商冠華 田春梅

濱州醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院兒科，濱州 256600

蝦青素（3，3'-二羥基-4，4'-二酮基-β，β'-胡蘿卜素）隸屬于葉黃素亞類，是一種紅橙色脂溶性酮式類胡蘿卜素，因其抗氧化活性而備受關(guān)注。在自然界中，它主要由藻類（如雨紅球菌）、酵母菌（如樹葉黃菌）和細(xì)菌（如胡蘿卜素副球菌）產(chǎn)生。其也大量存在于海洋動物中，如鮭魚、鱒魚、蝦、螃蟹［1-2］。在類胡蘿卜素中，與角黃素、葉黃素、玉米黃素和β-胡蘿卜素相比，蝦青素具有更強(qiáng)的抗氧化特性［2］。此外，蝦青素還具有多種生物活性，如抗炎、抗腫瘤、抗凋亡、抗脂質(zhì)過氧化、抗血栓形成和神經(jīng)保護(hù)等。該萜類化合物被廣泛應(yīng)用于各種實(shí)驗(yàn)研究中，抑制各種疾病狀態(tài)所涉及的病理生理過程。有研究表明，蝦青素對糖尿病、心血管疾病、神經(jīng)退行性疾病、肝臟和腎臟疾病等都有一定治療作用，盡管蝦青素的具體分子機(jī)制仍未被完全揭示，但核因子E2 相關(guān)因子2（nuclear factor erythroid-2 related factor 2，Nrf2）信號通路已被證實(shí)具備顯著的生物學(xué)功效，調(diào)節(jié)氧化還原穩(wěn)態(tài)以及細(xì)胞解毒相關(guān)基因的表達(dá)［3-4］。因此，Nrf2 信號通路可能轉(zhuǎn)化為各種疾病治療的新靶點(diǎn)［5］。

Nrf2 信號通路主要是指Kelch 樣ECH 相關(guān)蛋白1（Kelch-like ECH-associated protein 1，Keap1）-Nrf2/抗氧化反應(yīng)元件（antioxidant response element，ARE）信號通路，由于可以抵御自然界氧化、機(jī)體衰老以及其他損傷所引起的氧化應(yīng)激，被認(rèn)為是重要的自身抗氧化應(yīng)激通路［6］。此外，Nrf2 信號通路還與許多氧化應(yīng)激相關(guān)的疾病有一定聯(lián)系，如心血管疾病、阿爾茨海默病、帕金森病、糖尿病等。本文就蝦青素激活Nrf2信號通路在各種疾病的作用作一綜述。

Keap1-Nrf2/ARE信號通路的基本結(jié)構(gòu)

1.Nrf2的結(jié)構(gòu)

Nrf2 是一個(gè)分子量為66 kDa 的蛋白，被歸類到Cap-n-Collar 調(diào)節(jié)蛋白族，因具有高度保守的堿性區(qū)-亮氨酸拉鏈結(jié)構(gòu)（basic leucine zipper，bZip），Nrf2 也是一種特殊轉(zhuǎn)錄因子［7］。Nrf2蛋白由605個(gè)氨基酸殘基構(gòu)成，其功能主要表達(dá)在7 個(gè)功能結(jié)構(gòu)域（Neh1～7）上，這些結(jié)構(gòu)域各自具備獨(dú)特性，從而發(fā)揮出不同的功能［8］。Neh1～7 結(jié)構(gòu)域：⑴Neh1 結(jié)構(gòu)域由高度保守的堿性區(qū)-亮氨酸拉鏈區(qū)域組成，該區(qū)域與小肌肉腱膜纖維肉瘤蛋白形成二聚體并結(jié)合到ARE 上，這是一個(gè)在許多基因的啟動子區(qū)域發(fā)現(xiàn)的順式作用增強(qiáng)子序列，會啟動Ⅱ相解毒酶和抗氧化酶的基因表達(dá)［9-11］。⑵Neh2 區(qū)是一個(gè)負(fù)調(diào)控結(jié)構(gòu)域，它包含高親和性ETGE 結(jié)合位點(diǎn)和低親和性DLG 結(jié)合位點(diǎn)，是Nrf2 的主要胞內(nèi)調(diào)節(jié)因子Keap1 的結(jié)合位點(diǎn)。ETGE 和DLG 之間的7個(gè)賴氨酸殘基隨后成為Keap1介導(dǎo)的泛素化作用靶點(diǎn)，進(jìn)而導(dǎo)致Nrf2的蛋白酶體降解［12-14］。⑶Neh3結(jié)構(gòu)域是一個(gè)反式激活域，它招募轉(zhuǎn)錄共激活因子染色質(zhì)域解旋酶DNA 結(jié)合蛋白6（chromo-ATPase/helicase DNA-binding protein 6，CHD6），CHD6 負(fù)責(zé)與ARE 基因的反式激活［12，15］。⑷Neh4 和Neh5 也作為反式激活域，通過與cAMP 反應(yīng)元件結(jié)合蛋白（cAMP response element binding protein，CREB）和轉(zhuǎn)錄激活因子BRG1（Brahma-related gene-1）的相互作用，進(jìn)而啟動了相關(guān)基因的轉(zhuǎn)錄［9，16］。⑸Neh6 是一個(gè)富含絲氨酸的結(jié)構(gòu)域，在Keap1 獨(dú)立調(diào)控Nrf2 中發(fā)揮重要作用，它負(fù)向調(diào)節(jié)了Nrf2 的穩(wěn)定性［17-18］。⑹Neh7 結(jié)構(gòu)域通過與視黃素X受體α（retinoid X receptor α，RXRα）相互作用，參與了Nrf2轉(zhuǎn)錄活性的負(fù)調(diào)控［13，19］。

2.Keap1的結(jié)構(gòu)

Keap1 是一個(gè)69 kDa 的富含半胱氨酸的阻遏蛋白，屬于Kelch家族。由5個(gè)結(jié)構(gòu)域組成：⑴N末端區(qū)域（NTR區(qū)）。⑵BTB 二聚結(jié)構(gòu)域，參與了Cul3-Rbx1-ligase 復(fù)合體的形成和Keap1 的同二聚化，在Nrf2 的泛素化及蛋白酶體降解中發(fā)揮關(guān)鍵作用［20］。⑶IVR 區(qū)，由易氧化的高活性半胱氨酸殘基（如Cys273、Cys288 和Cys297）組成，其中Cys273 和Cys288 能夠抑制Keap1 的活性，在發(fā)生氧化應(yīng)激時(shí)，Cys273 和Cys288 能夠阻斷Keap1 與Cul3 E3 泛素連接酶和Nrf2的相互作用，實(shí)現(xiàn)了Keap1的完全分離［21-22］。⑷DGR結(jié)構(gòu)域由6個(gè)重復(fù)的Kelch結(jié)構(gòu)組成，與Nrf2的N端Neh2結(jié)構(gòu)域結(jié)合，抑制了Nrf2的活性。⑸C末端區(qū)域（CTR）。

3.ARE的結(jié)構(gòu)

ARE 被定義為一個(gè)順式作用的DNA 增強(qiáng)子基序，是機(jī)體重要的抗氧化反應(yīng)元件。該特異性序列的DNA 片段啟動序列中含有許多Ⅱ相解毒酶和抗氧化酶，并且能被多種氧化性和親電子化合物所激活。有研究表明，Nrf2 與ARE結(jié)合調(diào)控了重要抗氧化酶及Ⅱ相解毒酶的轉(zhuǎn)錄激活，如NAD（P）H：醌氧化還原酶1［NAD（P）H：quinone oxidoreductase 1，NQO1］、超氧化物歧化酶1（superoxide dismutase 1，SOD1）、谷胱甘肽過氧化物 酶（glutathione peroxidase，GPx）、谷胱甘肽還原酶、谷胱甘肽轉(zhuǎn)移酶（glutathione S-transferase，GST）、血紅素氧合酶1（heme oxygenase-1，HO-1），進(jìn)而保護(hù)機(jī)體組織細(xì)胞的正常功能［17，23］。

4.Keap1-Nrf2/ARE信號通路的抗氧化應(yīng)激作用

Nrf2-Keap1-ARE 信號通路作為氧化應(yīng)激的關(guān)鍵信號傳導(dǎo)途徑，可以有效地調(diào)節(jié)機(jī)體的氧化應(yīng)激反應(yīng)。機(jī)體在正常情況下，Nrf2蛋白通過ETGE 和DLG 位點(diǎn)與Keap1蛋白的DGR 區(qū)域相結(jié)合，從而將其固定到細(xì)胞內(nèi)，激活Cul3-Rbx1-ligase 復(fù)合體的形成與Nrf2蛋白的泛素化，并被蛋白酶降解，使Nrf2 處于失活狀態(tài)［24］。當(dāng)機(jī)體受到活性氧（reactive oxygen species，ROS）或其他外界因素刺激后，Nrf2 會與Keap1 發(fā)生解離，進(jìn)而活化后的Nrf2 蛋白會轉(zhuǎn)入細(xì)胞核中，與小肌肉腱膜纖維肉瘤蛋白形成二聚體并結(jié)合到抗氧化反應(yīng)元件上，并調(diào)控了重要的Ⅱ相解毒酶、抗氧化酶基因的轉(zhuǎn)錄激活，從而發(fā)揮抗氧化損傷的作用［25］。

蝦青素介導(dǎo)Nrf2信號通路在各種疾病中的保護(hù)作用

1.抗糖尿病作用

糖尿病是一種以高血糖為特征的代謝性疾病，蝦青素具有抗氧化應(yīng)激、抗炎、神經(jīng)保護(hù)作用，已被用于治療糖尿病及其并發(fā)癥［26］。Chen 等［3］證實(shí)了在妊娠期糖尿?。╣estational diabetes mellitus，GDM）小鼠中，蝦青素能夠通過激活SOD、GPx 和過氧化氫酶（catalase，CAT）等抗氧化酶，恢復(fù)Nrf2/Keap1信號通路，緩解GDM 癥狀，改善GDM 小鼠的葡萄糖耐受不良、β 細(xì)胞功能及生殖結(jié)局。Xie 等［27］研究表明，采用蝦青素治療減輕了鏈脲佐菌素誘導(dǎo)的糖尿病大鼠代謝參數(shù)、腎臟形態(tài)和細(xì)胞外基質(zhì)積累。高糖誘導(dǎo)自適應(yīng)激活的Nrf2/ARE 信號通路，增加腎小球系膜細(xì)胞中纖維連接蛋白、細(xì)胞間粘附分子-1 和轉(zhuǎn)化生長因子-β1 的表達(dá)，增加細(xì)胞內(nèi)ROS 的生成。而蝦青素促進(jìn)Nrf2 的核轉(zhuǎn)位和轉(zhuǎn)錄活性，上調(diào)了SOD1、NQO1 和HO-1 的表達(dá)，最終抑制較高水平的ROS，抑制纖維連接蛋白，從而緩解糖尿病腎病的病理進(jìn)展。Chen 等［4］同樣報(bào)道了蝦青素通過促進(jìn)Nrf2 信號通路，減輕糖尿病小鼠腎小球系膜細(xì)胞中高血糖誘導(dǎo)的氧化應(yīng)激以及腎臟形態(tài)和生理的改變。

2.腎臟保護(hù)作用

Liu 等［28］報(bào)道了在阿奇霉素介導(dǎo)的局灶節(jié)段性腎小球硬化小鼠模型中，蝦青素治療的小鼠在腎功能參數(shù)以及腎小球和間質(zhì)纖維化方面有顯著改善。蝦青素通過促進(jìn)Nrf2的表達(dá)，抑制腎核苷結(jié)合寡聚結(jié)構(gòu)域樣受體蛋白3炎性小體的激活，發(fā)揮抗炎和抗氧化作用，從而減少腎小球硬化和間質(zhì)纖維化，改善腎功能。

Qiu 等［29］證明了蝦青素可通過清除自由基對缺血再灌注誘導(dǎo)的急性腎損傷小鼠進(jìn)行有效保護(hù)，它主要通過Nrf2 信號通路降低腎組織的氧化應(yīng)激和炎癥反應(yīng)。蝦青素預(yù)處理后的腎臟SOD 和丙二醛水平降低，表明蝦青素在缺血再灌注損傷后具有較強(qiáng)的自由基清除活性，可通過清除自由基來緩解腎小管壞死、凋亡和炎癥反應(yīng)，從而保存腎功能和腎的微結(jié)構(gòu)。

3.肝臟保護(hù)作用

Yang 等［30］注意到，雄性肥胖小鼠補(bǔ)充蝦青素12 周后，肝臟中的Nrf2 及抗氧化酶（如SOD 和GPx）的轉(zhuǎn)錄水平升高，從而提高了肝臟內(nèi)源性抗氧化基因表達(dá)。從載脂蛋白E敲除小鼠2/2的研究中發(fā)現(xiàn)，蝦青素可以通過增加Nrf2及其目標(biāo)抗氧化基因的表達(dá)來減輕肝臟中的氧化應(yīng)激［31］。

El-Baz 等［32］研究了富含蝦青素的雨生紅球藻對D-半乳糖（D-galactose，D-Gal）致衰老大鼠肝臟的改善作用。注射D-Gal［200 mg/（kg·d）］后，肝臟氧化應(yīng)激標(biāo)志物CAT、GST 和髓過氧化物酶（myeloperoxidase，MPO）水平均升高，Nrf2 表達(dá)水平降低。同時(shí)，D-Gal 通過誘導(dǎo)核因子κB 增加炎癥細(xì)胞因子（如白細(xì)胞介素6）水平。蝦青素可通過刺激Nrf2/Keap 信號通路，恢復(fù)CAT、GST、MPO 水平，降低白細(xì)胞介素6、誘導(dǎo)核因子κB 水平，從而改善D-Gal 誘導(dǎo)大鼠衰老相關(guān)的肝臟變化，具有良好的抗衰老作用。

4.心血管保護(hù)作用

Xue 等［33］證明了蝦青素可降低冠狀動脈微栓塞誘導(dǎo)的心功能障礙、心肌梗死的發(fā)生及心肌細(xì)胞凋亡。蝦青素通過重新激活Nrf2/HO-1 信號通路抑制冠狀動脈微栓塞誘導(dǎo)的氧化應(yīng)激，而HO-1抑制劑鋅原卟啉Ⅸ完全消除了蝦青素在CEM 中的益處，表明了蝦青素通過Nrf2/HO-1 通路抑制氧化應(yīng)激調(diào)節(jié)大鼠冠狀動脈微栓塞后的心肌細(xì)胞凋亡，從而改善心臟功能障礙。有研究顯示，蝦青素通過線粒體介導(dǎo)的凋亡和Nrf2 通路的激活，對赭曲霉毒素A（ochratoxin A，OTA）誘導(dǎo)的心肌損傷具有保護(hù)作用［34］。OTA 組小鼠心肌Keap1蛋白表達(dá)增加，心肌組織中總Nrf2和HO-1蛋白表達(dá)減少。因此，OTA 抑制Keap-1/Nrf2 通路的激活，而蝦青素可上調(diào)心肌組織中總Nrf2 和HO-1 蛋白表達(dá)，降低Keap-1 蛋白表達(dá)，這減少了由OTA 引起的氧化應(yīng)激，從而保護(hù)心臟免受氧化應(yīng)激誘導(dǎo)的心肌細(xì)胞凋亡［34］。

5.肺保護(hù)作用

慢性阻塞性肺?。╟hronic obstructive pulmonary disease，COPD）主要是長期吸入有害氣體（如香煙煙霧）而引起，香煙煙霧含有許多有害物質(zhì)，如氧化劑（自由基、過氧化氫等）。根據(jù)相關(guān)研究表明，COPD的病因是氧化-抗氧化失衡和蛋白酶-抗蛋白酶失衡所致，其中，氧化應(yīng)激是COPD 發(fā)病的重要因素［35-36］。Kubo 等［37］研究表明，在COPD 小鼠模型中，攝入蝦青素可通過激活肺內(nèi)Nrf2-ARE 信號通路，引起Nrf2 及HO-1 的表達(dá)水平升高，還可減少支氣管肺泡灌洗液炎癥細(xì)胞數(shù)量，改善肺氣腫。因此，針對激活Nrf2-ARE 通路的治療，使用蝦青素可能是減輕COPD 發(fā)病機(jī)制中氧化應(yīng)激一種新的預(yù)防和治療策略。

6.神經(jīng)保護(hù)作用

蝦青素可以減輕大鼠腦損傷，從而起到保護(hù)大腦的作用。Zhang等［38］研究表明了在蛛網(wǎng)膜下腔出血模型中，注射蝦青素可明顯減輕蛛網(wǎng)膜下腔出血后的早期腦損傷，通過抑制氧化應(yīng)激，減輕腦水腫及血腦屏障破壞程度，減少神經(jīng)細(xì)胞凋亡，并改善神經(jīng)功能。

Wu 等［39］再次證實(shí)了蝦青素在蛛網(wǎng)膜下腔出血后24 h激活了Nrf2-ARE 通路，上調(diào)Nrf2 蛋白表達(dá)水平，激活抗氧化反應(yīng)基因，從而調(diào)控Ⅱ相解毒酶、抗氧化應(yīng)激酶的表達(dá)，使蛛網(wǎng)膜下腔出血引起的皮質(zhì)氧化損傷減輕，并進(jìn)一步減輕了大鼠早期腦損傷程度。

結(jié)論

綜上所述，Nrf2 信號通路通過減少氧化應(yīng)激和炎癥反應(yīng)，在改善各種疾病進(jìn)展中發(fā)揮了關(guān)鍵作用。靶向Nrf2 信號通路在治療各種疾病中具有潛在的優(yōu)勢，該通路是細(xì)胞抗氧化應(yīng)激的主要調(diào)節(jié)因子，其調(diào)節(jié)了細(xì)胞氧化還原穩(wěn)態(tài)以及細(xì)胞解毒相關(guān)的基因表達(dá)。

蝦青素是一種天然存在的β-胡蘿卜素，因具有強(qiáng)大的抗氧化活性而聞名，具有抗氧化、抗炎、神經(jīng)保護(hù)等多種生物活性作用。其中，蝦青素主要通過激活Nrf2 信號通路來發(fā)揮其強(qiáng)大的抗氧化及抗炎作用。本文綜述了蝦青素激活Nrf2 通路的作用機(jī)制及其在各種疾病中的保護(hù)作用，但仍沒有具體數(shù)據(jù)表明蝦青素可以在人體體內(nèi)通過調(diào)節(jié)Nrf2信號通路來發(fā)揮作用，這需要我們進(jìn)一步去研究和探討。根據(jù)以往在動物模型的研究數(shù)據(jù)表明，Nrf2 信號通路很有可能作為蝦青素治療各種疾病的新靶點(diǎn)，蝦青素可能成為一種有前途的治療藥物，通過其抗氧化應(yīng)激及抗炎在各種疾病中發(fā)揮作用［3-5］。而這就需要我們設(shè)計(jì)更多良好的臨床試驗(yàn)來研究蝦青素是否可以在人體體內(nèi)通過調(diào)節(jié)Nrf2信號通路來發(fā)揮作用，并對以過度氧化應(yīng)激和炎癥為特征的疾病具有一定治療作用。

作者貢獻(xiàn)聲明商冠華：醞釀和設(shè)計(jì)試驗(yàn)，實(shí)施研究，采集數(shù)據(jù)，分析/解釋數(shù)據(jù)，起草文章；田春梅：對文章的知識性內(nèi)容作批評性審閱，獲取研究經(jīng)費(fèi)，行政、技術(shù)或材料支持，指導(dǎo)，支持性貢獻(xiàn)