作者：侯小煜，曹雪芬，吕兴娇，韩晓霞，Janvier NIBARUTA，兰州大学第一临床医学院；冷玉芳，兰州大学第一医院麻醉科

肠道对缺血再灌注损伤（ischemia-reperfusioninjury，IRI）高度敏感，即使短暂的缺血也会造成严重的局部损伤。肠IRI常继发于多种病理过程，如休克、严重创伤、肠系膜血管栓塞、肠移植手术等。肠黏膜对IRI的反应分为2个阶段：缺血期和再灌注期，其中再灌注期的组织损伤更严重，这是由于血流的恢复导致过量活性氧（reactive oxygen species，ROS）产生，激活氧化应激，促进炎症因子释放及细菌易位。

故肠IRI不仅限于肠道自身，还可引起远隔器官受损，重者甚至会诱发全身炎症反应综合征和多器官功能障碍综合征，严重影响患者的预后和生活质量。迄今为止，肠IRI发病机制未完全阐明，已经公认的有氧化应激、能量代谢障碍、炎症、细胞凋亡、自噬、铁死亡等。

核因子E2相关因子2（nuclear factor erythroid-2-related factor 2，Nrf2）信号通路是最为经典的抗氧化通路之一，激活Nrf2可调控下游解毒酶等发挥抗氧化应激、抗炎、抗凋亡、调控自噬等效应，从而减轻肠IRI。临床上尚无效果明确的药物阻止肠IRI进程，因此对肠IRI的病理机制，特别是信号通路的研究尤为迫切。Nrf2信号通路激活有望成为肠IRI患者新的治疗途径。

1.Nrf2概述

1.1Nrf2结构和功能

Nrf2属于转录因子家族成员，包含7个环氧丙氯同源结构域，命名为Neh1~Neh7。Neh1具有“帽领”型碱性亮氨酸拉链基序，通过促进Nrf2核转位结合DNA，与小肌腱纤维肉瘤（small masculoaponeurotic fibrosarcoma，sMaf）蛋白相作用形成异二聚体，识别结合抗氧化反应元件（antioxidant response element，ARE），调控下游目标基因的转录。

Neh2包含DLG和ETGE基序，通过与细胞质的Kelch样环氧氯丙烷相关蛋白1（Kelch-like ECH-associated protein 1，Keap1）结合负调控Nrf2，维持Nrf2的稳定性；Neh3与染色质ATP酶/解旋酶DNA结合蛋白6结合，调控ARE相关基因的转录；Neh4与Neh5协同招募cAMP反应元件结合蛋白，激活Nrf2的转录；Neh6通过DSGIS和DSAPGS基序与β-转导重复相容蛋白（β-tranduc in repeats containing protein，β-TrCP）结合介导Nrf2的泛素化降解；Neh7通过与维甲酸X受体α结合阻遏Nrf2的转录。

1.2Nrf2活性的调节

1.2.1Keap1依赖的经典途径

Keap1是一种负调控Nrf2的细胞质作用蛋白，包含5个结构域：NTR、BTB、IVR、DGR、CTR。NTR是位于N端的结构域；BTB常与自身形成同源二聚体，是抑制Nrf2必需的；IVR富含半胱氨酸，是ROS和亲电化学物质的感受区，BTB、IVR也参与结合Cul3泛素连接酶，进行Nrf2的泛素化；DGR、CTR是Nrf2的识别区，可直接与Neh2的DLG、ETGE基序结合。

生理条件下，Keap1在细胞质靶向衔接Nrf2与Cul3-Rbx1E3泛素复合物，以泛素-蛋白酶体方式降解Nrf2。因此，Keap1被称为Nrf2抑制剂。机体暴露于亲电试剂、ROS时，Keap1构象的改变使Nrf2与之解偶联，Nrf2的泛素化降解终止。

活化的Nrf2穿梭入核与sMaf蛋白形成异源二聚体，与ARE结合，启动下游多种细胞保护基因的表达，并参与清除ROS、调控自噬、修复受损细胞等生物过程。当氧化还原达到平衡后，Nrf2与ARE、sMaf解离，穿梭回细胞质，重新与Keap1、Cul3-Rbx1E3泛素复合物结合降解并恢复至基础水平。

1.2.2Keap1非依赖途径

Nrf2的调控可独立于Keap1，其Neh6包含的DSGIS和DSAPGS基序与β-TrCP结合促进Nrf2的泛素化，糖原合成酶激酶3β是调节该途径的关键蛋白，可通过磷酸化Nrf2的Neh6，有利于β-TrCP识别Nrf2和随后的蛋白质降解。

2.Nrf2信号通路与IRI

2.1抗氧化应激

过量ROS介导的氧化应激不可逆损伤肠道细胞，破坏肠屏障功能。Nrf2可转录编码多种抗氧化酶，如血红素加氧酶-1（hemeoxygenase-1，HO-1）、醌氧化还原酶-1（quione oxidoreductase-1，NQO-1）、超氧化物歧化酶（superoxide dismutase，SOD）、谷胱甘肽（glutathione，GSH）、谷氨酸半胱氨酸连接酶催化亚基（glutamate cysteine ligase catalytic subunit，GCLC）等，抵御肠IRI。

Liu等发现在脊髓损伤大鼠模型中，高压氧治疗可激活肠组织Nrf2及下游靶基因HO-1、NQO-1、GCLC的转录和表达，升高SOD及GSH水平、降低丙二醛水平，改善肠通透性并抑制细菌易位。Nrf2通路的激活可抑制氧化应激减轻肠IRI。Nrf2除了直接激活下游抗氧化酶，还可通过维持线粒体正常的结构功能减轻肠IRI。线粒体产生ROS和三磷酸腺苷并参与多种氧化还原反应。

线粒体DNA（mitochondrial DNA，mtDNA）极易遭受ROS攻击发生点突变，其复制、转录及生物过程均受阻，受损的mtDNA进入循环诱导促炎促凋亡因子释放，加重肠IRI。Hu等发现肠IRI小鼠预防性运用线粒体靶向抗氧化剂MitoQ，相较于模型组，肠组织SOD、GSH、GSH-Px升高，丙二醛降低，mtDNA的复制及转录水平恢复，肠屏障功能改善，细菌易位抑制，肠IRI减轻，小鼠72h存活率升高，且Nrf2的核转位激活下游ARE，上调HO-1、NQO-1、γ-GCLC和线粒体转录因子A（一种核编码蛋白，调控mtDNA转录和复制）的表达；MitoQ处理的缺氧/复氧组IEC-6细胞较缺氧/复氧组的线粒体膜电位、三磷酸腺苷水平升高，ROS产生、受损mtDNA、细胞凋亡数减少，而Nrf2siRNA转染逆转了MitoQ的细胞保护作用。

说明激活Nrf2信号通路通过稳定线粒体转录因子A恢复mtDNA的复制及转录，抑制ROS产生，阻止mtDNA点突变减轻线粒体损伤，增加三磷酸腺苷生成，从而抑制肠IRI。

2.2抗炎

再灌注期，肠屏障完整性丧失的同时炎症细胞迁移到外周，释放多种促炎介质，造成远隔脏器损伤。Nrf2信号通路可调控多种细胞因子参与肠IRI介导的炎症反应。高迁移率族蛋白1（high mobility group protein 1，Hmgb1）是单核巨噬细胞分泌的细胞因子，可刺激其他促炎因子（如TNF-α、IL-6、NF-κB）的释放，扩大炎症级联反应。

Liu等认为再灌注前给予去甲乌药碱可激活Nrf2/HO-1通路抑制Hmgb1的转录和表达，小鼠肠组织中性粒细胞和巨噬细胞的浸润减少，促炎因子含量和髓过氧化物活性降低，肠IRI减轻。表明激活Nrf2/HO-1/Hmgb1轴保护肠组织免受肠IRI的机制与抑制炎症反应有关。Nrf2下游分子HO-1及其代谢物Fe2+、CO和胆绿素具有抗炎活性。

在大鼠肝移植模型中，HO-1激动剂预处理降低肠组织促炎因子水平，肠黏膜屏障功能改善，HO-1抑制剂逆转了以上过程，表明HO-1抑制炎症反应，减轻肝移植诱导的肠IRI。Nrf2通路减轻肠IRI与抑制促炎介质释放、激活下游分子及其代谢物发挥抗炎作用有关，更多机制有待进一步研究。

2.3调控程序性细胞死亡

2.3.1抗凋亡

凋亡是多种基因调控的细胞死亡，主要发生在肠IRI再灌注晚期。Nrf2信号通路可抑制凋亡保护肠组织免受肠IRI。给予肠IRI小鼠Nrf2激动剂t-BHQ，发现肠组织中Nrf2、抗凋亡因子Bcl-2表达及抗炎因子水平升高，促凋亡因子Caspase-3、Bax表达及促炎因子水平降低，肠IRI减轻，且Nrf2的活化抑制了NF-κB的核转位，NF-κB水平下降；给予Nrf2拮抗剂Brusatol、ATRA后上述作用反转，肠IRI加重。

提示Nrf2通路可能通过抑制NF-κB介导的炎症反应发挥抗凋亡作用、减轻肠IRI。目前有多种内源性化合物（如鸢尾素、脂氧素A4、IL-1Ra）通过激活Nrf2通路抑制肠IRI的细胞凋亡，然而，没有任何一种可安全应用于临床，提示还需继续研究Nrf2通路抗凋亡保护IRI肠组织的机制，以期为Nrf2激动剂治疗肠IRI提供新策略。

2.3.2增强自噬

自噬是溶酶体为构建新的细胞器提供原料的细胞再循环过程，有利于机体的新陈代谢。根据降解目标的不同，可分为本体自噬与选择性自噬。本体自噬对细胞器的降解是随机的，而选择性自噬具有特异性，如线粒体自噬、内质网自噬等。自噬被激活时自噬标记蛋白p62丰度降低，LC3Ⅱ/I、Beclin-1及Atg5丰度增加。

自噬在肠IRI中的作用存有争议，大多数学者认为肠IRI诱导自噬，进一步增强自噬通量可减轻肠IRI，但也有研究支持减少自噬通量利于肠IRI的肠保护。Nrf2通路减轻肠IRI均是通过增强自噬实现的。

Nrf2诱发的本体自噬可保护肠IRI的肠组织。缺血后处理活化蛋白激酶B抑制糖原合或酶激酶-3β的磷酸化激活Nrf2/HO-1通路增强自噬、抑制氧化应激减轻小鼠肠IRI，缺血后处理激活的Nrf2/HO-1通路还可增强自噬，抑制炎症和氧化应激，减轻肠IRI诱导的急性肾损伤。

说明缺血后处理介导的Nrf2通路激活自噬可作为一种有效的方法，减轻肠IRI诱导的肠损伤及远隔器官损伤。Nrf2通路可增强肠IRI诱导的线粒体自噬，清除结构功能障碍的线粒体，发挥肠保护作用。线粒体自噬除了自噬标记蛋白丰度的变化，伴随线粒体结构功能受损、线粒体自噬溶酶体形成、线粒体自噬相关蛋白（如COXIV、TOM40、Mn-SOD）的表达下调。

研究表明在创伤性脑损伤的大鼠模型中，西罗莫司预处理通过上调细胞外调节蛋白激酶激活Nrf2/HO-1通路，增强线粒体自噬，并抑制氧化应激和凋亡，改善肠屏障功能，减轻肠IRI，三甲基腺嘌呤抑制线粒体自噬逆转了西罗莫司的以上肠保护作用。激活Nrf2通路可以增强肠IRI诱导的本体自噬和选择性自噬发挥肠保护作用。有关Nrf2调控自噬减轻肠IRI的研究十分有限，有必要进一步探索明确其机制。

2.3.3抑制铁死亡

铁死亡是一种以铁代谢障碍和脂质过氧化物积累为特点的新型程序性细胞死亡，在肠IRI的再灌注早期起关键作用。过量铁、GSH消耗和谷胱甘肽过氧化物酶4失活导致ROS积累，诱导细胞发生铁死亡。SLC7A11是胱氨酸转运蛋白系统Xc-的催化亚基，可合成GSH抑制ROS产生，负调控铁死亡。p53是诱导铁死亡的关键调节因子，在转录水平抑制SLC7A11的表达，诱导细胞铁死亡。

Nrf2通过p53的负调控，抑制IRI诱导的铁死亡。在肠IRI诱导的急性肺损伤小鼠模型中，p53抑制剂iASPP通过激活Nrf2下调缺氧诱导因子-1α（hypoxia inducible factor-1α，HIF-1α）、铁蛋白（transferrin，TF）的表达并逆转肠IRI诱导的肺组织铁死亡，保护肺组织；敲除Nrf2后，iASPP的以上作用逆转，同时促炎因子水平升高，肺损伤加重，iASPP对Nrf2的调控是在翻译水平而不是在转录水平，表明激活Nrf2/HIF-1α/TF通路能减轻铁死亡，保护肠IRI诱导的急性肺损伤。

Nrf2除了下调HIF-1α/TF通路，还可激活SLC7A11，抑制铁死亡从而减轻IRI-急性肺损伤。研究证实，Nrf2可直接激活SLC7A11上调HO-1表达，Nrf2还可活化端粒酶逆转录酶间接激活SLC7A1，Nrf2可与激活转录激活因子3共同上调SLC7A1抗铁死亡的减轻IRI-急性肺损伤。当前活化Nrf2通路抑制铁死亡与肠IRI的关系均涉及IRI-急性肺损伤，并无直接作用于肠IRI的研究，因此，有必要进一步探索明确Nrf2通路调控铁死亡在肠IRI的作用机制。

3.总结和展望

激活Nrf2信号通路发挥抗氧化应激、抗炎、抗凋亡、增强自噬、抑制铁死亡的作用减轻肠IRI。Nrf2信号轴调控肠IRI的机制尚未完全阐明，深入研究该通路在肠IRI中的发病机制，为靶向药物治疗的研究提供分子基础，有望提高临床药物研究的潜在价值。

来源：侯小煜,冷玉芳,曹雪芬,吕兴娇,韩晓霞,Janvier NIBARUTA.Nrf2信号通路在肠缺血再灌注损伤中作用机制的研究进展[J].兰州大学学报(医学版),2022,48(10):81-85.

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