Nrf2在肺动脉高压发病机制中的作用.pdf

内蒙古医学杂志InnerMongoliaMedJ2023年第55卷第7 期DOI:10.16096/J.cnki.nmgyxzz.2023.55.07.013825Nrf2在肺动脉高压发病机制中的作用田婷，徐磊（内蒙古医科大学附属医院呼吸与危重症医学科，呼和浩特摘要 肺动脉高压(PH)是一种致命性的心肺血管综合征，其发病机制复杂且预后较差，目前仍无有效的治愈手段。大量证据表明,PH患者及其实验模型中氧化应激指标显著升高，且抗氧化治疗可明显减缓PH的疾病进程,因此,氧化应激在PH中发挥的重要作用受到广泛关注。核转录因子-E2相关因子2(nu-clearfactor erythroid 2一related factor2,Nrf2是通过抗氧化反应元件介导细胞保护蛋白表达的主要调节因子，其信号传导在保护细胞和组织免受氧化应激损伤方面起着至关重要的作用。本文主要就Nrf2在PH中的作用以及天然存在Nrf2激活剂的研究进行综述。关键词】肺动脉高压；核转录因子-E2相关因子2【中图分类号】R543.2【文献标识码】A【文章编号】10 0 4-0 951(2 0 2 3)0 7-0 8 2 5-0 4肺动脉高压(pulmonary arterial hypertension,PH)是一种慢性进行性心肺血管综合征,以肺血管收缩和肺小动脉重塑为主要特征，可引发肺动脉压力升高，最终导致右心衰竭甚至死亡1。目前PH定义为右心导管测得的平均肺动脉压（mean pul-monary arterial pressure,mPAP)20 mm Hg?2。临床上将PH分为五大类，分别为动脉性肺动脉高压、左心疾病导致的肺动脉高压、肺部疾病和（或)缺氧导致的肺动脉高压、肺栓塞导致的肺动脉高压以及原因不明的肺动脉高压。根据流行病学数据统计，PH患病率约为全球人口的1%，尤其是年龄6 5岁以上的人群,其患病率可达10%3。其发病机制复杂且预后较差，7 年生存率仅为50%4。目前的临床治疗策略主要是通过改善肺血管压力进而降低右心室的后负荷，例如使用内皮素受体拮抗剂（如波生坦)、前列环素类似物（如依前列醇)等，这些药物能够有效缓解患者的临床症状，但拮抗肺血管重塑的效果并不明显。因此,进一步研究PH的发病机制，寻求新的有效的治疗靶点至关重要。近年来的研究发现,活性氧(reactive oxygen species,ROS)的过度产生会导致肺血管内皮损伤、肺动脉血管收缩以及肺血管重塑,在PH的发病机制中发挥重要作用5。而ROS水平则受到转录因子Nrf2的调控,后者是*【基金项目 内蒙古医科大学面上项目（编号：YKD2021-MS003)通信作者 主任医师。E-mail:寺0 10 0 50)维持细胞氧化还原稳态的关键因子。有研究显示，上调Nrf2可以显著改善缺氧诱导的PH模型肺血管重塑和右心室肥厚程度。因此，深入研究Nrf2在肺动脉高压中的作用具有重要意义6 。1PH中的氧化应激ROS是一类氧衍生分子，分为自由基（如超氧阴离子自由基、羟基自由基以及过氧自由基等)和非自由基(如过氧化氢、臭氧以及过氧亚硝酸盐等)。在人体的生化反应中，最常见的是氧化还原反应，且其中大部分属于自由基反应。正常生理情况下，抗氧化系统可清除多余的ROS从而维持机体氧化还原平衡，然而当ROS的生成高于抗氧化能力时，就会发生氧化应激（oxidative stress，O S)。RO S生成过多时会使得蛋白质、脂质以及DNA等许多细胞成分发生氧化，导致细胞和组织损伤。研究发现,在慢性缺氧和 MCT诱导的PH大鼠模型以及PH患者的肺和右心室组织中均可以观察到氧化还原状态的改变、氧化应激增强和ROS产生。FREUND etal的研究还发现，使用抗氧化剂可以逆转PH模型中肺血管和右心室的病理变化,另外,肺血管重塑作为PH的主要病理特征,其过程涉及肺动脉各层细胞，ROS可通过直接或间接刺激导致肺动脉平滑肌细胞、内皮细胞以及成纤维细胞过826度增殖，且这种变化可被抗氧化酶（如超氧化物歧化酶和过氧化氢酶等)所抑制7 。因此,关于能否通过阻断或者抑制ROS生成的信号通路进而减缓PH疾病进程的研究受到广泛的关注。2Nrf2/Keap1信号通路Nrf2属于CNC转录因子家族，位于染色体2q3.1,长约2.4kb8,包含6 0 5个氮基酸，具有7 个不同功能的结构域9,其中Neh1含有亮氨酸拉链结构，可与小肌肉腱膜纤维肉瘤蛋白（sMAF)形成异二聚体，并结合抗氧化反应元件（antioxidant re-sponsiveelement,ARE）进而启动下游基因转录；而Neh2中ETGE和DLG基序可与Kelch样环氧氯丙烷相关蛋白 1(Kelch-like ECH-associated protein1,Keap1)结合,调控Nrf2的泛素化降解；Neh35结构域可以激活Nrf2转录活性;Neh6结构域则调控非Keapl依赖性的Nrf2降解，且可通过结合-TrCP调控Nrf2的稳定性;Neh7结构域可结合维甲酸X受体(RXR)抑制 Nrf2 的转录活性10,1。Nrf2作为氧化还原稳态的主要调节因子，参与调节50 0 多种细胞保护基因的转录，其活化的机制主要是通过Keap1的氧化修饰和构象变化，其次为Cul3Rb x l从泛素化中逃逸从而导致Nrf2稳定12 。Keap1属于Kelch蛋白家族，包含5个结构域,分别为 NTR、BT B、I V R、D G R和 CT区,是Nrf2信号通路的主要负调节因子。在生理状态下,Nrf2在Keapl介导的泛素蛋白酶体途径中持续降解,导致Nrf2蛋白水平较低从而抑制Nrf2依赖性基因的转录13。在中度氧化应激状态时,Keap1 的半胱氨酸残基构象改变，导致Nrf2与Keapl解离，随后Nrf2易位到细胞核，与 sMAF形成异二聚体,并结合ARE从而启动下游基因抗氧化基因转录。然而在异常严重氧化应激下,Nrf2-Keap1保护性机制被破坏并导致细胞和组织损伤。Nrf2/Keapl信号通路可调节多种抗氧化基因的表达，包括醌氧化还原酶1(NAD(P)H：q u i n o n eoxidoreductase 1，NQ O 1）、血红素氧合酶 1(heme oxygenase-1,HO-1)、谷胱甘肽S-转移酶(glutathione S-transferase,GST)和其他 ROS 清除剂等14。其中HO-1作为一种广泛表达的可诱导蛋白，主要通过其羧基末端锚定于内质网，并与细胞色素P450相互作用，进而催化血红素生成Fe2+、一氧化碳(CO)以及胆绿素15。其中CO和胆绿素及其衍生物已被证实可通过减轻肺部炎症和内皮细胞功能障碍及血管平滑肌细胞增殖、迁移、去分化和收内蒙古医学杂志InnerMongoliaMedJ2023年第55卷第7 期缩来阻断内膜增厚并降低肺血管阻力16 。研究发现，缺氧诱导的大鼠肺组织及肺动脉平滑肌细胞中HO-1mRNA和蛋白表达水平上调。研究还发现，通过阻断和抑制HO-1的表达可改善PH模型大鼠的血流动力学指标和肺血管肌化程度，且可降低其病死率。3Nrf2激活剂的应用氧化应激被认为是PH发病机制中的关键因素。而Nrf2信号通路在维持氧化还原平衡中发挥重要作用。有研究报道，Nrf2缺陷小鼠的右心室肥厚指数显著升高，且缺氧暴露下的Keap1敲除小鼠与WT小鼠相比,其肺血管重塑程度明显降低17 。此外，从植物中提取的化学物质已被证实为有效的Nrf2激活剂,可以抑制PH的发生发展，为 PH的治疗提供新思路。白藜芦醇是一种天然的二苯乙烯衍生物，具有抗氧化、抗炎、抗癌以及抗衰老等作用，对心血管疾病具有保护作用18 。在一项关于白藜芦醇治疗PH的网络药理学研究中发现，其可通过调节NO代谢、炎症反应以及平滑肌细胞的增殖等多种途径治疗PH19。研究还发现，白藜芦醇可降低肺动脉中炎性细胞因子(IL-6、IL-1、T NF-)的表达,增加内皮一氧化氮合酶水平，降低氧化应激，并改善肺动脉内皮功能2 0 ;白藜芦醇还能通过抑制SphK1/S1P/NFk B/c y c l i n D 1信号通路减轻肺血管重塑2 1。然而，白藜芦醇是否可以通过靶向Nrf2介导的氧化应激来抑制PH进展仍需进一步研究。萝卜硫素(SFN)作为一种异硫氰酸酯,是强效的Nrf2激活剂，具有抗氧化、抗炎和抗肿瘤等生物活性。研究表明，SFN可以通过上调Nrf2/NQO1预防SU5416诱导的PH模型中的右心室功能障碍并降低其肺血管重塑2 2 。ZHANG et al 进一步研究了 SFN对PH的保护作用是否依赖于Nrf2,结果显示,Nrf2基因敲除小鼠比SU5416诱导的小鼠更早地出现右心室舒张功能障碍且SFN可逆转右心室舒张和收缩功能障碍,而Nrf2基因敲除小鼠的保护作用则消失，表明Nrf2在SFN治疗右心室功能障碍和PH中起着重要作用，上调Nrf2活性可能为PH 的治疗提供新思路2 3。富马酸二甲酯（Dimethyl fumarate,DMF）是FDA批准的抗氧化剂和抗炎剂，安全性较好。研究发现,在低氧诱导的PH小鼠模型中,DMF干预可有效减轻炎症反应及氧化损伤，改善肺血管肌肉化并可防止肺纤维化的发展2 4。此外,DMF已进入内蒙古医学杂志InnerMongoliaMedJ2023年第55卷第7 期临床研究阶段，用于治疗由于系统性硬化症引发PH的患者，然而一项双盲、随机、安慰剂对照试验发现,该类患者对 DMF 耐受性较差,且 DMF 治疗24周后，其6 分钟步行试验差异并无统计学意义。因此仍需要进行大样本的临床试验，进一步评估DMF 在 PH中的耐受性和有效性2 5。茯苓酸(Pachymic acid,PA)是一种三类化合物，药理作用广泛，包括抗炎、抗氧化以及胰岛素样效应。在缺氧诱导的PH模型中发现,PA可显著降低肺动脉压力，逆转右心室肥厚及肺血管重构，并通过激活Nrf2-Keap1-ARE信号通路剂量依赖性地抑制缺氧诱导的肺动脉平滑肌细胞（pulmonaryartery smooth muscle cells,PASMCs)增殖,并且 PA干预还可上调Nrf2下游基因的表达2 6 。另一种合成三类化合物CDDO，其衍生物甲基巴多索隆(CDDO-Me)因其抗氧化、抗炎、抗纤维化及抗增殖特性被应用于PH的临床试验。研究发现，一种结合CDDO和NO的新型混合体可显著降低MCT诱导的PH大鼠的肺血管重塑程度及右心室肥厚指数2 7 。一项针对无心脏相关危险因素的间质性肺疾病所致 PH 患者的 I 期临床试验显示,CDDO-Me耐受性良好且PH患者6 分钟步行距离明显改善2 8 。川芎嗪也称为四甲基吡嗪（Tetram-ethylpyrazine,TMP)，是一种从中草药中提取的生物活性碱，主要通过调控钙拮抗效应及cAMP的生成发挥扩张血管作用，主要应用于闭塞性心脑疾病和PH,由于其抗氧化作用被确定为Nrf2激活剂。MURALIDHARANetal首次报道，他们开发了吸入TMP液体和干粉吸入气溶胶。体内实验显示，在MCT诱导的PH模型中,吸入TMP在降低肺动脉压力方面具有安全性和有效性2 9。二甲双胍也是一种Nrf2激活剂,已被证明可以改善各种肺部疾病中线粒体的功能。研究发现,PH患者的线粒体葡萄糖氧化磷酸化受到抑制，且肺动脉内皮细胞（pulmonary artery endothelial cells,PAECs)和PASMCs中葡萄糖水平升高，而二甲双胍在治疗PH方面具有积极作用30 。二甲双胍在临床中应用广泛，并且患者耐受性良好。目前有研究开发了纳米颗粒或微粒二甲双胍干粉吸入器，作为PH的治疗手段31。但是二甲双胍是否可以通过活化Nrf2抑制PH的潜在机制仍需要进一步揭示。此外，另一种Nrf2激动剂辛伐他汀，研究首次报道其可吸入纳米结构微粒干粉可通过先进的技术827靶向肺部输送，结果显示，吸入辛伐他汀治疗PH安全有效且可改善PH大鼠模型的内皮功能障碍，降低其肺血管阻力。其他可激活Nrf2的天然抗氧化剂,如丹酚酸A(Salvianolic acid A,SAA）、穿心莲内酯（ANDRO)、蓝莓(BB)以及苦参碱等,研究表明这些抗氧化剂均可以通过激活Nrf2介导的抗氧化作用进而抑制PH的疾病进展32 -35。4小结与展望近年来,PH发病率及病死率逐年升高，且目前仍无有效治愈手段。大量研究证据表明，氧化应激在PH的发病机制中起着关键作用。Nrf2作为细胞应对氧化应激的主要调节因子，通过调节下游抗氧化和抗炎基因的表达，在保护机体免受氧化应激损伤中起重要作用。因此，针对Nrf2相关通路靶向治疗PH的研究受到广泛关注。上述从天然植物中提取的化学物质可作为Nrf2信号激活剂的研究具有极大价值，可能为未来探索预防和治疗PH开辟新途径。然而，由于这些化学物质具有复杂的分子机制，其如何以更有益的方式对抗疾病仍需要进一步探索。参考文献1 HUMBERT M,GUIGNABERT C,BONNET S,et al.Patholo-gy and Pathobiology of Pulmonary Hypertension:State of the artand Research Perspectives J.Eur Respir J,2019,53(1):1801887.2MARTINDE MIGUEL I,CRUZ-UTRILLA A,OLIVER E,et al.Novel Molecular Mechanisms Involved in the Medical Treat-ment of Pulmonary Arterial Hypertension J.Int J Mol Sci,2023,24(4):4147.3HOEPERMM,HUMBERTM,SOUZAR,et al.AglobalView of Pulmonary 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