作者：付旭，内蒙古医科大学赤峰临床医学院；冷兆泽，王晓婷，崔浩，赤峰市神经损伤与功能修复重点实验室；刘源，赤峰市医院神经外科

创伤性颅脑损伤（traumatic brain injury， TBI）是指由外力引起的大脑功能或其他大脑病理学的改变。目前，TBI 是损伤中死亡和致残的重要原因之一，全球每年因TBI 损失约4 000 亿美元。流行病学调查显示，摔伤和交通事故是导致TBI的主要原因。TBI 会导致神经系统缺陷、行为及认知能力发生障碍，即使是轻微的脑震荡，也会影响患者的日常工作和生活，TBI已经成为一个严重的公共卫生问题。

TBI分为原发性颅脑损伤和继发性颅脑损伤，原发性颅脑损伤是指局灶性损伤，也可以指波及大脑的机械损伤。原发性损伤发生的生理生化随着时间的延长，会发展为继发性损伤，而继发性颅脑损伤的机制主要包括兴奋性毒性、线粒体功能障碍、氧化应激、神经炎症、脂质过氧化、轴突变性和细胞凋亡等。其中，氧化应激是继发性颅脑损伤中关键的病理生理变化，对抗TBI后的氧化应激成为治疗TBI 的方法之一。

核转录因子红系2 相关因子2（nuclear factor erythroid2-related factor 2，Nrf2）是近些年来的研究热点，其是氧化应激的重要调节因子。当氧化应激发生后，Nrf2 可被激活，进入细胞核后与抗氧化反应元件（antioxidant response element， ARE）结合，诱导相关抗氧化蛋白的产生，调节抗氧化系统。在动物实验中已经证实，TBI后Nrf2的缺失会加剧小鼠的氧化应激，Nrf2在TBI中具有抗氧化损伤作用。TBI 后Nrf2-ARE 通路被激活，通过泛素-蛋白酶体发挥神经保护作用。本综述主要分析Nrf2 与TBI之间的关系，总结Nrf2 对TBI 后病理生理的主要调节作用，为TBI 的治疗提供借鉴。

1.Nrf2 概述

1） Nrf2 的结构：Nrf2 属于碱性亮氨酸拉链（basic leucine zipper， bZIP）转录因子亚家族中的一员，除了Nrf2还包括Nrf1和Nrf3。Nrf2有7个Nrf2-ECH（ Neh）同源性结构域，这也使Nrf2具有不同的转录活性。Neh1 结构域含有CNC-bZIP区域，此区域可以与sMaf 蛋白和DNA 形成异二聚体。

Neh2 结构域含有2 个能够特异性识别Kelch 样红系细胞衍生蛋白与CNC 同源相关蛋白1（Kelch-like ECH-associatedprotein-1， Keap1）的结构域，分别是DLG 和ETGE，Nrf2 与Keap1 结合后会介导Nrf2 的泛素化和降解。Neh3-5 作为转录激活结构域，结合多种转录成分。Neh6结构域对Nrf2会产生不依赖于Keap1的负调控机制。Neh7结构域可以通过介导与视黄醇X受体α（retinoid X receptor alpha， RXRα）相互作用，抑制Nrf2-ARE 信号通路。

2） Nrf2 的功能：Nrf2 能在多种水平上调节靶基因的转录激活，包括调节转录、转录后和翻译后的基因，诱导抗氧化系统的激活或亲电应激，使细胞调节氧化应激、外源性和内源性代谢、炎症反应、脂质、碳水化合物及蛋白质的代谢，维持线粒体功能及细胞内的稳态。在心脏、肺及肝等器官的疾病中发现调节Nrf2水平能够改善氧化应激水平。在中枢神经系统中，研究表明Nrf2 与PD、AD、肌萎缩侧索硬化、亨廷顿舞蹈症、脑卒中等神经系统退行性病变有着紧密联系。目前，Nrf2 也作为TBI的潜在保护性位点被学者所熟知。此外，越来越多研究证实Nrf2是一个重要的抗氧化应激反应的靶向位点。

3） Keap1-Nrf2-ARE 信号通路：Keap1 是Nrf2 的负调节因子，它能够通过识别CULLIN（CUL3）的E3 泛素连接酶复合物与Nrf2 特异性靶向结合。Keap1内存在3个功能结构域，分别是BTB（ broadcomplex，tramtrack， and bric-a-brac）结构域、IVR（intervening region）结构域和Kelch 结构域，Kelch 结构域也被称为双甘氨酸重复序列（double glycine repeat，DGR）结构域，DGR结构域与Neh2能够相互作用使得Keap1和Nrf2特异性结合。目前，这3个结构域在介导Nrf2泛素化和降解中都发挥重要作用。

其中，Keap1 中的DRG 结构域会与Nrf2 中Neh2 的DLG 和ETGE 序列结合。在正常生理条件下，泛素激活酶（E1）会将泛素转移到泛素结合门控酶（E2）内包含的半胱氨酸残基上，形成的复合物能通过泛素连接酶（E3）与底物蛋白结合，内质网膜E3 泛素连接酶能够与Nrf2 中的Neh4 和Neh5 相互作用，促进Nrf2 降解。在未受到刺激时，Nrf2 的半衰期较短，Keap1 介导的Nrf2 保持在极低的基础水平。

ARE 是含有特定DNA 序列的顺式调控元件，这些基序位于编码解毒酶和细胞保护蛋白的基因上游调控区域，ARE 也被称为亲电反应元件。当Nrf2 进入细胞核后，它会通过结构内的Neh1结构域与sMaf结合形成异二聚体，但细胞核内存在sMaf 同源二聚体，它和Nrf2-sMaf 异二聚体有着共同的结合位点，两者存在着竞争关系，但由于细胞核内的Nrf2 浓度不断增加，这也使Nrf2-sMaf 异二聚体的产生增多。这些Nrf2-sMaf异二聚体会与ARE相互作用，诱导产生多种保护蛋白。

目前，Nrf2-ARE 调控200 多种参与解毒和抗氧化蛋白和酶的基因。例如：经典的Ⅱ期解毒酶［醌氧化还原酶（NQO1）］、谷胱甘肽生物合成酶、抗氧化防御的酶［如血红素氧化酶-1（hemeoxygenase-1， HO-1）］，还有炎症相关的酶等。ARE驱动的基因表达，在细胞防御与存活中发挥重要作用。HO-1 和NQO1 是重要的抗氧化酶，它们都是Nrf2 通路的下游分子。HO-1 是一种介导血红素催化分解的限速酶，将血红素分解为一氧化碳、胆绿素和二价铁离子，减少自由基的产生。

NQO1 能够通过氧化还原循环反应去除亲电醌，而且可以将醌直接介导还原成氢醌。在TBI小鼠实验中发现，桃叶珊瑚苷通过增强Nrf2核积累，增加了神经元的HO-1和NQO1的细胞质表达，发挥神经保护作用。石杉碱甲在TBI 后的动物模型中能促进Nrf2 从细胞质移向细胞核移位，增加Nrf2 的活性，使HO-1 和NQO1 等抗氧化酶产生增多，抑制了氧化应激，从而产生神经保护作用。

2.Nrf2 在TBI 中的作用

TBI 后，继发性颅脑损伤后的病理生理变化不可预测，可能会短时间恶化，加重病情，这也使它带来的威胁占主要方面。继发性颅脑损伤是在原发性颅脑损伤后的一段时间发生的，其产生的分子机制主要是通过离子、神经递质、生物化学和炎症介质的激活和释放，诱导细胞膜结构和功能发生变化，并且使膜电位发生变化。目前，有研究发现Nrf2 与TBI 之间有一定相关性，通过干预Nrf2 信号能够调节TBI 后的氧化应激、细胞自噬、细胞凋亡和神经炎症等病理生理过程，以减轻TBI所造成的脑功能障碍。

1）氧化应激：氧化应激的产生是因为自由基产生过多，身体内的抗氧化剂不能完全中和自由基，导致两者之间失衡。自由基主要是由氧和一些分子（超氧化物阴离子、过氧自由基、过氧化氢、羟基自由基、一氧化碳、亚硝酸盐等）相互作用而形成的原子或原子组，而自由基中最重要的2 个种类是活性氧（reactive oxygen species ，ROS）和活性氮（reactivenitrogen species， RNS），ROS/RNS 水平反映氧化应激水平。TBI 后，兴奋性毒性、线粒体功能障碍、炎症和内质网应激等机制都会使自由基的产生增加。大脑为了减少氧化应激的损伤，机体会产生大量抗氧化剂，主要的抗氧化酶有谷胱甘肽过氧化物酶（glutathione peroxidase，GPX）、谷胱甘肽还原酶（glutathione reductase，GR）、过氧化氢酶（catalase，CAT）和超氧化物歧化酶等，这些抗氧化酶会共同中和超氧化物自由基。

此外，大脑的需氧量非常高，但抗氧化能力低，含有大量易氧化的多不饱和脂肪酸和大量能使脂质过氧化的Fe 和抗坏血酸，由于脑存在这些功能特点，使氧化应激成为TBI病理生理的关键一点。在生理条件下，Nrf2被Keap1隔离在细胞质中，但在TBI后，受到氧化应激等刺激，Nrf2易位至细胞核内，与ARE结合，促进抗氧化蛋白的转录。此外，Cheng 等研究发现敲除Nrf2 的TBI 的小鼠的HO-1 和NQO1 抗氧化酶水平下降， 证实TBI 后Nrf2-ARE 信号通路可被激活，并推测Nrf2-ARE 是通过抑制氧化应激来发挥神经保护作用。Li 等研究发现TBI后Nrf2 从细胞质向细胞核易位，灯盏花素可促进这一过程，使NQO1 和HO-1 表达增加，从而抑制氧化应激水平，减少了神经元的凋亡。因此，Nrf2为TBI 后抗氧化应激的治疗提供了新的方向。

2）细胞自噬：自噬是一种能够自我降解细胞质蛋白和细胞器的过程。自噬主要分为巨自噬、微自噬和伴侣介导的自噬3 种，其中巨自噬是研究最多的、最被人熟知的。当自噬被激活后，首先细胞质蛋白或细胞器会被隔离膜包裹形成自噬体，自噬体会与溶酶体形成自噬溶酶体，最终自噬溶酶体会把包裹内细胞质蛋白或细胞器降解。

p62 是把自噬和Nrf2连接起来的“桥梁”，它是一种自噬衔接蛋白，存在泛素化结合位点，使货物受体自噬降解，并与泛素化蛋白聚集体结合，将其转运到自噬体上。自噬与Nrf2 存在间接联系，这也使许多学者通过干预自噬与Nrf2 以改善TBI。Zhang 等采用敲除Nrf2 的TBI小鼠进行实验，发现岩藻黄素部分通过Nrf2-自噬信号通路来减轻氧化应激，减少细胞凋亡，从而发挥神经保护作用。

Feng 等对TBI后的小鼠腹腔注射右美托咪定，证实右美托咪定降低了Beclin-1 和LC3 的水平，抑制了自噬，而且右美托咪定可以使TBI小鼠的ROS 和丙二醛（malondialdehyde，MDA）水平下降，研究推测右美托咪定可能通过调节Nrf2 信号通路来抑制TBI 诱导的氧化应激。Cui 等在TBI 小鼠研究中证实钙三醇通过介导自噬和Nrf2信号之间的相互作用来发挥神经保护作用。

p62 与Keap1 作用机制尚未证实。一种观点认为P62 和Keap1 相互作用是由于p62 内存在Keap1相关作用区域（Keap1-interacting region， KIR）中的349-DPSTGE-354基序，这与Nrf2中的Neh2结构域中的ETGE基序相似，这会使p62 将Keap1 螯合到自噬体内，影响Nrf2 的泛素化，激活Nrf2 信号通路。但p62 与Keap1 是如何作用的，尚不清楚，自噬与Nrf2的联系也需要进一步实验来证实。

3）细胞凋亡：细胞凋亡是细胞程序性死亡的过程，主要包括内源性凋亡途径和外源性凋亡途径2种。内源性途径是通过线粒体释放细胞色素C 介导发生的，而外源性途径是源于细胞死亡受体的激活。在信号级联激活不同的分子后，最终这2 种途径都会回到caspase 激活步骤，从而使蛋白质降解。在TBI 后，神经元凋亡是继发性颅脑损伤的主要特征。

Zhang 等使用液压冲击造模方法造模小鼠TBI模型，研究发现敲除Nrf2 的小鼠较野生型小鼠的细胞凋亡水平升高， 研究推测TBI 小鼠通过线粒体自噬来抑制细胞凋亡。Xia 等对TBI 大鼠静脉注射硫辛酸进行干预发现，硫辛酸能使氧化应激诱导的神经凋亡减弱，这种神经保护作用可能是通过Nrf2 信号通路介导的。Liang等研究发现抗氧化剂氯胺酮促进了TBI后Nrf2水平升高，减轻了氧化应激，减少了细胞凋亡。由于Nrf2具有抗凋亡的作用，这也使许多研究人员关注通过激活Nrf2，来抑制TBI后的神经元凋亡。

4）神经炎症：在TBI 后，血脑屏障破坏导致体循环内的白细胞发生聚集，白细胞会释放促炎细胞因子、细胞毒性蛋白酶及活性氧，这会使胶质细胞的免疫功能被激活。当小胶质细胞被过度反应或激活时，它会释放氧化代谢产物及促炎细胞因子，这些促炎细胞因子包括TNF-α、IL-1β 和干扰素-γ等。星形胶质细胞具有强大的支持作用，通过谷氨酰胺和乳酸盐的形式为神经元提供能量，促进神经元分化，在神经元损伤后的整个轴突生长过程中提供营养指导和支持作用。

有研究表明，TBI 后促炎细胞因子如TNF-α、IL-1β 和IL-6 大量产生, 导致氧化应激的加重，对于敲除Nrf2的动物模型，促炎细胞因子水平更高，Nrf2的下调会激活细胞因子，促进TBI后神经炎症的发生。Zhao 等研究发现胎球蛋白A 能够作用于小胶质细胞，通过激活Nrf2 相关信号通路来抑制神经炎症和氧化应激，减少神经损伤。Zhao 等研究证实冬凌草甲酸能通过改变Nrf2 信号通路，改善线粒体功能，降低氧化应激水平，抑制了神经炎症诱导的细胞凋亡。也有研究表明，槲皮素能通过活化Nrf2 通路来抑制TBI 诱导的小胶质细胞活化导致的炎症反应，从而减轻TBI 后的继发性损伤。以上研究结果表明，Nrf2 可能是TBI 的一个重要的抗炎靶点。

3.总结与展望

目前，通过大量综述动物模型对TBI研究显示，Nrf2 的激活有利于神经系统的保护，并证实了Nrf2在TBI 中的重要作用。目前研究结果显示Nrf2 与TBI后的一些病理生理存在一定联系，其中包括氧化应激、细胞自噬、细胞凋亡、神经炎症等。但Nrf2在TBI中的具体机制尚未完全阐明，还需要大量实验去证实。总之，Nrf2 是TBI 中的一个潜在的治疗位点，未来随着对Nrf2 研究的深入，Nrf2 靶向治疗方案的出现，将会提高TBI 患者的治疗效果。

来源：付旭,冷兆泽,王晓婷,等.Nrf2在创伤性颅脑损伤中的研究进展[J].神经疾病与精神卫生,2025,25(08):604-608.