Nrf2/HO-1通路與心肌缺血再灌注損傷

周鵬思 王玉敏

(赤峰學(xué)院附屬醫(yī)院心內(nèi)科，內(nèi)蒙古 赤峰 024005)

心肌缺血再灌注損傷(MIRI)指缺血心肌恢復(fù)血液供應(yīng)后病情惡化，出現(xiàn)較灌注之前更嚴(yán)重的損傷。例如出現(xiàn)心肌梗死面積增加、心律失常、心室收縮功能持久性低下等一系列現(xiàn)象〔1〕。MIRI發(fā)病機制尚未完全闡明，目前主要有氧自由基爆發(fā)、鈣超載、心肌能量代謝障礙、內(nèi)皮細胞功能障礙、中性粒細胞浸潤、細胞凋亡和線粒體損傷等幾種觀點。近年來研究顯示，核因子E2相關(guān)因子(Nrf)2/血紅素加氧酶(HO)-1通路的激活在MIRI中具有保護作用〔2,3〕。本文總結(jié)了MIRI過程中氧化應(yīng)激損傷的來源及其在MIRI形成中的作用，并對以Nrf2/HO-1抗氧化通路為靶點治療MIRI進展進行了總結(jié)。

1 MIRI過程中氧化應(yīng)激來源

氧化應(yīng)激是指活性氧產(chǎn)生增多和/或抗氧化防御耗竭產(chǎn)生的一系列分子、細胞和組織的功能損害〔4〕。MIRI過程中氧化應(yīng)激來源主要包括線粒體、煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(NADPH)氧化酶、黃嘌呤氧化酶(XO)和一氧化氮合酶(NOS)等。

2 Nrf2/HO-1通路與MIRI的治療

研究顯示〔15〕，機體細胞本身具有一套復(fù)雜的抗氧化系統(tǒng)，此系統(tǒng)組成Nrf2-抗氧化反應(yīng)元件(ARE)-抗氧化酶通路。生理狀態(tài)下，在胞質(zhì)內(nèi)的Nrf2與細胞骨架相關(guān)性抑制蛋白Keap1結(jié)合形成一個復(fù)合體，使Nrf2經(jīng)泛素蛋白酶途徑降解。當(dāng)細胞或機體暴露于ROS，氧化應(yīng)激可引起Keap1的修飾，從而使Keap1募集Nrf2的功能發(fā)生改變，Keap1-Nrf2復(fù)合體解離，Nrf2從胞質(zhì)轉(zhuǎn)位到細胞核，與受其調(diào)控的抗氧化酶基因的ARE結(jié)合，從而啟動編碼解毒和抗氧化的基因表達，使其表達上調(diào)，促進細胞存活。HO-1即是受其調(diào)控的一個非常重要的酶類，形成一個Nrf2/HO-1通路。研究顯示，Nrf2/HO-1通路的激活在MIRI中具有保護作用〔2,3,16〕。

2.1Nrf2在MIRI中的保護作用 研究顯示〔17〕，Nrf2的丟失可以促進心肌梗死后心衰的快速進展。左冠狀動脈前降支結(jié)扎后可導(dǎo)致小鼠心肌梗死發(fā)生。心梗后存活的年輕小鼠心衰的體征較輕，在Nrf2基因敲除(Nrf2KO)的小鼠中，心梗10 d后便可快速發(fā)生心衰，死亡率也較野生型小鼠明顯增加。同時在Nrf2KO小鼠中心衰標(biāo)志物也明顯增高。這一研究表明，Nrf2在對抗心肌缺血過程中發(fā)揮保護作用。因此，通過藥物作用進而激活Nrf2可能成為治療心肌缺血性疾病的潛在治療途徑〔18〕。

中藥單體化合物激活Nrf2可以抑制MIRI發(fā)生。中藥丹參素(DSS)在MIRI治療中顯示出了良好的心臟保護作用。DSS衍生物能夠在叔丁基化過氧氫(t-BHP)誘導(dǎo)的H9c2心肌細胞損傷模型中激活磷脂酰肌醇3激酶(PI3K)/蛋白激酶B(Akt)進而激活Nrf2抑制細胞損傷，在MIRI大鼠模型中，DSS衍生物能夠明顯減輕心肌梗死面積，激活PI3K/Akt上調(diào)Nrf2參與心臟保護〔19〕。研究顯示〔20〕，DSS-四甲吡嗪耦合物DT-010能夠抑制t-BHP和缺氧再灌注誘導(dǎo)的H9c2心肌細胞凋亡發(fā)生，減少t-BHP引起的ROS產(chǎn)生增加，同時激活Nrf2表達，上調(diào)HO-1表達。在MIRI大鼠中，DT-010能夠明顯減小大鼠心肌梗死的面積〔20〕。DSS和羥基紅花黃色素(HSY)A兩化合物在MIRI中具有協(xié)同保護作用〔21〕。DSS和(或)HSYA能夠在MIRI大鼠中明顯降低肌酸激酶同工酶、心肌肌鈣蛋白Ⅰ和丙二醛(MDA)和8-羥基脫氧鳥嘌呤，增加超氧化物歧化酶(SOD)活性〔21〕。在缺氧再灌注H9c2心肌細胞凋亡中，DSS和(或)HSYA能夠通過抗凋亡機制抑制心肌細胞死亡，同時通過促進Akt磷酸化、激活Nrf2進而上調(diào)HO-1表達來抑制心肌細胞死亡。HO-1抑制劑能夠減弱DSS和(或)HSYA對缺氧再灌注誘導(dǎo)的H9c2心肌細胞凋亡的抑制作用，DSS和(或)HSYA通過Akt/Nrf2/HO-1通路的激活來抑制MIRI發(fā)生〔21〕。丹紅注射液(DHI)能夠抑制MIRI大鼠，降低白細胞介素-1、腫瘤壞死因子-α和MDA生成，同時增加SOD活性。DHI能夠激活A(yù)kt和細胞外調(diào)節(jié)蛋白激酶(ERK)1/2通路，進而激活Nrf2表達，抑制MIRI發(fā)生〔22〕。淫羊藿總黃酮激活Nrf2表達抑制MIRI的發(fā)生〔23〕。

白藜蘆醇(Resveratrol)能夠在MIRI大鼠中通過抗氧化、抗凋亡機制和增強抗氧化防御體系功能來減小心肌梗死面積，同時激活Nrf2上調(diào)HO-1的表達，在MIRI中通過激活Nrf2/HO-1發(fā)揮其心臟保護作用〔24,25〕。天然抗氧化Butin〔26〕、黃酮苷〔27〕、淫羊藿〔25〕、蒽貝素〔28〕、鼠尾草酸〔28〕、姜黃素類似物〔29〕、α-硫辛酸〔30〕均可激活Nrf2進而抑制MIRI發(fā)生，發(fā)揮其心臟保護作用。同時氫化硫〔31〕和阿托伐他汀〔32〕在激活Nrf2進而抑制MIRI發(fā)生發(fā)揮心臟保護作用。

2.2HO-1在MIRI中的保護作用 HO-1在缺血性心臟病中引起學(xué)者關(guān)注〔33,34〕。 HO-1缺失能夠增加心肌細胞氧化應(yīng)激損傷的發(fā)生〔35,36〕，而上調(diào)HO-1表達能夠抑制MIRI發(fā)生〔37,38〕，表明HO-1在MIRI中具有保護作用。通過藥物作用上調(diào)HO-1表達能夠抑制MIRI發(fā)生。丹參酮ⅡA能夠通過抗氧化和抗炎抑制大鼠MIRI發(fā)生〔39〕，而上調(diào)HO-1表達參與其心臟保護作用機制〔40〕。來源于中藥及其提取物，如人參皂苷Rd〔41〕、白花丹素〔42〕、大蒜素〔43〕、藏紅花〔44〕、來源于肉桂的提取物〔45〕、新黃酮類闊葉黃檀酚〔46〕能夠通過誘導(dǎo)HO-1表達抑制MIRI。Phikud Navakot 提取物〔47〕、N-乙酰半胱氨酸〔48〕、黑皮質(zhì)素〔49〕上調(diào)HO-1表達參與抑制MIRI引起的心肌細胞損傷作用。另外，臨床上廣為應(yīng)用的成藥，如雷公藤內(nèi)酯〔50〕、去甲腎上腺素、多巴酚丁胺〔51〕、紫杉酚〔52〕均顯示出具有通過上調(diào)HO-1表達，抑制MIRI發(fā)生的藥理學(xué)作用。

綜上，Nrf2/HO-1通路成為MIRI治療的潛在靶點，激活Nrf2上調(diào)HO-1在MIRI中具有心臟保護作用。