核因子E2 相關因子2 在蛛網膜下腔出血中作用的研究進展

杜自力，宋建成，姚聲濤

遵義醫科大學附屬醫院腦血管病科，貴州遵義563000

蛛網膜下腔出血（SAH）指顱內血管發生病變導致破裂，血液直接流入蛛網膜下腔引起的一種臨床綜合征，又稱為原發性SAH，約占急性腦卒中的10%，主要由顱內動脈瘤破裂所致，也可由腦血管畸形、煙霧病、顱內靜脈系統血栓形成導致。作為臨床上常見的危急重癥，SAH 導致高致死率、高致殘率、高額的醫療費用，且總體預后不良。SAH 后的腦損傷是影響患者預后的主要因素，其機制包括腦組織細胞死亡、血腦屏障破壞、腦水腫、氧化應激、神經炎癥、急性腦血管痙攣、微血管功能障礙、腦血流下降等病理生理過程［1］。而核因子 E2 相關因子2（Nrf2）作為氧化還原敏感的重要轉錄因子，在多種疾病的發生發展過程中扮演十分重要的角色，特別是在SAH 中發揮重要作用。本文對Nrf2 在SAH 中的作用作一綜述。

1 Nrf2概述

Nrf2作為一種由7 個功能域（Neh1～7）組成的氧化還原敏感轉錄因子，具有抗氧化、解毒以及抗炎的作用。在正常的非應激條件下，Nrf2 與Kelch 樣ECH 相關蛋白 1（keap1）以 2∶1 的比例結合，且保持在細胞質中。Nrf2 與Keap1 的結合使Nrf2 泛素化以及隨后的蛋白酶體降解，使其保持“關閉”狀態。一小部分Nrf2 設法逃脫抑制復合物并轉移到細胞核中，以調節維持細胞內環境穩定的基礎細胞保護基因表達［2-3］。當機體產生氧化應激反應時，Keap1 中的半胱氨酸殘基被氧化，從而導致Nrf2 泛素化過程中斷，Nrf2 與 Keap1 解離，Nrf2 轉移到細胞核中。在細胞核中，Nrf2 與靶基因啟動子區的順調節元件ARE 結合，從而調節一系列解毒或抗氧化酶的轉錄［4］。

2 Nrf2在SAH中的作用

Nrf2 在中樞神經系統中廣泛表達，并在急性腦損傷、氧化應激及炎癥反應中其表達受到調節［5］。王鐘等［6］的實驗表明，對照組基底動脈壁的Nrf2 免疫反應性較低，SAH 組中Nrf2 免疫反應性顯著增加，且內皮細胞、平滑肌細胞和外膜細胞中Nrf2 的表達顯著上調。CHEN 等［7］發現，SAH 早期，Nrf2 在大鼠大腦皮層中被激活；在SAH發生后24 h，Nrf2含量達到高峰，并在48 h 后恢復正常水平。因此，在SAH 發生后不久Nrf2 被激活，這提示Nrf2 參與了SAH后腦損傷的病理生理過程。

2.1 Nrf2 與氧化應激反應 當血液進入蛛網膜下腔后，內源性抗氧化保護系統立即受到抑制，同時血液中的紅細胞不斷降解為游離血紅素、高鐵血紅蛋白等產物，蓄積在出血部位，引發神經炎癥及氧化應激反應［8］，伴隨著顱內壓的升高，腦灌注降低致使腦血流量下降［9］，腦組織處于缺血缺氧狀態，導致腦脊液呈酸性，大量亞鐵離子從血紅蛋白中釋放后被氧化為鐵離子，淤積的鐵離子經過Feton和Haber-Weis反應后產生羥自由基等過氧化物，從而進一步引發氧化應激反應，使得神經元細胞及內皮細胞受到直接損傷［10］。

敲除 SAH 小鼠 Nrf2 基因發現，24 h 后腦損傷加重、腦水腫增加、血腦屏障破壞、神經細胞凋亡以及嚴重神經功能障礙，同時丙二醛表達升高，而GSH/GSSG 降低［11］。這提示敲除 Nrf2 促進機體氧化應激反應。XU 等［12］發現，向 SAH 大鼠腹腔注射桉樹油醇可顯著上調大鼠腦組織中Nrf2 表達，而大鼠腦組織中丙二醛含量顯著降低，超氧化物歧化酶和谷胱甘肽過氧化物酶（關鍵的內在抗氧化酶）活性顯著升高。WANG 等［10］發現，實驗性 SAH 后的氧化應激損傷導致丙二醛、3-硝基酪氨酸、8-羥基脫氧葡萄糖和活性氧水平升高，芍藥苷能激活Nrf2 的表達，進而升高超氧化物歧化酶、谷胱甘肽過氧化物酶和過氧化氫酶的活性，抑制SAH 介導的氧化應激反應。谷胱甘肽過氧化物酶活性和超氧化物歧化酶含量在SAH 后24 h 降低，而黃芩苷可以激活Nrf2 調節抗氧化活性從而使其升高［13］。綜上所述，Nrf2 在 SAH 中發揮一定的抗氧化作用，藥物激活Nrf2 的表達能顯著減輕動物模型SAH 后的氧化應激反應，進一步提示Nrf2參與了SAH后腦損傷的病理生理過程。

2.2 Nrf2 與神經炎癥 在血液進入蛛網膜下腔后的24 h 內，紅細胞的分解代謝產物通過激活Toll 樣受體4 途徑及中樞神經系統的免疫調節細胞（小神經膠質細胞）觸發炎癥級聯反應［14］。大量炎癥細胞募集并進入蛛網膜下腔，將進一步吞噬并降解紅細胞。隨著腦脊液流動性的下降和內皮細胞緊密連接的恢復，這些細胞就被局限在蛛網膜下腔，其中巨噬細胞和中性粒細胞發生脫顆粒釋放出大量炎癥因子，最終造成廣泛的腦損傷和神經功能缺失，加重腦損傷［15］。

NF-κB 作為神經炎癥反應的關鍵因子，在生理條件下與人核因子κB 抑制蛋白（IκB）結合，喪失活性。當發生SAH 時，促炎細胞因子導致IκB 激酶激活，使 IκB 磷酸化，導致 NF-κB 釋放并激活炎性反應介質（IL-6、TNF-α 等）。基礎研究發現，暴露于氧合血紅蛋白的原代培養星形膠質細胞模型中敲除Nrf2，可刺激促炎因子表達上調［16］。在 SAH 后腦損傷過程中Nrf2通過多種機制負向調節NF-κB信號通路，包括Nrf2 通過降低細胞內活性氧水平來抑制氧化應激介導的 NF-κB 活化［17］；Nrf2 防止 IκB-α 蛋白酶體降解并抑制 NF-κB 的核轉移［18］；Nrf2 表達上調誘導細胞血紅素加氧酶1（HO-1）水平增加，隨后Ⅱ期酶表達的增加阻斷了IκB-α 的降解［19］。并且上調SAH 動物模型中Nrf2 的表達，可激活下游抗氧化基因的表達，進一步下調NF-κB p65 和促炎細胞因子的表達［10，13，20］。因此，Nrf2可通過負向調控NF-κB信號通路在SAH 發揮一定的抗炎作用。上調Nrf2 的表達將會下調NF-κB 等促炎因子的表達，表明Nrf2可能在SAH 中具有一定的治療意義，進一步提示Nrf2 在SAH 后腦損傷的病理生理過程中扮演重要角色。

2.3 Nrf2 與腦水腫 腦水腫是指顱內水分增加導致腦容積增大的病理現象，是腦組織對各種致病因素所產生的反應。腦水腫發病機制包括：血腦屏障破壞、腦微循環障礙、腦細胞代謝障礙、自由基的產生等。當發生SAH 時，內源性抗氧化系統受到抑制，氧自由基在顱內大量增加并破壞血腦屏障，伴隨著顱內壓升高導致腦血流量下降，腦細胞缺血缺氧，鈉—鉀泵失衡，導致腦微循環障礙及腦細胞代謝障礙等均引發腦水腫。

研究表明，Nrf2 主要通過抑制SAH 后的氧化應激反應，減少氧自由基的產生，從而間接緩解腦水腫。在大鼠SAH 模型中，使用米托蒽醌激活Nrf2 可減輕血腦屏障的破壞，改善腦水腫，從而發揮神經保護作用；而抑制Nrf2 的表達可以減弱這一神經保護作用［21］。通過向大鼠 SAH 模型中注射丹酚酸 B 發現，其進一步誘導細胞核內及總的Nrf2 蛋白表達，提高Nrf2 的核/胞質值，并明顯緩解血腦屏障破壞、腦水腫及神經功能損害［22］。近年來，越來越多的研究表明，炎癥參與腦水腫的發生發展過程，并且NF-κB 做為神經炎癥反應的關鍵因子，可通過介導炎性反應參與腦出血后腦水腫形成與發展，使用藥物抑制其表達，能減輕腦水腫，并改善神經功能［23］。而 Nrf2 可通過多種途徑負向調控 NF-κB 通路［17-19］。因此，Nrf2 可通過抑制氧化應激反應及NF-κB 通路介導的神經炎癥反應來減輕腦水腫，進一步證實Nrf2在SAH中具有神經保護作用。

2.4 Nrf2 與自噬 自噬是指細胞通過降解細胞內受損的細胞器等物質以實現細胞本身的代謝需要和某些細胞器的更新，并維持細胞穩態［24］。通過自噬維持的細胞穩態主要取決于自噬通量的完整性，不完全的自噬通量可損傷破裂細胞中的溶酶體和自噬體。研究表明，氧化應激反應有助于調節自噬，SAH后氧化應激所產生的活性氧等物質可激活自噬并減輕神經細胞及血管內皮細胞（血腦屏障的重要組成部分）的凋亡，進而維持內皮細胞的屏障功能［8］。這提示氧化應激反應可通過調節自噬間接介導SAH后腦損傷過程中內皮細胞的凋亡，從而影響血腦屏障的完整性。有證據表明，實驗性SAH 后自噬途徑的激活可防止神經元損傷［25-26］。此外，自噬途徑的激活可以加速Nrf2 的抑制劑及Keap1 的降解，從而促進 Nrf2 和 Nrf2 介導的抗氧化酶激活［27-28］。SUN等［29］通過使用Nrf2 激活劑（褪黑素）作用于SAH 模型后發現，其在SAH 發病后24 h 增加了自噬標記物的表達，褪黑素的應用使得自噬進一步增強。可見適當的自噬激活對SAH 患者的預后有益，但過度的自噬將會導致神經細胞凋亡，從而損傷神經功能。

2.5 Nrf2 與腦血管痙攣 腦血管痙攣被認為是SAH 后遲發性腦缺血的誘因，但其病理生理過程仍然不清楚，導致臨床缺乏有效的治療策略。近年來，越來越多的證據表明，氧化應激和神經炎癥反應可能是誘發腦血管痙攣的主要病因［30］。

Nrf2 作為氧化還原敏感的轉錄因子，在多種中樞神經系統疾病中發揮抗氧化及抗炎作用。WU等［31］發現，使用川芎嗪硝酮可上調Nrf2和HO-1的表達，從而改善SAH 誘導的腦血管痙攣。用Nrf2 激活劑治療SAH 大鼠，發現其能通過增加Nrf2 及其下游HO-1 等蛋白的表達來降低 NF-κB 和 TNF-α 的表達，發揮神經保護作用，并減輕腦血管痙攣［32］。因此，激活Nrf2 的表達可通過介導氧化應激及神經炎癥反應減輕SAH 后的腦血管痙攣。提示Nrf2 可能是SAH 一個潛在治療靶點，激活其表達可能改善SAH患者腦血管痙攣，從而影響患者預后。

隨著技術的發展，治療效果取得了很大進展，但SAH 患者預后仍不理想。Nrf2 可在SAH 后腦損傷過程中發揮抗炎、抗氧化等一系列保護作用。Nrf2激活在SAH 中發揮治療作用，并且Nrf2 激活劑具備一定的治療潛力。同時基礎研究表明，Nrf2 表達在SAH 后24 h 達到高峰，然而從血液進入蛛網膜下腔，紅細胞的裂解及血紅蛋白的釋放誘發氧化應激及神經炎癥反應發生在SAH 后24 h 以內。如在該時間內搶先誘導Nrf2 的過表達可能會對氧化應激、神經炎癥、腦血管痙攣等產生影響，并且可能減輕腦損傷，改善SAH 患者的預后。然而，目前關于Nrf2在SAH 中作用尚未見報道，激活Nrf2在SAH 患者中的有效性及安全性將是今后研究的重點。本課題組將會就Nrf2 對SAH 患者預后的影響進行臨床研究，以期驗證Nrf2在SAH中的治療作用。