Nrf2-NF-κB軸在痛性糖尿病性周圍神經(jīng)病變中的作用

張 蘇，冷錦紅

(1.遼寧中醫(yī)藥大學，遼寧 沈陽 110000；2.遼寧中醫(yī)藥大學附屬第一醫(yī)院，遼寧 沈陽 110000)

目前糖尿病發(fā)病率逐年上升，2013年世界糖尿病人口為3.82億，到2035年預計將增加到5.92億，它累及心臟、腎臟、神經(jīng)、血管等，其中痛性糖尿病性周圍神經(jīng)病變(painful diabetic peripheral neuropaphy，PDPN)是最常見的微血管并發(fā)癥之一，其臨床表現(xiàn)包括麻木、灼痛和刺痛感以及難治性疼痛[1]。研究表明，核因子E2相關(guān)因子(nuclear factor erythroid-2-related factor 2，Nrf2)是參與調(diào)解抗氧化防御系統(tǒng)的氧化還原調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄因子，驅(qū)動內(nèi)源性抗氧化劑防御和解毒酶的產(chǎn)生。核因子κB(NF-κB)是啟動炎癥反應的主要轉(zhuǎn)錄因子之一，其為一種廣泛存在于并具有多向性調(diào)節(jié)作用的蛋白質(zhì)分子，在細胞信號傳遞和基因的誘導表達過程中起重要作用。為了維持健康細胞中的氧化還原穩(wěn)定，Nrf2和NF-κB調(diào)節(jié)協(xié)調(diào)一致。糖尿病患者持續(xù)的高血糖狀態(tài)會產(chǎn)生過多的活性氧(ROS)，ROS可引起周圍神經(jīng)損傷及氧化應激的發(fā)生，氧化應激的發(fā)生可引起抗氧化防御功能的減弱[2]和炎癥反應級聯(lián)途徑的激活[3]，這兩個因素干擾了Nrf2和NF-κB軸[4]，導致失衡，從而出現(xiàn)破壞性結(jié)果。

1 Nrf2

1.1 Nrf2分子來源、結(jié)構(gòu)及其作用機制Nrf2相對分子質(zhì)量為6.6×104，位于2q31位點，屬于Cap-n-Collar(CNC)調(diào)節(jié)蛋白家族，是具有高度保守的堿性亮氨酸拉鏈結(jié)構(gòu)(basic leucine zipper，bZip)的轉(zhuǎn)錄因子，其廣泛存在于機體各個器官，在肝臟、腎臟等代謝和解毒器官以及皮膚、肺和消化道等持續(xù)暴露于外環(huán)境中的器官中高度表達，是細胞氧化還原反應的主控調(diào)節(jié)因子。Nrf2 下游基因分為3 類：①抗氧化蛋白：血紅素加氧酶-1(heme oxygenase-1，HO-1) 、谷胱甘肽過氧化物酶(glutathione peroxidase，GSH-Px)、谷氨酸半胱氨酸連接酶、硫氧還蛋白、硫氧還蛋白還原酶、過氧化物酶基因，其主要作用機制是保持細胞內(nèi)GSH 水平，降低ROS；②Ⅱ相解毒酶：谷胱甘肽S-轉(zhuǎn)移酶(glutathione S-transferase，GST) 、NAD(P) H 苯醌氧化還原酶[NAD(P) H quinone oxidoreductase-1，NQO1]、UDP 葡糖醛酸基轉(zhuǎn)移酶(UDP-glucuronosyltransferase，UGT)，其主要作用機制是分解有毒物質(zhì)，促進有毒物質(zhì)的代謝與消除；③轉(zhuǎn)運蛋白：多藥耐藥相關(guān)蛋白，其主要作用機制是控制內(nèi)源性物質(zhì)與外源性物質(zhì)的輸出和攝取[5]。Nrf2 通過調(diào)控上述下游基因的表達，在協(xié)調(diào)抗炎與細胞抗氧化應激中發(fā)揮重要作用，此外，Nrf2還參與調(diào)控免疫、炎性反應、組織重構(gòu)、癌癥發(fā)生及轉(zhuǎn)移相關(guān)的基因，在免疫調(diào)節(jié)、抗炎、抗組織損傷、抗腫瘤等方面發(fā)揮積極作用[6]。

1.2 Nrf2-Keapl信號通路Keap1-Nrf2信號通路是氧化應激和親電子應激的抗氧化劑應答中的關(guān)鍵參與者，并且可以在許多人類疾病中發(fā)揮作用[7]。在正常生理條件下，Nrf2與胞質(zhì)阻遏物Kelch樣ECH相關(guān)蛋白1(Keap1)結(jié)合，通過泛素-蛋白酶體途徑使Nrf2降解[8]，抑制Nrf2從胞漿進入胞核內(nèi)激活下游信號。當受到外界氧化應激分子或親核物質(zhì)刺激時，Keap1上的巰基被氧化，Nrf2與Keap1解偶聯(lián)，繼而進入細胞核，與基因組中的小的Maf蛋白結(jié)合成Nrf2-sMaf二聚體復合物，然后識別并與抗氧化反應原件(ARE)序列結(jié)合，繼而啟動下游抗氧化應激蛋白基因的轉(zhuǎn)錄，提高細胞抗氧化能力[9～13]，維持機體氧化-抗氧化的生理平衡，一旦氧化還原穩(wěn)態(tài)被打破，組織細胞就會出現(xiàn)肥大、凋亡甚至纖維化，進而引起組織結(jié)構(gòu)變化、誘發(fā)疾病。

2 NF-κB

2.1 NF-κB分子來源、結(jié)構(gòu)及其作用NF-κB是一種能與免疫球蛋白k輕鏈基因的增強字κB序列(GGGAC TT TCC)特異結(jié)合的核蛋白因子，其屬于Rel/NF-κB家族的成員，這一家族按照構(gòu)功能和合成模式的差異可分為兩組。一組由p105、p100和Relish組成，其C末端部分含有多個錨定蛋白重復序列，此序列對這些蛋白本身具有抑制作用，經(jīng)限制性蛋白水解這組蛋白可成為較短的具有DNA結(jié)合活性的蛋白。一般而言，這組蛋白本身并無轉(zhuǎn)錄激活的作用，必須與第二組蛋白形成聚合體始有活性。第二組包括p65(RelA)、Rel(c-Rel) 等，無前體合成。Rel/NF-ΚB蛋白均含有Rel同源區(qū)域(RHD)，此為二聚化和DNA結(jié)合區(qū)域，尚含有核定位序列(NLS)。常見的NF-κB為p50/p65(Rel A)二聚體形式。NF-κB是一組廣泛存在并具有多向性調(diào)節(jié)作用的蛋白質(zhì)分子，其在炎癥反應、細胞增殖、分化與凋亡、免疫反應和腫瘤形成等相關(guān)的基因轉(zhuǎn)錄調(diào)控中有重要作用。

2.2 NF-κB信號通路核因子κB信號通路廣泛存在于真核細胞中，并可與多種基因啟動區(qū)或增強子區(qū)特異性序列結(jié)合位點結(jié)合。在生理狀態(tài)下，NF-κB與IκB結(jié)合組成異源多聚體，以無活性的潛在狀態(tài)存在于細胞質(zhì)中。氧化應激狀態(tài)時，促炎性細胞因子導致IκB激酶(IKK)激活，引起NF-κB抑制劑IκB的磷酸化，磷酸化的IkB并未與NF-κB解離，而是即與泛肽結(jié)合，引發(fā)IkB的多泛肽化并為26 S蛋白酶體所識別而降解，導致NF-κB的釋放，此時的NF-κB為p65/p50的二聚物形式，這種游離二聚體可以轉(zhuǎn)位到細胞核中，與基因組的κ區(qū)域結(jié)合，在其他共激活因子和組蛋白乙酰轉(zhuǎn)移酶(HAT)的幫助下，可以啟動炎性反應介質(zhì)如白細胞介素-6(IL-6)，腫瘤壞死因子-α(TNF-α)等的表達[14]，從而啟動和調(diào)節(jié)免疫反應，細胞黏附、分化、增殖、凋亡和炎性反應。

3 Nrf2 NF-κB軸在痛性糖尿病周圍神經(jīng)病變中的作用

3.1 Nrf2與PDPN的關(guān)系持續(xù)的高血糖狀態(tài)導致ROS的增多，繼而發(fā)生氧化應激，Nrf2由氧化應激暫時激活，高血糖應激誘導細胞外相關(guān)激酶(ERK)激活抑制了Nrf2的持續(xù)活化[15]，致其活性降低，Nrf2活性降低導致抗氧化防御功能受損，其特征在于超氧化物歧化酶(SOD)，過氧化氫酶和谷胱甘肽(GSH)水平下降。此外，它還會降低脫氧酶的產(chǎn)量，如血紅素氧合酶-1(HO-I)和NADPH醌氧化還原酶(NQO1)，導致硝化和氧化應激[9]。這進一步導致周圍神經(jīng)纖維的累積損傷，對神經(jīng)元組織的血液供應受損，緩激肽和前列腺素等會被釋放，導致疼痛過敏，并因此導致神經(jīng)性疼痛的發(fā)展(可導致PDPN)[16]。

3.2 NF-κB與PDPN的關(guān)系持續(xù)高糖被認為是導致神經(jīng)性疼痛的神經(jīng)炎性反應和神經(jīng)損傷的基礎(chǔ)，所有特征性的經(jīng)典途徑如多元醇途徑、PKC途徑、MAPK途徑和AGEs增加的產(chǎn)生都可以直接或是間接引發(fā)促炎性反應的產(chǎn)生[17]，尤其是蛋白質(zhì)和脂質(zhì)的AGE產(chǎn)物的積累刺激炎性反應介質(zhì)的產(chǎn)生和轉(zhuǎn)錄因子NF-κB的激活，NF-κB是一種炎性反應過程的強效誘導劑[1]。

在高血糖狀態(tài)期間，NF-κB活性的持續(xù)增加，其與促炎細胞因子如IL-6、TNF-α、COX-2和iNOS的過量產(chǎn)生相關(guān)，這些蛋白質(zhì)和酶是神經(jīng)元細胞炎性反應過程的起始和擴增的前提介質(zhì)。由于NF-κB升高引起的神經(jīng)炎性反應可以激活小膠質(zhì)細胞和星形膠質(zhì)細胞，這進一步增加了促炎介質(zhì)的釋放，從而形成炎性反應的惡性循環(huán)，釋放的神經(jīng)介質(zhì)可使神經(jīng)纖維對疼痛刺激敏感[15]。由于神經(jīng)組織和神經(jīng)節(jié)的血液供應減少，NF-κB介導的神經(jīng)炎性反應也可導致神經(jīng)內(nèi)膜缺氧，這種神經(jīng)元缺氧狀態(tài)導致線粒體電子傳遞鏈(等)功能障礙，線粒體效率降低，并導致ROS產(chǎn)生增加。持續(xù)性高血糖引起的炎性反應還影響神經(jīng)元的結(jié)構(gòu)特征，即髓鞘蛋白質(zhì)的糖基化，其抗原性引起單核細胞、巨噬細胞、血液循環(huán)中性粒細胞浸潤和神經(jīng)系統(tǒng)膠質(zhì)細胞活化[18]。這些免疫細胞依次分泌炎性細胞因子，進一步損傷髓鞘并增加神經(jīng)興奮性，從而導致水腫和神經(jīng)炎性反應。受刺激的單核細胞和免疫細胞具有惡性正反饋環(huán)，用于增加炎性介質(zhì)的產(chǎn)生，從而加強神經(jīng)突變[1]加重疼痛。

3.3 Nrf2和NF-κB通路間的“串擾”作用已知高血糖介導的氧化應激和炎性反應途徑在不同的水平下各自發(fā)揮作用。此外，經(jīng)研究這兩種途徑通過蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)相互作用或通過次信使效應在其轉(zhuǎn)錄水平上相互作用。Nrf2通路通過增加抗氧化防御和HO-1表達，有研究表明HO-1抑制p65的核易位[19]，HO-1作用的所有產(chǎn)物都具有很強的抗氧化性能力[20]，來抑制NF-κB通路的激活，從而有效地中和ROS和解毒有毒化學物質(zhì)，從而降低ROS介導的NF-κB活化。Nrf2通路還通過阻止IκB-α的降解來抑制NF-κB介導的轉(zhuǎn)錄。NF-κB還通過與Mafk結(jié)合而促進組蛋白去乙酰化酶3(HDAC3)募集(ASK-1-凋亡信號相關(guān)激酶-1和MCP-1-單核細胞趨化蛋白-1)至ARE區(qū)域，從而干擾Nrf2的轉(zhuǎn)錄促進[10]。NF-κB是一種轉(zhuǎn)錄因子，其上調(diào)促炎細胞因子的基因表達，并負責誘導神經(jīng)元細胞凋亡。NF-κB的活化也通過下調(diào)Nrf-2途徑來抑制抗氧化基因的表達，從而間接削弱先天抗氧化劑的防御作用已達穩(wěn)態(tài)。然而，持續(xù)過度氧化應激產(chǎn)生相關(guān)的疾病可能導致Nrf2-NF-κB軸失衡，從而產(chǎn)生破壞性后果。

4 治療

NF-κB和Nrf2通路是通過控制氧化應激和炎性反應介導細胞穩(wěn)態(tài)的兩條重要途徑。正如以上討論，Nrf2-NF-κB平衡的失調(diào)可能導致數(shù)種病理生理學結(jié)果，因此這些通路的調(diào)節(jié)因子可以用來預防這些結(jié)果[4]。NF-κB抑制劑的使用可以阻止AGE介導的促炎細胞因子的產(chǎn)生，從而阻止與神經(jīng)炎性反應有關(guān)的事件。同時觀察到神經(jīng)元細胞中的明顯氧化應激是神經(jīng)損傷中的關(guān)鍵致病機制，其可以通過增強Nrf2介導的ARE基因表達而被預防[1]。 Nrf2增強了抵抗氧化應激的抗氧化劑和細胞保護酶的產(chǎn)生。兩種轉(zhuǎn)錄因子的藥理調(diào)節(jié)劑可以通過同時增強Nrf2和抑制NF-κB產(chǎn)生更好的治療反應，而不是單獨針對Nrf2和NF-κB[4]。

5 總結(jié)與展望

Nrf2-Keapl信號通路和NF-κB信號通路各自發(fā)揮著炎性反應及氧化作用以維持體內(nèi)氧化還原平衡，而神經(jīng)炎性反應和氧化應激的表現(xiàn)可累積導致結(jié)構(gòu)損傷，其可導致PDPN特有的功能性，感覺運動性和生化缺陷，另外它們彼此相互作用以進一步調(diào)節(jié)健康和疾病中的關(guān)鍵氧化還原調(diào)節(jié)劑的水平，減緩PDPN的進程。治療時應用可能調(diào)節(jié)兩個中樞多效轉(zhuǎn)錄因子Nrf2和NF-κB之間的串擾特異性藥劑，可能有助于糖尿病周圍神經(jīng)病變更有效治療。