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Nrf2在非酒精性脂肪性肝病中的调节作用

发表于:2019-02-14   作者:杨亚田, 赵长青,   来源:福山生物收集整理   点击量:

非酒精性脂肪性肝病(nonalcoholic fatty liver disease, NAFLD)是一种普遍存在的疾病,目前被认为是西方最常见的肝病[1],近年来在我国的发病率也愈来愈高[2]。
 
NAFLD是指在没有过量饮酒的情况下,肝脏中过多脂肪的积累。虽然其最初是良性的,但是会从单纯的非酒精性脂肪变性逐渐发展为非酒精性脂肪性肝炎(nonalcoholic steatohepaiis,NASH),随后进展为肝纤维化、肝硬化甚至肝癌。NAFLD的发生发展与多种因素相关,肥胖是其发病的重要危险因素。目前,“二、三次打击”学说是公认的NAFLD主要发病机制[3]。第一次打击中,甘油三酯(trglycrde,TG)以脂滴的形式在5%以上的肝细胞胞浆内积聚(脂肪变性),该阶段的脂肪变性是良性可逆的;第二次打击包括氧化应激(oxidative stress,OS;系脂肪酸过氧化使自由基形成)、心磷脂(存在于线粒体膜)过氧化导致线粒体功能障碍和更多的活性氧簇(reactive oxygen species,ROS)形成、促炎性细胞因子的形成、细胞凋亡和肠源性细菌内毒素血症等,导致肝细胞坏死和凋亡;第三次打击包括含类马铃薯糖蛋白磷脂酶结合域3( patatinlike phospholipase domain-containing 3,PNPLA3)基因的参与和受损的肝细胞再生。Onk等[4]指出PNPLA3rs738409基因多态性(编码I148M)是NAFLD发生发展的主要遗传因素。虽然上述学说得到公认,但并不能完全解释NAFLD的发生机制。核因子E2相关因子2(Nuclear factorerythroid 2-related factor2, Nrf2)是一组参与抗氧化/亲电体压力基因表达的正调控转录因子。近年来,Nrf2信号通路对NAFLD的调节作用也成为国内外的研究热点。Nrf2是重要的内源性抗氧化应激通路,与肝脏多种疾病密切相关。本文综述Nrf2信号通路在NAFLD中的调节作用。
 
一、Nrf2的核转位
Nrf2是属于亮氨酸拉链家族的调节抗氧化应激反应的重要转录因子,其通过启动抗氧化反应元件(antioxidant responsive element,ARE)调控的Ⅱ相解毒酶及抗氧化酶基因表达、增加细胞对氧化应激和亲电子化学物质的抗性、以及中和ROS,从而维持细胞内的氧化还原的平衡[5-7]。正常情况下,Nrf2主要定位在细胞质中,通过与相关蛋白即Kelch样ECH联合蛋白1(Kelch-lke ECH-associated proteinl,Keap1)的相互结合锚定于肌动蛋白细胞骨架。在氧化应激的条件下,或在存在亲电子物质时,Keap1与Nrf2的结合能力降低,从而Nrf2进人细胞核在核内积累并与相应的靶基因结合从而诱导抗氧化基因的表达。Keap1促进Nrf2的泛素化和最终降解,由于Nrf2的半衰期只有20min,所以这是一个快速的过程。Keap1作为富含半胱氨酸蛋白至少含有27种具有活性的半胱氨酸蛋白,当其被亲电子试剂修饰时会使Keap1失活从而维持Nrf2的稳定性,Nrf2的半衰期会因此延长至200min,从而有充足的时间进行核转位及细胞保护基因的转录激活[8]。Nrf2与Keap1解离后,转至细胞核,与小肌肉腱膜纤维肉瘤蛋白(small musculoaponeuroticfibrosarcoma,sMaf)形成异二聚体(heterodimer),然后该异二聚体再与ARE结合,调控Ⅱ相酶基因的转录活性,包括I型血红素氧化酶(heme oxygenase1,HC-1)、醌氧化还原酶1(NAD(P)H: quinoneoxidoreductase 1,NQO1)和谷胱甘肽-S转移酶(glutathione-Stransferase,GST)、谷氨酸半胱氨酸连接酶(glutamatecysteine ligase,GCLM)、谷胱甘肽(glutathion,GSH)、环氧化物水解酶(epoxide hydrolase,EH)等,这些酶能够保护机体免受活性物质(如ROS)及一些毒性物质(如致癌物、药物代谢活化产物等)的侵害[5,7]。另外,Nrf2可以通过诱导解毒酶、转化酶和外源性转运蛋白,从而上调或下调炎性细胞因子及肝纤维化和脂肪酸代谢的相关基因。研究表明,Nrf2信号通路涉及肝脏的各个领域,如调节肝脏的代谢、解毒及促进肝细胞再生,在肝损伤、脂肪肝、肝纤维化及肝癌等方面也具有保护作用[9]。
 
二、Nrf2在氧化应激中的作用
氧化应激(oxidative stress,OS)是指体内氧化与抗氧化作用失衡,会导致中性粒细胞炎性浸润,蛋白酶分泌增加,产生大量氧化中间产物。OS是自由基在体内产生的一种负面作用,并被认为是导致衰老和疾病的一个重要因素。肝脏具有较高的代谢活性,是负责生物转化和随后的外源性化学物质的解毒作用的主要器官。这些特性会使肝脏暴露于ROS和亲电子试剂的风险增加,而它们与NAFLD和其他慢性肝病的发病机制的关系也越来越密切。ROS是氧化应激的主要调控成分,对于细胞内环境的稳态非常重要。
 
肝细胞中,线粒体和细胞色素P450系统是ROS的主要产生部位,亲电体主要产生于不饱和脂肪酸的氧化和硝化过程[10]。肝细胞有多个防御系统,确保预防外源性或内源性氧化剂和亲电子试剂对于肝细胞的毒性作用,其中一些酶发挥了重要的作用。但不同的酶作用不同,Ⅱ相解毒酶如谷胱甘肽&转移酶和UDP-葡萄糖醛酸转移酶以亲水基与有害代谢产物耦合,促进其排泄;抗氧化物酶如超氧化物歧化酶、谷胱甘肽过氧化物酶和过氧化氢酶,使ROS失活。重要的是这些细胞保护酶的编码在启动子区含有ARE基因,而Nrf2就是与其结合从而发挥抗氧化作用的。Nrf2的活化可以提高抗氧化酶和Ⅱ相解毒酶水平从而减少氧化应激和慢性炎症[11]。Nrf2抗氧化应激的作用主要是通过调节ARE所包含的一些基因(如抗氧化酶,亲电试剂结合酶、泛素/蛋白酶体,分子伴侣和热休克蛋白)来实现的。氧化或亲电子应激可以激活Keap1-Nrf2-ARE信号通路,从而调节与抗氧化活性分子相关蛋白在细胞质、内质网、线粒体的基础和诱导表达水平,起到抗氧化的作用。Song等[12]探究了甘密树脂素B对肝细胞保护作用机制,发现其抗氧化作用是通过细胞外信号调节激酶(extracellular signal- regulated kinase,ERK)的磷酸化从而激活Nrf2/ARE来实现 的。I型血红素氧化酶(hemeoxygenase1,HO~1)是维持细胞内环境稳态的重要的限速酶,其对于预防肝脏的氧化损伤和细胞死亡意义重大。以往的研究表明HO-1在肝脏中的表达受转录因子Nrf2的调节[13]。然而,最近的研究显示磷酸肌醇-3-激酶(PI3K/Akt)与Nrf2关系密切。U等[14]在研究S-炔丙基半胱氨酸(Spopargyl-cysteine,SPRC)在NAFLD小鼠中的抗氧化作用时发现,PI3K/Akt活化使Nrf2从细胞质转移到细胞核从而激活ARE/HO-1信号通路,产生抗氧化作用。
 
三、   NH2在脂质代谢中的作用
NAFLD的初始阶段是肝细胞脂肪变性,主要特征为TG以脂滴的形式在肝细胞胞浆内异常积聚。另外,脂肪酸代谢异常是NAFLD的发病机制中的一部分,并且脂肪酸的储存对于胰岛素抵抗、脂质氧化,肝细胞损伤,炎症等是一个重要的诱导因子[15]。有研究表明高脂饮食小鼠模型中,Nrf2在预防从普通的肝脂肪变性转变为NASH的过程中起到重要作用。以Nrf2基因敲除小鼠制作该模型,发现肝脏脂肪酸合成遭到破坏,并且VLDL水平下降使得TG分泌减少,从而在80%的肝细胞中出现了TG沉积,促进了向NASH的转变。所以,Nrf2具有抑制脂肪在肝脏中的堆积的作用[16]。另外,Nrf2在胆固醇和胆汁酸的代谢调节中也是必不可少的。通过给予Nrf2基因敲除小鼠高脂饮食的研究,发现Nrf2能够调节肝细胞的肝X受体Oliver X receptor a,LXRa )基因的表达,其中包括脂肪酸代谢相关基因(FAS、ACC1、SREBP-1c、SCI>1c 和 CD36),胆固醇转运相关基因(Abcg5/abcg8)和胆汁酸合成相关基因(Cyp7a1),从而控制脂质和胆汁酸的代谢[17]。游离脂肪酸(free fatty acid,FFA )能诱导肝细胞脂肪变性,通过激活Nrf2和Keap1信号通路可以降低FFA脂毒性,起到保护细胞的作用[18]。Valdecantos等[19]在研究a-硫辛酸(alphalipoic add,LA)抗肝细胞脂性凋亡作用时,发现Nrf2在LA通过挽救氧化应激防止棕榈酸介导的脂性凋亡的过程的早期,起着不可或缺的重要作用。
 
四、  Nrf2在炎症中的作用
如前所述,炎症与NAFLD的多重打击学说中的第二次打击密切相关。Nrf2在炎症过程中具有关键抑制作用,其可以消除组织中炎症细胞的聚集,还可以调节相关细胞因子如前白细胞介素-1β,前白细胞介素-6和肿瘤坏死因子等[16],并且还参与调节NF-KB从而发挥调控炎症的作用[20]。
 
近年来越来越多的研究表明NLRP3(nucleotiderbinding domain and leucinerichrepeat protein3)炎性小体很可能在NASH的发展中起着重要的作用。而Nrf2对NLRP3也具有一定调控作用。NLRP3炎性小体来自于NOD样受体家族。NLRP3主要由三部分构成,包括羧基端富含亮氨酸重复序列(carboxy terminal leucinerichrepeats,LRRs)、核苷酸结合域(nucleotide-binding domain,NBD)和N-末端热蛋白结合域(N- terminal pyrin domain,PYD)。炎症小体能够识别病原相关分 子模式或者宿主来源的危险相关分子模式,并且招募和激活前半胱天冬酶-1[21]。NLRP3炎性小体的活化分两个步骤。第一步是Toll样受体(TLR)介导的NLRP3炎性体成分IL-1β和细胞活素类(procyt-okines)上调,第二步是NLRP3炎性体复合物的组装[22]。
 
一些研究表明,Nrf2对NLRP3炎性小体的负调控是通过促进NQO1的表达,抑制caspas-1的活性及IL-1Β在巨噬细胞中的分泌来实现的[20]。除上述观察外,富马酸二甲酯(dimethyl fumarate,DMF)可以通过抑制Nrf2核转位和NLRP3炎性小体的活化,预防右旋糖酐硫酸酯钠诱导性结肠炎[3]。多项实验显示Nrf2对于NLRP3炎性体的活化具有抑制作用。例如,中药山苍子的活性化合物柠檬醛都能通过激活Nrf2抗氧化信号通路及抑制NLRP3炎性小体的活化来减轻模型小鼠的狼疮肾炎[24]。鹰嘴豆素通过激活Nrf2通路和抑制NLRP3炎性小体的活化保护由脂多糖和ET氨基半乳糖诱导的小鼠急性肝损伤[25]。此外,芒果苷可通过上调Nrf2和抑制NLRP3炎性小体预防小鼠脓毒症引起的急性肾损伤[6]。提示Nrf2或许可以作为NAFLD抗炎治疗中的一个靶点。
 
综上所述,Nrf2与NAFLD的发生发展密切相关,其参与抑制NAFLD的氧化应激和炎症反应、促进脂质代谢,在防止NAFLD转变为NASH的过程中也起着重要作用。因肿瘤和2型糖尿病与氧化应激密切相关,所以Nrf2在这两个领域的研究成果也较多。鉴于2型糖尿病和肝癌与NAFLD关联度高,更显示激活Nrf2在治疗NAFLD和NASH中的重要性[7-28]。已发现的Nrf2的活化剂主要有酚类抗氧化剂(表没食子儿茶素没食子酸酯、丁基羟基茴香醚)、奥替普拉、异硫氰酸酯(莱菔硫烷)、三萜类(齐墩果酸)等[10],这些药物主要是以亲电子试剂的形式修饰Keap1上的半胱氨酸残基,从而使Nrf2解离,进人核内与ARE相结合,从而发挥抗氧化等一系列作用。有些药物在经过了大量动物实验后,已经进人了临床试验阶段,如富马酸二甲酯治疗复发缓解型多发性硬化症已进人Ⅱ期临床阶段[29]。目前关于Nrf2的活化剂的研究尚存不足,如有些Nrf2活化剂的特异性不够、作用机制尚不清楚,对Nrf2的信号通路的下游信号分子及效应所产生的影响也不甚明了,均有待进一步深人研究。当前以Nrf2为作用靶点治疗NAFLD的中医药研究较少,若能结合激活Nrf2信号通路开展研究,将有利于研发治疗NAFLD疗效更高的中药制剂。
 
原文:杨亚田, 赵长青, 徐列明. Nrf2在非酒精性脂肪性肝病中的调节作用[J]. 肝脏, 2018(2).
 
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