【摘要】創(chuàng)傷性腦損傷（TBI）是全球范圍內(nèi)一個重要的健康問題。鐵死亡是一種新近發(fā)現(xiàn)的細(xì)胞死亡方式，被證實(shí)參與TBI后繼發(fā)性神經(jīng)元死亡，可以導(dǎo)致TBI后神經(jīng)退行性和神經(jīng)功能障礙。核因子E2相關(guān)因子2（nuclear factor E2 related factor 2，Nrf2）不僅是抗鐵死亡基因的重要轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子，還是細(xì)胞抗氧化反應(yīng)的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子，可通過緩解氧化應(yīng)激反應(yīng)和游離鐵的積累來減輕創(chuàng)傷性腦損傷造成的神經(jīng)損傷，從而抑制創(chuàng)傷性腦損傷后鐵死亡。本文通過分析創(chuàng)傷性腦損傷、鐵死亡和Nrf2三者之間的聯(lián)系，就Nrf2對創(chuàng)傷性腦損傷后神經(jīng)細(xì)胞鐵死亡的保護(hù)作用作一綜述。

【關(guān)鍵詞】創(chuàng)傷性腦損傷；核因子E2相關(guān)因子2；鐵死亡

Research progress of Nrf2 inhibiting ferroptosis after traumatic brain injury

LIANG Baiwei1， MA Zhuangzhuang1， ZHANG Mengzhu1， YAO Yewei1， YAN Baobao2

1.College of Basic Medicine and Forensic Medicine， Henan University of Science and Technology， Luoyang， Henan 471023， China； 2.Baoding No.1 Central Hospital， Baoding， Hebei 071000， China

【Abstract】Traumatic brain injury （TBI） is an important health issue on a global scale.Ferroptosis is a newly discovered mode of cell death that has been confirmed to be involved in secondary neuronal death after TBI，which can lead to neurodegeneration and neurological dysfunction after TBI.Nuclear factor E2 related factor 2 （Nrf2） is not only an important transcriptional regulator of anti ferroptosis genes，but also a key regulator of cellular antioxidant response，which can alleviate nerve damage caused by traumatic brain injury by alleviating oxidative stress response and accumulation of free iron，thereby inhibiting ferroptosis after traumatic brain injury.This paper reviews the protective effect of Nrf2 on neuronal ferroptosis after traumatic brain injury by analyzing the relationship between traumatic brain injury，ferroptosis and Nrf2.

【Key Words】Traumatic brain injury； Nuclear factor E2 related factor 2； Ferroptosis

隨著社會的進(jìn)步，由于交通事故、意外跌倒、高處墜落等因素導(dǎo)致的TBI（創(chuàng)傷性腦損傷）也日益普遍。其高發(fā)病率、高致殘率和高致死率給我國造成了巨大的社會壓力，同時也成為世界亟待解決的醫(yī)療難題和公共衛(wèi)生問題。鐵死亡是一種鐵依賴性、脂質(zhì)過氧化驅(qū)動的細(xì)胞死亡級聯(lián)反應(yīng)。有研究表明[1]，鐵死亡是連接中樞神經(jīng)系統(tǒng)繼發(fā)性損傷的關(guān)鍵點(diǎn)，在創(chuàng)傷性腦損傷中發(fā)揮著重要作用。Nrf2是細(xì)胞內(nèi)氧化還原反應(yīng)的主要調(diào)節(jié)因子，也是抗鐵死亡基因的重要轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子。有研究提示[2-3]，Nrf2能減輕TBI后的神經(jīng)損傷，可能與調(diào)控鐵死亡發(fā)揮抗氧化作用有關(guān)。本文以氧化應(yīng)激切入，通過綜述Nrf2、TBI與鐵死亡三者之間的聯(lián)系，深入探討鐵死亡對TBI的影響機(jī)制，闡述Nrf2對神經(jīng)細(xì)胞TBI后鐵死亡的保護(hù)作用。

1 鐵死亡與創(chuàng)傷性腦損傷（TBI）

1.1鐵死亡的定義與特點(diǎn)

鐵死亡是一種由鐵依賴性的磷脂過氧化驅(qū)動的細(xì)胞死亡方式，其特征包括形態(tài)學(xué)、生化、遺傳水平的變化。在形態(tài)上，鐵死亡細(xì)胞具有典型的壞死形態(tài)，包括線粒體縮小、嵴減少、細(xì)胞膜濃縮、細(xì)胞外膜破裂等，但細(xì)胞核變化不明顯。在生化方面，鐵死亡細(xì)胞喪失了谷胱甘肽過氧化物酶4（GPX4）修復(fù)脂質(zhì)過氧化物的能力，導(dǎo)致氧化還原活性鐵的可用性增加，以及含有多不飽和脂肪酸的磷脂發(fā)生氧化。這些變化最終引發(fā)了致命的脂質(zhì)氧化過程。至于遺傳方面的調(diào)控機(jī)制，目前尚不完全清楚，但鐵代謝異常、脂質(zhì)過氧化物的積累以及GPX4的失活被認(rèn)為是鐵死亡的主要調(diào)控方式。

1.2鐵死亡中的氧化應(yīng)激

“氧化應(yīng)激”是指當(dāng)身體受到有害刺激時，體內(nèi)的高活性分子如活性氧（ROS）和活性氮（RNS）等自由基產(chǎn)生過多，導(dǎo)致氧化系統(tǒng)和抗氧化系統(tǒng)之間的平衡被破壞，進(jìn)而引發(fā)組織損傷。氧化應(yīng)激是導(dǎo)致脂質(zhì)過氧化的主要機(jī)制之一，也是導(dǎo)致鐵死亡的關(guān)鍵因素。目前的研究顯示，鐵死亡的發(fā)生可以通過胱氨酸/谷氨酸反向轉(zhuǎn)運(yùn)體（系統(tǒng)Xc-）進(jìn)行調(diào)節(jié)。谷胱甘肽是體內(nèi)一種重要的自由基清除劑和抗氧化劑，可分為還原型（GSH）與氧化型（GSSG），細(xì)胞內(nèi)胱氨酸可以通過一系列生化反應(yīng)轉(zhuǎn)化為GSH，而GSH則能在GPX4的作用下轉(zhuǎn)化為GSSG。同時，GPX4是一種氧化還原酶，不但可以通過降低脂質(zhì)過氧化物的水平抑制鐵質(zhì)疏松；同時還可以在反應(yīng)性醛（PUFAs-OOH）還原成醇形式（PUFAs-OH）中起著至關(guān)重要的作用，降低ROSs的含量。

ROSs是細(xì)胞中最常見的氧化劑，該物質(zhì)的積累可導(dǎo)致氧化應(yīng)激，誘導(dǎo)脂質(zhì)過氧化；而脂質(zhì)過氧化能進(jìn)一步產(chǎn)生ROSs。鐵離子可直接催化細(xì)胞質(zhì)中自由基的形成，或通過芬頓反應(yīng)產(chǎn)生ROSs，可見系統(tǒng)Xc-、鐵離子等能促進(jìn)ROSs增加，加重氧化應(yīng)激，調(diào)節(jié)鐵死亡。

1.3創(chuàng)傷性腦死亡的鐵死亡發(fā)生機(jī)制

鐵死亡發(fā)生有三條重要途徑，分別是鐵穩(wěn)態(tài)失調(diào)、脂質(zhì)過氧化及GSH耗竭。

1.3.1神經(jīng)細(xì)胞的鐵穩(wěn)態(tài)失調(diào)

鐵穩(wěn)態(tài)是鐵死亡的關(guān)鍵因素，已經(jīng)在研究中得到證實(shí)。在正常生理?xiàng)l件下，循環(huán)鐵以三價鐵（Fe3+）的形式通過膜蛋白轉(zhuǎn)鐵蛋白受體1（TFR1）導(dǎo)入細(xì)胞，并在內(nèi)體中定位。在內(nèi)體中，F(xiàn)e3+被還原為亞鐵（Fe2+），并借由STEAP3還原酶的活性實(shí)現(xiàn)。最后，二價金屬轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白1（DMT1）介導(dǎo)Fe2+的釋放，使其從內(nèi)體進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)中的不穩(wěn)定鐵池。而細(xì)胞質(zhì)中鐵池內(nèi)的Fe2+受膜鐵轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白（FPN）、Poly C結(jié)合蛋白1/2（PCBP1/2）、線粒體等細(xì)胞器及血紅素氧合酶-1（HO-1）的調(diào)節(jié)。當(dāng)過量Fe2+存在時，芬頓反應(yīng)會生成過量活性氧（ROS），對細(xì)胞造成損傷，甚至引發(fā)鐵死亡。

1.3.2神經(jīng)細(xì)胞的脂質(zhì)過氧化

細(xì)胞脂質(zhì)過氧化是鐵死亡級聯(lián)反應(yīng)的關(guān)鍵過程，通常分為三個階段：起始、放大和終止。起始階段，RNS和RLS通過ROSs，從烯丙基碳中提取氫原子，形成脂質(zhì)自由基（L）。擴(kuò)增階段，新形成的L與氧快速反應(yīng)形成過氧自由基（LOO），提取烯丙基碳形成新的L和脂質(zhì)過氧化物（LOOH），此過程中產(chǎn)生的LOOH可以通過GPX4還原為脂醇，或者降解為羥基脂肪酸或反應(yīng)醛。

1.3.3神經(jīng)細(xì)胞的system Xc-/GSH/GPX4途徑

谷氨酸誘導(dǎo)的神經(jīng)細(xì)胞死亡具有氧化性和鐵依賴性，與鐵死亡信號通路相似，因此可能存在共同的信號通路。谷氨酸誘導(dǎo)的細(xì)胞死亡可以通過抑制胱氨酸谷氨酸轉(zhuǎn)運(yùn)受體（system Xc-）或鈣離子流入來啟動。System Xc-是一種異二聚體氨基酸轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白，可以將胱氨酸轉(zhuǎn)運(yùn)到細(xì)胞內(nèi)，同時將谷氨酸或半胱氨酸轉(zhuǎn)運(yùn)出細(xì)胞。當(dāng)胱氨酸進(jìn)入細(xì)胞后，會被谷胱甘肽或硫氧還蛋白還原酶1還原為半胱氨酸，為合成谷胱甘肽做準(zhǔn)備。如果system Xc-受到抑制，會導(dǎo)致代償性上調(diào)SLC7A11的轉(zhuǎn)錄，影響細(xì)胞攝取胱氨酸，減少GSH的合成，最終導(dǎo)致GSH耗竭。當(dāng)GSH耗竭后，GPX4失活，增加細(xì)胞內(nèi)脂質(zhì)過氧化，導(dǎo)致鐵死亡。

1.3.4神經(jīng)細(xì)胞的p53基因

p53是一種重要的抗癌基因，通過顯著降低SLC7A11的mRNA和蛋白表達(dá)水平，證實(shí)了SLC7A11是p53的靶標(biāo)之一，將p53與鐵死亡聯(lián)系起來。p53可以通過轉(zhuǎn)錄抑制SCL7A11的表達(dá)，抑制Xc-系統(tǒng)胱氨酸的攝取，導(dǎo)致GSH的合成和GSH依賴性GPX4的活性降低，以及降低細(xì)胞抗氧化能力和脂質(zhì)過氧化物積累，鐵死亡的發(fā)生也會隨之減少。

2 Nrf2與創(chuàng)傷性腦死亡

2.1Nrf2的結(jié)構(gòu)和功能

核因子E2相關(guān)因子2（Nrf2）是一種在應(yīng)激條件下誘導(dǎo)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)錄因子，它在抗氧化反應(yīng)中扮演著核心角色。在正常氧氣穩(wěn)態(tài)下，Nrf2與Keap1結(jié)合。然而，在氧化應(yīng)激環(huán)境下，Nrf2會從與Keap1的結(jié)合位點(diǎn)釋放出來，并迅速轉(zhuǎn)移到細(xì)胞核內(nèi)。Nrf2與抗氧化反應(yīng)元件（ARE）相互作用，從而激活轉(zhuǎn)錄過程，促進(jìn)下游抗氧化基因的轉(zhuǎn)錄，幫助維持細(xì)胞的氧化還原穩(wěn)態(tài)[4]。Nrf2的下游基因可以調(diào)節(jié)谷胱甘肽的產(chǎn)生，調(diào)節(jié)ROSs解毒，調(diào)節(jié)鐵代謝。

2.2 Nrf2在創(chuàng)傷性腦損傷中的作用

創(chuàng)傷性腦損傷的繼發(fā)損傷嚴(yán)重影響預(yù)后，主要原因是其氧化應(yīng)激、鈣超載等機(jī)制相互交叉、影響。激活Nrf2-ARE通路能減輕以上病理、生理變化，可調(diào)節(jié)多重機(jī)制，而發(fā)揮腦保護(hù)作用。有實(shí)驗(yàn)表明，小鼠動物模型TBI后腦外傷組細(xì)胞核內(nèi)Nrf2蛋白水平較對照組顯著升高，Nrf2調(diào)節(jié)的基因產(chǎn)物HO-1和NQO1的mRNA的水平較對照組下降，Nrf2和HO-1蛋白表達(dá)水平則較對照組升高?？梢酝茢郥BI后激活了Nrf2-ARE通路。

3 Nrf2與鐵死亡

3.1 Nrf2抑制鐵死亡

Nrf2是細(xì)胞在氧化應(yīng)激下適應(yīng)和存活的關(guān)鍵，但隨著對鐵死亡研究的加深，發(fā)現(xiàn)Nrf2是鐵死亡的重要調(diào)節(jié)因子。在葉酸誘導(dǎo)的急性腎損傷小鼠中，Nrf2通過調(diào)節(jié)下游基因GPX4抑制鐵死亡，發(fā)揮其腎臟保護(hù)作用。以上研究可見，Nrf2能通過抗氧化鐵死亡的抑制。

3.2 Nrf2調(diào)控鐵死亡相關(guān)基因表達(dá)

Nrf2靶點(diǎn)在介導(dǎo)鐵穩(wěn)態(tài)中起關(guān)鍵作用。一、Nrf2-ARE通過促進(jìn)血腦屏障和神經(jīng)細(xì)胞膜上Tf R1的轉(zhuǎn)錄，增加細(xì)胞內(nèi)鐵的攝入，降低細(xì)胞外游離鐵水平。二、鐵蛋白由是鐵緩沖系統(tǒng)的核心參與者，不但能儲存在細(xì)胞中，還能隔離多余的游離鐵，限制其氧化還原。Nrf2能上調(diào)鐵蛋白的表達(dá)，保證神經(jīng)細(xì)胞儲存大量穩(wěn)定的鐵，保護(hù)細(xì)胞免受鐵死亡。三、Nrf2可以正向調(diào)控線粒體外膜和內(nèi)膜的活性物質(zhì)，將糞卟啉原Ⅲ轉(zhuǎn)運(yùn)到線粒體內(nèi)，反應(yīng)后形成原卟啉IX（PPIX），而FECH可以將Fe2+插入到PPIX中。Nrf2通過PPIX間接維持線粒體內(nèi)游離鐵的穩(wěn)定性。四、FPN基因的啟動子序列包含ARE，這使得它可以與Nrf2結(jié)合以調(diào)節(jié)腦鐵的運(yùn)輸。在腦卒中患者中，缺血區(qū)域的鐵、Tf和TfR水平升高；而當(dāng)Nrf2被激活后，F(xiàn)PN的mRNA水平也會升高。故Nrf2可以通過誘導(dǎo)鐵儲存鐵蛋白FTL、FTH1及鐵輸出劑FPN1的表達(dá)，減少細(xì)胞內(nèi)不穩(wěn)定的鐵池，進(jìn)而抑制鐵死亡[5]。

4 結(jié)語

隨著對鐵死亡及其相關(guān)機(jī)制理解的不斷深入與增長，Nrf2在介導(dǎo)鐵死亡的關(guān)鍵作用變得更加明顯，細(xì)胞的脂質(zhì)氧化、鐵和中間代謝狀態(tài)都可以由Nrf2靶基因介導(dǎo)。本文發(fā)現(xiàn)TBI后神經(jīng)細(xì)胞通過鐵超載及氧化應(yīng)激發(fā)生鐵死亡，而Nrf2通過抑制鐵超載及氧化應(yīng)激抑制神經(jīng)細(xì)胞鐵死亡。由此，我們推斷Nrf2在創(chuàng)傷性腦損傷后鐵死亡中，可通過抗氧化實(shí)現(xiàn)保護(hù)作用。

Nrf2與創(chuàng)傷性腦損傷后的鐵死亡調(diào)控關(guān)系的具體機(jī)制尚不明確。本文以氧化應(yīng)激為著眼點(diǎn)，進(jìn)一步闡述了TBI、鐵死亡、Nrf2的關(guān)系。然而，本篇文獻(xiàn)還存在著以下局限性：一是Nrf2的其他通路如（TGF-β1、NF-kB和MMP3等）以及未知通路是否可以抑制鐵死亡；二是關(guān)于Nrf2抑制TBI后鐵死亡理論尚可，缺乏實(shí)驗(yàn)研究及數(shù)據(jù)支持。因此，在未來的臨床研究中，應(yīng)繼續(xù)進(jìn)行Nrf2在TBI后鐵死亡的基礎(chǔ)、動物乃至臨床研究，為減輕TBI給個人、社會帶來的負(fù)擔(dān)進(jìn)行不斷研究。

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