基巴多索隆甲基巴多索隆被稱為

“RTA402”或“CDDO-甲基酯”。在小鼠AKI模型中，甲基巴多索隆可激活腎小球內(nèi)皮、皮質(zhì)小管周的毛細(xì)血管和腎小管的Nrf2，延緩AKI腎臟結(jié)構(gòu)和功能的破壞。早期報(bào)告建議，甲基巴多索隆可改善缺血性AKI的腎功能和病理學(xué)評(píng)估，通過增加包括Nrf2、過氧物酶體增殖激活受體γ和HO-1基因的表達(dá)，發(fā)揮腎臟保護(hù)作用，預(yù)防缺血性AKI的發(fā)生［17］。事實(shí)上，甲基巴多索隆治療或缺血再灌注都增加這些基因的表達(dá)。然而，缺血再灌注和甲基巴多索隆治療聯(lián)合作用后，表達(dá)量更高。

4.4普天登過去幾年中，一些天然和人造化合物被證實(shí)可激活Nrf2，似乎可作為極具前景治療圍術(shù)期AKI和慢性腎病的藥物。普天登被認(rèn)為是一種有效的膳食補(bǔ)充劑，包含5個(gè)低劑量的天然Nrf2活化成分，在小鼠β-細(xì)胞系MIN6和人類神經(jīng)母細(xì)胞瘤細(xì)胞系通過多個(gè)激酶通路，包括PI-3、p38、分裂酶原蛋白激酶和蛋白激酶Cδ，可激活Nrf2和誘導(dǎo)HO-1生成［18］。這5個(gè)組件的協(xié)同效應(yīng)在臨床試驗(yàn)已被證實(shí)，抗氧化酶的水平可顯著提高，其中包括超氧化物歧化酶1和過氧化氫酶，以及脂質(zhì)過氧化反應(yīng)的標(biāo)記物水平的下降，導(dǎo)致氧化應(yīng)激水平整體減少，可對(duì)圍術(shù)期AKI起到保護(hù)作用。

4.5蛋白酶體抑制劑MG132最近，一大類蛋白酶體抑制劑被證實(shí)可激活Nrf2。蛋白酶體抑制劑有望成為一種有效的方法來增加Nrf2的活性。MG132是一種強(qiáng)有力的、可逆的和透膜的蛋白酶體抑制劑，可在哺乳動(dòng)物細(xì)胞減少蛋白酶體的降解。報(bào)道稱，MG132可抑制Nrf2蛋白酶體降解，刺激Nrf2核易位。最近一項(xiàng)研究［19］表明，在單劑量鏈脲霉素注射的糖尿病大鼠中，MG132也可預(yù)防糖尿病腎病，保護(hù)腎臟減少蛋白尿、基底膜增厚和腎小球系膜擴(kuò)張。蛋白酶抑制劑MG132預(yù)處理可顯著增加Nrf2穩(wěn)定性［20］，上調(diào)Nrf2功能，導(dǎo)致下游多個(gè)抗氧化蛋白表達(dá)，保護(hù)AKI免于氧化損傷、炎癥、纖維化和功能障礙，提供一種有效的治療手段。

綜上所述，Nrf2活化劑是一種很有前景的新型治療候選藥物，通過激活Nrf2可減少氧化應(yīng)激的發(fā)生，作為臨床治療圍術(shù)期AKI的有效策略，保護(hù)和維持腎臟功能。發(fā)現(xiàn)或發(fā)展新靶向Nrf2系統(tǒng)療法，其關(guān)于圍術(shù)期AKI腎功能保護(hù)的調(diào)節(jié)和影響尚未完全闡明。因此，應(yīng)關(guān)注Nrf2-Keap1防御信號(hào)通路在圍術(shù)期AKI氧化應(yīng)激發(fā)生發(fā)展過程中的保護(hù)作用，對(duì)進(jìn)一步證實(shí)潛在的有利或不利的影響至關(guān)重要。

參考文獻(xiàn):

［1］Dobashi K，Ghosh B，Orak JK，et al.Kidney ischemia-reperfusion:modulation of antioxidantdefenses［J］.Mol Cell Biochem，2000，205(1-2): 1-11.

［2］Nitescu N，Ricksten SE，Marcussen N，et al.N-acetylcysteine attenuates kidney injury in rats subjected to renal ischaemia-reperfusion［J］.Nephroldial Transplant，2006，21(5): 1240-1247.

［3］Magesh S，Chen Y，Hu L.Smallmoleculemodulators of Keap1-Nrf2-ARE pathway as potential preventive and therapeutic agents ［J］.Med Res Rev，2012，32(4): 687-726.

［4］Jung KA，KwakmK.The Nrf2 system as a potential target for thedevelopment of indirect antioxidants［J］.Molecules，2010，15(10): 7266-7291.

［5］Yoh K，Itoh K，Enomoto A，et al.Nrf2-deficient femalemicedevelop lupus-like autoimmune nephritis［J］.Kidney Int，2001，60(4): 1343-1353.

［6］ShindH，Park HM，Jung KA，et al.The NRF2-heme oxygenase-1 systemmodulates cyclosporin A-induced epithelial-mesenchymal transition and renal fibrosis［J］.Free Radic Biolmed，2010，48(8): 1051-1063.

［7］Jiang T，Huang Z，Lin Y，et al.The protective role of Nrf2 in streptozotocin-induceddiabetic nephropathy［J］.Diabetes，2010，59(4): 850-860.

［8］Zhao CR，Gao ZH，Qu XJ.Nrf2-ARE signaling pathway and natural products for cancer chemoprevention［J］.Cancer Epidemiol，2010，34(5): 523-533.

［9］Chen C，Kong AN.Dietary chemopreventive compounds and ARE/ EpRE signaling［J］.Free Radic Biolmed，2004，36(12):1505-1516.

［10］Yoon HY，Kang NI，Lee HK，et al.Sulforaphane protects kidneys against ischemia-reperfusion injury through induction of the Nrf2-dependent phase 2 enzyme［J］.Biochem Pharmacol，2008，75(11): 2214-2223.

［11］ZhangdD，Hanninkm.Distinct cysteine residues in Keap1 are required for Keap1-dependent ubiquitination of Nrf2 and for stabilization of Nrf2 by chemopreventive agents and oxidative stress［J］.Mol Cell Biol，2003，23(22): 8137-8151.

［12］Thimmulappa RK，Mai KH，Srisuma S，et al.Identification of Nrf2-regulated genes induced by the chemopreventive agent sulforaphane by oligonucleotidemicroarray［J］.Cancer Res，2002，62(18):5196-5203.

［13］Dinkova-Kostova AT，Talalay P.Relation of structure of curcumin analogs to their potencies as inducers of Phase 2detoxification enzymes［J］.Carcinogenesis，1999，20(5): 911-914.

［14］He L，Peng X，Zhu J，et al.Protective effects of curcumin on acute gentamicin-induced nephrotoxicity in rats［J］.Can J Physiol Pharmacol，2015，93(4): 275-282.

［15］Shin YJ，Kim JJ，Kim YJ，et al.Protective effects of quercetin against HgCl2-induced nephrotoxicity in sprague-dawley rats［J］.Jmed Food，2015，18(5): 524-534.

［16］Chen L，Yang S，Zumbrun EE，et al.Resveratrol attenuates lipopolysaccharide-induced acute kidney injury by suppressing inflammationdriven bymacrophages［J］.Mol Nutr Food Res，2015，59(5):853-864.

［17］Wu QQ，Wang Y，Senitkom，et al.Bardoxolonemethyl(BARD)ameliorates ischemic AKI and increases expression of protective genes Nrf2，PPARgamma，and HO-1［J］.Am J Physiol Renal Physiol，2011，300(5): 1180-1192.

［18］Hybertson BM，Gao B，Bose SK，et al.Oxidative stress in health anddisease: the therapeutic potential of Nrf2 activation［J］.Mol Aspectsmed，2011，32(4-6): 234-246.

［19］Luo ZF，Qi W，F(xiàn)eng B，et al.Prevention ofdiabetic nephropathy in rats through enhanced renal antioxidative capacity by inhibition of the proteasome［J］.Life Sci，2011，88(11-12): 512-520.

［20］Sajja RK，Green KN，Cucullo L.Altered Nrf2 signalingmediates hypoglycemia-induced blood-brain barrier endothelialdysfunction in vitro［J］.PLoS One，2015，10(3): e0122358.

收稿日期:( 2015-04-13)

通信作者:夏中元

文章編號(hào):1002-266X(2015)35-0088-04

文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A

中圖分類號(hào):R692

doi:10.3969/j.issn.1002-266X.2015.35.034