核因子E2相關因子2與糖尿病男性生殖功能研究進展

崔曉莉(綜述)，趙志明(審校)

(河北醫科大學第二醫院生殖醫學科，河北 石家莊 050000)

核因子E2相關性因子2(nuclear factor E2 related factor 2,Nrf2)是機體抵抗氧化應激(oxidative stress,OS)反應的敏感性轉錄因子，可以維持機體氧化應激狀態平衡，在控制細胞氧化還原穩態中發揮著重要的角色[1]，其廣泛表達于全身各個組織中。當機體處于持續高血糖狀態時，將產生過多的活性氧(reactive oxygen species,ROS)，并發生胰島素抵抗，此時Nrf2可上調谷胱甘肽轉移酶A1、醌類氧化還原酶等酶的活性，維持細胞的活性和氧化反應的平衡[2]。血糖長期處于高水平容易引起機體生殖功能障礙，探究其病因主要是由于機體氧化應激所導致[3]。有研究對SD雄性大鼠用鏈脲佐菌素誘導糖尿病(diabetes mellitus,DM)大鼠模型，并監測到DM大鼠睪丸氧化應激程度升高時其睪丸Nrf2和下游抗氧化分子的表達水平均有下降[4]。另外研究發現姜黃素等藥物對睪丸具有保護作用，其功能主要體現在增加了Nrf2及下游分子的表達[5]。由此可見，在對抗氧化應激引起組織損傷的過程中Nrf2起到重要作用。因此無論是從基礎還是臨床角度研究，Nrf2對于DM男性生殖功能的影響，都具有重大價值。本文針對Nrf2和DM男性生殖功能的關系展開論述。

1 Nrf2與氧化應激相關的生物學特性

Nrf2作為機體抵抗OS的重要因子[6]，在肝臟、腎臟、肺等器官高度表達，是組織抵抗OS反應的關鍵樞紐。Nrf2屬于CNC家族堿性亮氨酸拉鏈的轉錄因子，由6個高保守的ECH同源結構域(Nrf2-ECH homology,Neh)組成，其中Neh1可以與小肌腱膜纖維肉瘤蛋白(musculoaponeurotic fibrosarcoma,MAF)結合，進而識別抗氧化反應元件(antioxidant response element,ARE)，啟動下游抗氧化基因的轉錄[7]，而Neh2含有多個賴氨酸殘基，胞漿Kelch樣環氧氯丙烷相關蛋白1(Kelch-like ECH-associated protein 1,Keap1)對ROS有著較高的活性，參與機體組織氧化還原信號的傳導[8]，并且能夠結合Nrf2的Neh2同源結構域，從而對Nrf2具有負性調控作用。ARE作為抗氧化反應元件，存在于多種組織細胞保護基因啟動子的上游，由其調控基因編碼的蛋白質包括抗氧化酶及Ⅱ相解毒酶的表達，當Nrf2與Maf結合后，可以與其結合激活其活性，從而引起下游抗氧化蛋白的表達，對機體產生保護作用。

OS是當機體受到有害刺激時，過度應激產生很多高活性分子，使體內氧化還原系統處于不平衡狀態，從而導致組織細胞發生損傷[9]。正常生理狀態下，機體通過抑制自由基反應，維持機體自由基平衡，一旦以上平衡被打破，減弱機體抗氧化能力，發生OS反應，繼而導致機體功能受到損傷[10]。自由基不僅對細胞產生直接損傷，還會調控多條信號通路，如核因子κB(nuclear factor-κB,NF-κB)，Keap1-Nrf2-ARE信號通路等[11]，進而導致機體組織損傷。當機體處于正常功能時，Nrf2與Keap1形成復合物，當機體受到ROS刺激后，Nrf2-Keap1 復合物通過磷酸化反應解離，解離后的Nrf2轉移至細胞核，與小Maf蛋白結合后進一步與ARE結合，從而激活Keap1-Nrf2-ARE 信號通路，啟動下游氧化分子的基因表達，降低對機體功能的損害[12]。

由此可見Nrf2在抵抗OS反應中有著至關重要的作用，且對于組織細胞具有保護作用，由于多種疾病的發病機制涉及OS損傷，激活Nrf2似乎成為治療OS損傷的一種方式。近幾年來，Nrf2的研究逐漸為如冠心病、腫瘤等疾病的預防與治療提出新思路[13]。有研究發現Nrf2可通過增加機體組織抗氧化能力，成為治療DM心血管并發癥的一個重要靶點, Nrf2相關藥物的開發可能使臨床上治療DM心血管并發癥獲得新藥物[14]。

2 DM男性生殖功能障礙

DM以高血糖為主要表現，該病起病隱匿，初期癥狀不明顯，無年齡界限，并發癥較多，其中2型糖尿病(type 2 diabetes mellitus,T2DM)尤為顯著[15-16]。據不完全統計每年的患病人數均在增加，我國DM患者達到1.14億人次，數據評估顯示，到2045年可增長至1.2億人[17]。DM患者長期處于高血糖狀態，極易引起心、腦、生殖系統等多種器官組織受損。已有報道指出，DM可導致男性性欲減退、生育能力降低甚至不育[18]，此外DM可損傷睪丸及附睪結構，導致睪丸及附睪功能障礙，使得男性陰莖勃起功能障礙、射精困難、精液減少及精子結構畸形，甚至可降低睪酮水平[19]。

2.1DM與睪丸損傷 睪丸在男性生殖功能中有重要作用，其中睪丸重量、睪酮水平和精子數量可以反映男性生殖功能的情況，而DM長期高血糖狀態可以增加線粒體葡萄糖氧化，釋放大量的ROS導致生殖細胞受到氧化損傷，引起睪丸組織病變，進而損傷男性生殖功能。盧曉芳等[20]通過誘導DM SD大鼠模型，發現DM可使大鼠睪丸組織形態發生損傷。除此之外，DM可使睪丸重量顯著降低[21],馮勁宜[22]通過對DM雄性小鼠研究發現其睪丸生精小管變形，生精細胞及支持細胞數目減少，管腔內精子數目減少，部分管腔可見生精細胞脫落。由此可見，DM可嚴重損傷睪丸。

2.2DM與精液質量 長期高血糖狀態可使得睪丸生精細胞凋亡增加，從而影響其生精功能。研究發現與正常男性相比較，DM患者精子濃度、精子總數以及精子活動率均下降[23]。Condorelli等[24]通過實驗發現DM組正常精子形態比率較對照組低，T2DM 患者的精子DNA碎片率(DNA fragmentation index,DFI)更高，OS是精子DFI增加的主要原因[25]。由此可見，DM影響男性生殖功能可能表現為精子濃度、總數及活動率的降低。

2.3DM與男性性腺功能 睪酮是男性體內最重要的性激素，對于精子的發生及維持男性生殖功能具有重要作用。并且睪酮作為類固醇激素，是雄激素的主要成分，其由睪丸間質細胞產生，受到下丘腦-垂體-性腺軸調控[26]。由于DM患者血糖長期呈較高水平，可嚴重影響下丘腦-垂體-性腺軸功能，使促性腺激素、卵泡刺激素分泌和雄激素合成能力均下降，不利于精子生成[27]。袁虎等[28]研究發現睪酮水平與空腹胰島素水平呈正相關，長期高血糖可導致睪酮水平明顯降低。

總之，DM可通過損傷男性生殖器官結構及功能進而導致其生殖功能障礙，探究其發病機制，可能涉及神經病變、微循環障礙、氧自由基等多種因素。研究表明，導致DM患者發生生殖系統功能障礙的主要原因是氧化應激反應[5]。蔡旺春等[29]通過誘導DM小鼠，并監測小鼠生殖系統損傷情況，數據檢測顯示細胞內超氧化物岐化酶(superoxide dismutase,SOD)的活力降低、丙二醛(molondialdehyde,MDA)的含量升高，說明DM患者機體發生氧自由基作用，從而引起其生殖系統發生功能性障礙。該實驗也充分證明，血糖過高可引起葡萄糖過度氧化，機體ROS過多，從而導致機體氧化能力增強，抗氧化能力下降，使睪丸組織發生損傷。由此可見，氧化應激反應是DM造成男性生殖功能損傷的主要機制，而增加機體組織抗氧化能力似乎可成為治療DM所引起的男性生殖功能損傷的一個重要方法。

3 Nrf2與DM生殖功能障礙

Keap1-Nrf2-ARE信號通路是機體最重要的抗OS系統，Nrf2是抗氧化反應元件的激活因子，是機體抵抗ROS的關鍵。當受到ROS刺激后，Nrf2從Nrf2-Keap1復合物中解離出來，游離的Nrf2與抗氧化反應元件結合，促進下游氧化分子的基因表達，阻礙發生氧化應激同時使機體細胞抗自身氧化應激的能力增加，維持機體保持平衡。長期高血糖狀態可使得機體組織細胞產生或多的ROS，此時激活Keap1-Nrf2-ARE信號通路，啟動下游抗氧化酶的表達，從而產生保護作用。Wang 等[30]對長期處于高血糖狀態的DM大鼠行進一步研究，結果表明，大鼠睪丸組織中Nrf2表達能力下降，導致細胞的抗氧化能力下降，最終嚴重損傷了睪丸的功能,該研究證實了調節機體氧化應激反應的關鍵樞紐是Keap1-Nrf2-ARE信號通路。徐菲菲等[5]研究發現姜黃素及其類似物J7可以作為Nrf2激活劑提高機體抗氧化能力，從而拮抗氧化應激對機體組織造成的損傷。由此可見，抗氧化治療是針對DM和其相關并發癥治療的一個重要方法。而Nrf2對于機體防御氧化應激損傷至關重要通過調節Nrf2水平可對DM及并發癥的防治提供新的思路。但目前多數研究為基礎試驗，缺乏大量的臨床研究，需要進一步探索抗氧化治療在DM生殖功能障礙中的作用。

綜上所述，對于具有DM生殖功能障礙的男性患者，最基礎的治療仍然是將血糖控制在理想范圍內。此外，探索Nrf2活化劑有可能為治療DM生殖功能障礙開辟新途徑，Nrf2可能是防治DM生殖功能障礙的非常有前景的潛在靶點。