Nrf2通路在糖尿病神經(jīng)病理性痛中的研究進(jìn)展

焦洋　謝克亮　于泳浩

【摘要】 糖尿病神經(jīng)病變作為糖尿病最常見且后果最嚴(yán)重的并發(fā)癥， 其疼痛癥狀及伴隨的精神損害嚴(yán)重影響患者生活質(zhì)量， 其病理機(jī)制多與炎癥和氧化應(yīng)激機(jī)制有關(guān)。核紅素2相關(guān)因子（Nrf2）是一種在氧化應(yīng)激和炎癥中發(fā)揮多種調(diào)節(jié)作用的轉(zhuǎn)錄因子。本文總結(jié)了Nrf2信號(hào)通路作為一種核心機(jī)制參與了糖尿病神經(jīng)病變及神經(jīng)痛的發(fā)生和發(fā)展， 闡明了Nrf2可作為潛在的治療靶點(diǎn)用于糖尿病神經(jīng)病理性痛的治療。

【關(guān)鍵詞】 核紅素2相關(guān)因子；糖尿??；神經(jīng)痛；氧化應(yīng)激；炎癥

DOI：10.14163/j.cnki.11-5547/r.2017.34.108

糖尿病周圍神經(jīng)病變（diabetic peripheral neuropathy）是糖尿病常見而棘手的并發(fā)癥之一， 主要表現(xiàn)為自發(fā)性疼痛和痛覺過(guò)敏， 盡管其危害巨大， 但由于其病理、生理機(jī)制尚不十分明確， 因此， 亟待發(fā)現(xiàn)同時(shí)針對(duì)其多種致病因素的新型治療藥物[1， 2]。慢性高血糖可以引起多種損害， 包括氧化亞硝化應(yīng)激、神經(jīng)炎癥、多元醇旁路激活、聚腺苷二磷酸核糖聚合酶（PARP）超表達(dá)等， 但研究指出氧化應(yīng)激在多種機(jī)制中發(fā)揮中心作用[3]。近年研究發(fā)現(xiàn)， 活性氧（ROS）除直接損傷生物大分子以外， 還可以通過(guò)調(diào)控炎癥相關(guān)基因轉(zhuǎn)錄和蛋白表達(dá)誘發(fā)以及加重炎癥反應(yīng)[4]。Nrf2被公認(rèn)可以調(diào)節(jié)很多抗氧化解毒基因的表達(dá)， 越來(lái)越多的研究指出， Nrf2在胰島素抵抗和糖尿病的炎癥損害中發(fā)揮了重要作用[5]。本文將對(duì)Nrf2信號(hào)通路在糖尿病神經(jīng)痛中的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。

1 Nrf2通路介紹

Nrf2是cap‘ncollar轉(zhuǎn)錄因子家族的一員， 廣泛存在于大量代謝和解毒器官， 是一種對(duì)氧化還原狀態(tài)異常敏感的轉(zhuǎn)錄因子， 該家族由一群含有獨(dú)特的CNC結(jié)構(gòu)域和高度保守的亮氨酸拉鏈結(jié)構(gòu)的蛋白組成。非應(yīng)激條件下， 胞漿蛋白分子伴侶Kelch-like ECH相關(guān)蛋白1（Keap1）作為Nrf2的負(fù)性調(diào)節(jié)劑與Nrf2在胞質(zhì)內(nèi)結(jié)合使其處于抑制狀態(tài)， 調(diào)控著Nrf2的正常泛素化和降解；而當(dāng)細(xì)胞遭遇氧化性傷害時(shí)， Keap1在ROS作用下發(fā)生結(jié)構(gòu)性改變， 與Nrf2 發(fā)生解耦連， 后者轉(zhuǎn)位入核與特異性的脫氧核糖核酸（DNA）識(shí)別序列抗氧化反應(yīng)元件（ARE）結(jié)合， 從而開始上調(diào)多種抗氧化酶（如超氧化物歧化酶、谷胱甘肽還原酶）和二相解毒酶（如血紅素加氧酶1、谷胱甘肽S轉(zhuǎn)移酶、 醌氧還原酶1）的表達(dá)。這些物質(zhì)作為機(jī)體自身天然的抗氧化防御體系， 可幫助機(jī)體對(duì)抗過(guò)度的自由基損害， 起到自我防御和修復(fù)的作用[6]。這一巧妙的抗氧化防御體系可以有效糾正細(xì)胞的氧化還原失衡， 盡快恢復(fù)正常功能[7]。

在所有Nrf2調(diào)控表達(dá)的酶中， 血紅素加氧酶1（HO-1）作為血紅素降解的限速酶， 既有抗氧化活性又有抗炎、免疫調(diào)節(jié)和抗凋亡作用。一旦Nrf2與HO-1啟動(dòng)子上的ARE結(jié)合， 便可誘發(fā)許多細(xì)胞中HO-1的表達(dá)， 發(fā)揮自身防御作用。HO-1的重要作用已在多種基因敲除小鼠疾病模型上得到驗(yàn)證[7]。

2 Nrf2通路在多種疾病中的保護(hù)作用

Nrf2通路的多種保護(hù)作用已在大量疾病模型中得以確認(rèn)， 包括炎癥性疾病、腫瘤、糖尿病、動(dòng)脈粥樣硬化以及神經(jīng)退行性變等[8]。在動(dòng)脈粥樣硬化模型中， Nrf2的上調(diào)表達(dá)可顯著減少血管內(nèi)皮細(xì)胞中血管細(xì)胞粘附分子-1（VCAM-1）等炎癥介質(zhì)的基因表達(dá)， 進(jìn)而改善動(dòng)脈硬化。在哮喘動(dòng)物模型中， 與正常組相比， Nrf2基因缺陷小鼠的肺組織中可檢測(cè)到更多的炎癥因子， 證明Nrf2下調(diào)與哮喘的致病機(jī)制有關(guān)。Nrf2還被證實(shí)可保護(hù)腦組織免受氧化應(yīng)激和炎癥損害。星形膠質(zhì)細(xì)胞通過(guò)表達(dá)Nrf2可幫助神經(jīng)元抵御氧化應(yīng)激[9]。而采用Nrf2激活劑可在腦損傷模型中顯著減輕炎癥反應(yīng)程度[10]。

近年來(lái)， Nrf2作為糖尿病及相關(guān)并發(fā)癥的重要分子靶點(diǎn)已被明確提出。在糖尿病神經(jīng)病變模型中， 坐骨神經(jīng)中的Nrf2和HO-1表達(dá)均顯著升高[8]。Nrf2介導(dǎo)的HO-1表達(dá)還可減輕福爾馬林誘發(fā)的炎性痛模型的疼痛癥狀[11]。這些均可說(shuō)明Nrf2通路下調(diào)與神經(jīng)病理性痛的發(fā)生有關(guān)。此外， Nrf2還參與了其他糖尿病并發(fā)癥的發(fā)病， 包括通過(guò)上調(diào)硫氧還原酶對(duì)視神經(jīng)節(jié)細(xì)胞發(fā)揮神經(jīng)保護(hù)作用；在糖尿病腎病模型中Nrf2基因敲除小鼠表現(xiàn)出更加嚴(yán)重的氧化損害和腎組織損害；而高糖培養(yǎng)的心肌細(xì)胞中敲除Nrf2基因可導(dǎo)致氧化應(yīng)激加重和細(xì)胞凋亡[12， 13]。另有一些研究發(fā)現(xiàn)， 許多抗氧化劑在糖尿病模型中發(fā)揮保護(hù)作用的機(jī)制與激活Nrf2介導(dǎo)的抗氧化酶系統(tǒng)有關(guān)。均提示Nrf2通路是機(jī)體抵御內(nèi)源性和外源性傷害、進(jìn)行自我修復(fù)和疾病預(yù)防不可或缺的重要機(jī)制。

3 Nrf2發(fā)揮保護(hù)作用的機(jī)制探討

考慮到機(jī)體的多種疾病均與氧化應(yīng)激機(jī)制有關(guān)， 而Nrf2作為機(jī)體自身重要的抗氧化體系， 在預(yù)防和治療疾病方面具有重要的潛力。由于Nrf2對(duì)氧化還原環(huán)境高度敏感， 其保護(hù)作用可能既與其調(diào)節(jié)下游多種抗氧化酶的表達(dá)來(lái)中和ROS并發(fā)揮解毒作用有關(guān)， 又與其間接減少ROS下游的炎癥反應(yīng)有關(guān)。Nrf2通路作為抗氧化反應(yīng)的重要上游介質(zhì)， 發(fā)揮抗氧化保護(hù)作用的機(jī)制可能包含以下三點(diǎn)：①激活上游激酶如蛋白激酶B（Akt）和細(xì)胞外信號(hào)調(diào)節(jié)激酶（Erk）， 后者通過(guò)磷酸化特異性的位點(diǎn)導(dǎo)致Nrf2脫離Keap1的抑制作用。②通過(guò)修飾Keap1的絲氨酸殘基導(dǎo)致其結(jié)構(gòu)改變而釋放Nrf2。③抑制Nrf2的泛素化和降解導(dǎo)致其數(shù)量增多。這三方面的共同結(jié)果是導(dǎo)致大量Nrf2轉(zhuǎn)位入核激活下游蛋白表達(dá)， 發(fā)揮抗氧化活性[14]。另外， Nrf2還具有抗炎作用， 其機(jī)制可能包含兩點(diǎn)：一方面是直接發(fā)揮轉(zhuǎn)錄作用， 調(diào)節(jié)下游炎癥相關(guān)蛋白的表達(dá)， 如促炎細(xì)胞因子、趨化因子等；另一方面是通過(guò)調(diào)控抗氧化物表達(dá)修復(fù)氧化還原失衡， 通過(guò)抑制和中和ROS及其下游損害間接減少炎癥級(jí)聯(lián)反應(yīng)的發(fā)生[15]。Nrf2的抗炎和抗氧化機(jī)制在大量研究中均已證實(shí)， 如脂多糖（LP）S刺激下， Nrf2基因敲除小鼠肺成纖維細(xì)胞內(nèi)的NF-κB p65水平顯著升高， 胚胎成纖維細(xì)胞內(nèi)的IkB激酶（IKK）活性增強(qiáng)， 說(shuō)明Nrf2能有效減輕LPS引起的炎癥反應(yīng)[16]。反之， 對(duì)LPS處理后的Raw264.7細(xì)胞給予LPS激動(dòng)劑萊菔硫烷后， NF-κB的核轉(zhuǎn)位和蛋白表達(dá)水平均明顯下降[17]。另外， 還有研究證實(shí)缺失Nrf2基因的小鼠， 其機(jī)體內(nèi)促炎細(xì)胞因子腫瘤壞死因子-α（TNF-α）和白介素（IL）及炎癥相關(guān)蛋白表達(dá)環(huán)氧化酶-2（COX-2）、誘導(dǎo)型一氧化氮合酶（iNOS）均顯著增多[18]， 推測(cè)Nrf2基因缺陷可加重炎癥反應(yīng)。另一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)外源性給予HO-1能夠抑制內(nèi)皮細(xì)胞中的NF-κB激活， 進(jìn)一步證實(shí)Nrf2下游的HO-1也可抑制炎癥反應(yīng)。這些證據(jù)提示， Nrf2可以通過(guò)直接和間接作用發(fā)揮抗氧化和抗炎效應(yīng)， 可作為治療疾病關(guān)鍵的上游靶點(diǎn)。endprint

4 氧化應(yīng)激在糖尿病神經(jīng)痛中發(fā)揮的作用

周圍神經(jīng)損傷是導(dǎo)致慢性疼痛發(fā)生的最主要原因， 因此阻止和治療神經(jīng)痛的關(guān)鍵在于明確高血糖環(huán)境下神經(jīng)損傷的病理生理機(jī)制。既往研究認(rèn)為， 高血糖是導(dǎo)致神經(jīng)損傷和神經(jīng)痛發(fā)生的最主要原因， 但近年來(lái)研究發(fā)現(xiàn)， 嚴(yán)格的血糖控制并不能阻止神經(jīng)病變的發(fā)生， 甚至許多小神經(jīng)纖維痛性改變?cè)谔悄虿∏捌诩纯沙霈F(xiàn)， 這說(shuō)明高血糖環(huán)境引起的代謝紊亂和繼發(fā)性細(xì)胞損害才是引起神經(jīng)損害的重要機(jī)制， 而非高血糖本身[1]。目前發(fā)現(xiàn)的高血糖引起神經(jīng)損害的可能機(jī)制包括氧化亞硝化應(yīng)激、多元醇通路的激活、終末糖基化產(chǎn)物的聚集、神經(jīng)炎癥以及PARP超表達(dá)引起的凋亡等， 其中氧化應(yīng)激和炎癥被認(rèn)為是多種通路的中心機(jī)制[4]。然而臨床上采用抗氧化劑和抗炎藥物治療痛性神經(jīng)病變的效果并不樂(lè)觀， 甚至非選擇性的抗炎和抗氧化還可能造成神經(jīng)損害加重和腎毒性等副作用， 這可能與ROS和促炎細(xì)胞因子本身就是機(jī)體不可缺少的信號(hào)分子有關(guān)。另外， 氧化應(yīng)激狀態(tài)下， 一些對(duì)氧化環(huán)境敏感的轉(zhuǎn)錄因子如NF-κB、Nrf2等可發(fā)生激活或抑制， 通過(guò)調(diào)控下游分子的表達(dá)進(jìn)一步導(dǎo)致正反饋式的炎癥反應(yīng)發(fā)生， 從而導(dǎo)致糖尿病神經(jīng)病變的進(jìn)行性加重， 神經(jīng)功能和神經(jīng)血供受損， 炎性致痛原釋放， 導(dǎo)致疼痛癥狀的產(chǎn)生[19]。因此， 單純抗氧化或抗炎均不可取， 未來(lái)的研究方向應(yīng)著眼于明確機(jī)體內(nèi)氧化應(yīng)激和炎癥造成神經(jīng)損害的分子機(jī)制和途徑， 并對(duì)該途徑進(jìn)行藥物干預(yù)， 抑制損傷機(jī)制和上調(diào)保護(hù)機(jī)制， 在不干擾正常氧化還原穩(wěn)態(tài)和正常免疫防御功能的前提下， 對(duì)高血糖環(huán)境下的痛性神經(jīng)損害加以治療。

5 Nrf2通路對(duì)糖尿病神經(jīng)病變的影響

高血糖可以導(dǎo)致Nrf2信號(hào)通路紊亂， 通過(guò)引起氧化失衡和炎癥反應(yīng)引起糖尿病神經(jīng)、視網(wǎng)膜和腎病等血管并發(fā)癥的發(fā)生。既往研究采用姜黃素、褪黑素、白藜蘆醇等增強(qiáng)Nrf2通路的藥物治療糖尿病神經(jīng)痛動(dòng)物模型時(shí)都發(fā)現(xiàn)其對(duì)改善神經(jīng)功能、運(yùn)動(dòng)感覺癥狀和生物化學(xué)損害方面有效。這些藥物能上調(diào)Nrf2和HO-1的表達(dá)水平， 后者通過(guò)糾正氧化還原失衡從根源上抑制炎癥級(jí)聯(lián)反應(yīng)的進(jìn)一步發(fā)展[20]。最佳的治療方案應(yīng)以不干預(yù)機(jī)體的基礎(chǔ)內(nèi)環(huán)境為原則， 而非不加選擇的清除所有自由基來(lái)實(shí)現(xiàn)目的， 通過(guò)調(diào)控Nrf2通路的表達(dá)可以在上游調(diào)控各種蛋白表達(dá)的時(shí)機(jī)和程度來(lái)達(dá)到治療作用， 通過(guò)影響氧化還原平衡的關(guān)鍵分子表達(dá)實(shí)現(xiàn)機(jī)體的氧化還原穩(wěn)態(tài)， 預(yù)防和控制疾病的發(fā)生發(fā)展。

Nrf2已被證實(shí)在糖尿病及其并發(fā)癥中發(fā)揮著重要調(diào)節(jié)作用， 有研究證實(shí)， 與正常大鼠相比， Nrf2和HO-1在糖尿病大鼠的坐骨神經(jīng)中表達(dá)下調(diào)[12]。類似的結(jié)果也在其他糖尿病動(dòng)物模型， 如福爾馬林引起的急性炎性痛模型、糖尿病視網(wǎng)膜病變模型及糖尿病神經(jīng)損傷模型中得到印證， 而在Nrf2基因敲除小鼠中卻發(fā)現(xiàn)了更高的ROS水平和加重的氧化損傷及神經(jīng)損害。這些研究均說(shuō)明， Nrf2介導(dǎo)的HO-1表達(dá)及下游的過(guò)氧化氫（H2O2）等保護(hù)性自由基在機(jī)體內(nèi)發(fā)揮著內(nèi)源性的“抗氧化衛(wèi)士”作用， 一旦該機(jī)制被抑制可導(dǎo)致多種疾病的發(fā)生， 而通過(guò)激活Nrf2和增強(qiáng)下游表達(dá)可以減輕外源性損傷對(duì)神經(jīng)元的影響， 抑制和減慢高血糖導(dǎo)致的神經(jīng)損害進(jìn)程， 起到預(yù)防和治療神經(jīng)病變的作用。

6 小結(jié)

近年來(lái)， Nrf2通路在神經(jīng)保護(hù)、炎癥性疾病及腫瘤的干預(yù)和治療方面發(fā)揮的重要作用已經(jīng)得到了廣泛關(guān)注， 氧化應(yīng)激作為糖尿病神經(jīng)病理性痛的核心樞紐機(jī)制， 通過(guò)與多種炎癥和凋亡通路的相互作用導(dǎo)致了神經(jīng)病變的進(jìn)一步發(fā)展， 而Nrf2在平衡氧化還原穩(wěn)態(tài)和機(jī)體自身對(duì)抗氧化性損害方面發(fā)揮的重要作用使之成為糖尿病神經(jīng)痛的潛在治療靶點(diǎn)。因此， 針對(duì)Nrf2通路的進(jìn)一步研究可為痛性糖尿病神經(jīng)病變的治療提供新的方向和思路。

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[收稿日期：2017-10-12]endprint