综述：Nrf家族及其心脏保护潜力：机制、功能与治疗前景

　　本综述系统阐述了核因子E2相关因子（Nrf）家族成员在心血管系统中的分子机制与治疗潜力。作为CNC-bZIP转录因子家族的关键组成部分，Nrf家族（包括Nrf-2/NFE2L2、Nrf-1/NFE2L1和Nrf-3/NFE2L3）通过调控抗氧化反应元件（ARE）依赖的基因表达网络，在维持氧化还原稳态、调节炎症反应、改善线粒体功能及调控程序性细胞死亡（凋亡、自噬和焦亡）中发挥核心作用。文章深入探讨了Nrf成员在心肌缺血再灌注损伤、动脉粥样硬化、心力衰竭等主要心血管病理过程中的调控功能，并基于最新进展讨论了靶向Nrf通路的创新治疗策略（包括药理激活剂、基因/表观遗传疗法、组合方案及生活方式干预），为心血管疾病精准医疗提供理论框架和新视角。

　　

Nrf家族概述

核因子E2相关因子（Nrf）家族属于CNC-bZIP转录激活因子家族，主要包括Nrf-2（NFE2L2）、Nrf-1（NFE2L1）和Nrf-3（NFE2L3）三个成员。这些成员具有结构相似性，均包含特定的功能域，如Neh1-7等。在细胞质中，Nrf家族成员与Keap1结合并保持惰性状态；在氧化应激等应激条件下，它们与Keap1解耦，转位入核，与Maf蛋白形成异源二聚体，结合抗氧化反应元件（ARE），激活抗氧化基因和II相解毒酶的表达，从而发挥抗氧化应激和抗炎作用。

Nrf-2的结构与功能

Nrf-2蛋白由七个进化保守的Neh功能域（Neh1-Neh7）组成。Neh1作为bZIP模块，介导Nrf-2与sMaf等蛋白形成异源二聚体，特异性识别DNA上的ARE（5’-TGACnnnGC-3’），启动下游基因转录。Neh2通过DLG和ETGE基序与Keap1的Kelch结构域结合，参与Keap1依赖的泛素化降解途径调控。Neh3-5共同构成转录激活模块（TAD）：Neh3通过招募p300/CBP等组蛋白乙酰转移酶促进染色质开放，而Neh4/5与CDK9/BRG1复合物相互作用，驱动RNA聚合酶II磷酸化和转录延伸。Neh6/7则作为负调控域，其中的DSGIS基序可被β-TrCP/CUL1泛素连接酶复合物识别，介导磷酸化依赖的蛋白酶体降解，从而在非氧化应激条件下限制Nrf-2活性。

Nrf-2的动态调控涉及多层级分子网络，包括泛素化降解、激酶磷酸化、表观遗传修饰及非编码RNA调控。在生理稳态下，Nrf-2活性受Keap1-CUL3 E3泛素连接酶复合物严格调控，通过Keap1-Nrf-2-CUL3三元复合物（1:2结合模式）快速降解（半衰期约20分钟）。在病理条件下，氧化应激通过激酶级联反应动态调控Nrf-2的核质穿梭和稳定性：PKCδ通过磷酸化Nrf-2的Ser40位点促进其与Keap1解离并增强核转位效率；MAPK家族（ERK/JNK/p38）通过磷酸化Ser558位点稳定Nrf-2的核定位信号（NLS）；内质网应激激活的PERK通过磷酸化Neh5域协同增强其转录活性。相反，GSK-3β通过磷酸化Neh6域（Ser334/Ser338/Ser342）招募β-TrCP E3连接酶复合物，驱动Nrf-2的蛋白酶体降解，形成负反馈调控机制。

自噬-溶酶体途径通过p62/SQSTM1的KIR结构域竞争性结合Keap1，形成p62-Keap1-Nrf-2三元复合物，促进Keap1通过LC3-II标记的自噬体降解，从而释放Nrf-2入核。表观遗传层面，DNMT1介导的Nrf-2启动子区CpG岛高甲基化抑制其转录，而ARE区组蛋白活性修饰（如H3K4me3和H3K27ac）的富集增强其转录活性。microRNA网络通过miR-27a/miR-144/miR-34a靶向Nrf-2 mRNA的3’UTR实现转录后调控，而氧化应激通过下调miR-200a解除对Keap1 mRNA的抑制。在核内，CRIF1通过结合Nrf-2的Neh4/Neh5域抑制其与ARE结合，而BACH1竞争性占据ARE位点，与Nrf-2形成动态拮抗平衡。

在心血管系统中，Nrf-2通过多靶点协同机制发挥保护作用：激活HO-1、NQO1、GCLC/GCLM、GPX4等抗氧化酶，维持GSH池和SLC7A11表达，减轻缺血再灌注损伤中的氧化爆发和铁死亡；抑制NF-κB信号通路核转位和NLRP3炎症小体组装，下调IL-6、TNF-α等促炎因子分泌，同时阻断TGF-β/Smad3通路抑制心脏成纤维细胞活化和胶原沉积；通过PGC-1α依赖通路上调TFAM、NDUFV1等线粒体生物合成相关基因，促进p62-Keap1-Nrf-2正反馈环驱动的线粒体自噬，协调糖酵解（GLUT1、HK2）和脂肪酸氧化（CPT1A、ACADL）的代谢重编程以满足能量需求；通过eNOS/NO轴增强血管内皮功能，抑制VCAM-1/ICAM-1表达，减少单核细胞浸润和动脉粥样硬化斑块形成。

尽管Nrf-2激动剂（如萝卜硫素和CDDO-Me）在临床前研究中显示出显著的心脏保护潜力，但其转化应用仍面临双重效应的挑战：Nrf-2的慢性激活可能通过Warburg效应样代谢重编程促进肿瘤进展，且其与IRF1/GPX4、PI3K/Akt、Wnt/β-catenin等通路的交叉调控可能导致脱靶效应。当前研究聚焦于开发心肌靶向纳米递送系统以实现组织特异性激活，并探索Nrf-2/NF-κB双通路抑制剂等组合策略以优化治疗窗口。

Nrf-1的结构与功能

Nrf-1（NFE2L1）作为CNC-bZIP转录因子家族的重要成员，虽与Nrf-2具有结构同源性，但其亚细胞定位、激活机制和生物学功能表现出显著特异性。Nrf-1以跨膜蛋白形式锚定于内质网膜，其N端含疏水信号肽和糖基化修饰位点，C端保留保守的bZIP结构域（Neh1）。Nrf-1活性的调控不依赖Keap1介导的泛素化降解，而是通过内质网相关降解（ERAD）途径实现动态平衡：在内质网应激条件下，Nrf-1前体（p120）经蛋白酶体加工生成成熟形式（p95/p85），后者转位入核，通过Neh1域与MafG/K蛋白形成异源二聚体，结合靶基因启动子区的ARE或GC盒（5’-GCTGAGTCAT-3’），激活线粒体生物合成、氧化磷酸化和脂质代谢相关基因的转录。

Nrf-1的功能域组织包含多个调控模块：N端跨膜域不仅介导内质网定位，还参与ERAD途径的蛋白酶体加工；中央区含NLS和糖基化修饰位点（Asn-152/Asn-189），后者通过调节蛋白稳定性影响核转位效率；除负责DNA结合外，C端bZIP域（Neh1）还通过磷酸化修饰（如Ser-508/Ser-601）调控转录活性。值得注意的是，Nrf-1存在多种剪接异构体（如Nrf-1α、Nrf-1β），这些异构体的组织特异性表达和功能差异可能解释其在心脏中的独特作用。

Nrf-1在新生小鼠心脏再生过程中起关键作用：心脏损伤后，心肌细胞进入细胞周期，此时Nrf-1与核转录因子Y亚基α协同作用，分别执行保护和促进增殖功能。在成熟小鼠的非再生心脏中，Nrf-1过表达可通过上调ERAD通路相关基因，有效保护心脏免受缺血损伤和多柔比星诱导的心肌细胞毒性。在血管疾病中，Nrf-1的病理生理意义具有双面性：在成人中，Nrf-1过表达可能加剧动脉粥样硬化，但也可预防或减轻心肌缺血再灌注损伤。具体而言，研究证实，在脂多糖处理的小鼠模型中，Nrf-1通过JNK信号通路负调控TRIM59的转录加工，可能促进炎症和动脉粥样硬化进展；相反，在心肌缺血再灌注损伤中，Nrf-1通过诱导双重应激反应（抑制蛋白酶体应激和维持氧化还原平衡）对心肌细胞发挥保护功能。

在心血管系统中，Nrf-1通过多层级网络维持线粒体稳态和能量代谢：直接调控PGC-1α、NRF-1、TFAM等基因，驱动线粒体DNA复制、ETC复合物组装和OXPHOS；通过激活CPT1A、ACADL等脂肪酸氧化酶，抑制心肌细胞内脂质积累和脂毒性；与HIF-1α协同调节糖酵解和OXPHOS之间的代谢转换，维持缺血/再灌注损伤期间的能源供应。

Nrf-3的结构与功能

Nrf-3（NFE2L3）作为CNC-bZIP转录激活因子家族成员，其基础表达水平相对较低，这在一定程度上限制了对其他功能的深入研究。现有研究揭示，Nrf-3可能通过非经典通路在氧化应激调控中发挥关键作用：与Nrf-2不同，Nrf-3不完全依赖Keap1介导的调控机制，而是通过竞争性结合ARE抑制Nrf-2活性，从而建立负反馈调控机制。这一机制使细胞在处理氧化应激时能更精确地调控抗氧化基因表达，并避免过度反应的潜在风险。

在心血管系统中，Nrf-3的功能逐渐受到关注：尤其在巨噬细胞中，Nrf-3被证明能抑制脂质积累，这一特性对延缓动脉粥样硬化进展具有重要意义。动脉粥样硬化作为一种慢性炎症性疾病，其发生发展与脂质代谢异常、氧化应激和炎症反应密切相关，Nrf-3通过调控脂质代谢相关基因表达减少巨噬细胞内脂质积累，从而有助于缓解动脉粥样硬化的炎症反应和斑块形成。

尽管Nrf-3具有显著的心脏保护潜力，但其临床应用仍面临挑战：例如Nrf-3与癌症代谢重编程的潜在关联需谨慎评估。当前研究致力于开发小分子化合物（尤其是乳香酸衍生物）以特异性靶向Nrf-3并促进其核转位，或设计基因编辑策略（如CRISPR/dCas9系统）以精确调控Nrf-3表达，旨在避免脱靶效应并增强治疗的特异性和有效性。

Nrf家族在心脏健康中的机制

在心脏微环境中，Nrf家族通过时空特异性表达模式协同响应不同病理刺激，其作用机制涵盖分子水平氧化损伤淬灭、炎症微环境重编程、线粒体质量控制的动态调控及程序性细胞死亡的精确平衡。

维持氧化还原稳态

心脏作为高耗氧器官，易受氧化应激损伤。Nrf家族通过特异性调控机制维持氧化还原稳态：Nrf-2通过激活HO-1等II相解毒酶，促进SOD、GPx、CAT等抗氧化物质产生，同时降低MDA、AOPP、NO等氧化物质水平，有效清除ROS和自由基，减轻氧化应激对心肌细胞的损伤。研究表明，在多柔比星处理的小鼠心肌中，Nrf-2通过CaMKII-δ-CARD11-BCL10-MALT1复合物依赖的MALT1激活通路发生k48连锁泛素化修饰，导致其蛋白水平下调，从而加剧心肌氧化应激；而米卡芬净通过抑制MALT1依赖的Nrf-2 k48连锁泛素化保护小鼠心脏免受多柔比星氧化损伤。此外，Nrf-2信号通路通过三重机制介导轻度高同型半胱氨酸血症诱导的心血管氧化应激调控：转录性调节SOD、CAT、GPx重建抗氧化酶系统；抑制心肌中二氯荧光素标记的ROS生成，拮抗促炎因子IL-1β/IL-6与抗炎因子IL-10上调之间的平衡；通过胆碱能通路负调控血清BuChE活性，建立氧化-炎症-胆碱能交互网络。

生姜和姜黄中的脂溶性物质可通过上调Nrf-2缓解热应激所致肝脏和心脏氧化应激并降低血压；环境污染物（如三氧化二砷）则通过抑制Nrf-2通路激活，下调Nrf-2、HO-1、SOD-1等抗氧化基因表达，同时上调Keap1表达，削弱心脏抗氧化能力，导致心脏线粒体功能障碍、氧化应激加剧并触发凋亡通路（表现为Caspase 3、Cyt-C、p53、Bax等凋亡相关基因和蛋白表达上调，Bcl-2表达下调）。芦丁通过调控Nrf-2/NF-κB通路有效预防双酚A和邻苯二甲酸二丁酯暴露所致心脏氧化应激和炎症反应；Sigma 1受体激活通过激活Nrf-2/HO-1信号模块显著改善肺动脉高压模型中的右心室重构和功能障碍；黄葵总提取物通过激活Nrf-2调控NOX4/xCT/GPX4轴介导的氧化还原失衡，缓解辐射诱导的心肌细胞铁死亡。

蜂王浆通过激活Nrf-2/NF-κB和Bcl-2/Bax通路减少心脏组织氧化损伤（表现为MDA水平降低、GSH水平升高，caspase-3、caspase-9、caspase-6、Gsk-3等凋亡相关蛋白表达减少，BDNF蛋白表达增加）；益心复脉颗粒在自然衰老C57BL/6缓慢型病窦综合征模型中通过介导Nrf-2激活，清除ROS促进自身及下游基因HO-1表达，进而激活SHOX2促进小鼠窦房结HCN4表达（该过程依赖Nrf-2/HO-1通路），通过SHOX2/BMP4/GATA4/NKX2-5轴调控CACNA1G改善T型钙通道功能，有效抑制窦房结功能下降和加速心率；SGLT2抑制剂通过模拟热量限制状态激活Nrf-2依赖的能量感知机制，在调控心血管和代谢稳态及减少心血管终点事件方面显示显著潜力。

调节炎症反应

炎症在心血管疾病发病和进展中起关键作用。Nrf-2通过抑制促炎基因表达，有效减少TNF-α、IL等炎症因子产生，发挥显著抗炎效应从而保护心脏免受炎症损伤。机制研究表明，USP13过表达导致Nrf-2水平降低，进而触发细胞凋亡、氧化应激和炎症因子上调表达；而Klotho基因过表达可通过激活Nrf-2和ARE减少心肌梗死后的氧化应激损伤和炎症反应。

天然生物碱胡椒碱通过协同调控Nrf-2/MAPK/NF-κB信号通路对心肌梗死相关炎症反应发挥显著心脏保护作用：该通路激活HIF-1α、VEGF等组织修复相关基因表达，同时调节iNOS和eNOS平衡，促进羟脯氨酸生物合成、增强MMP-2/9活性和I型胶原沉积。甜菜碱具有类似胡椒碱的抗心肌炎症损伤药理特性：通过抑制iNOS/COX-2炎症轴和激活Nrf-2/HO-1/Keap1抗氧化通路，有效对抗氧化应激介导的心肌炎症病理损伤。SQSTM1/p62通过稳定HIF-1α和Nrf-2缓解缺氧诱导的心功能不全。

血红素和帕利夫明通过激活Nrf-2/HO-1和Nrf-2/Keap1信号通路及其正负调控机制，对多柔比星和阿维菌素诱导的心脏毒性产生保护作用：在多柔比星和阿维菌素作用下，心脏呈现毒性表现（心肌酶和MDA水平显著升高，Keap1水平上升趋势，GSR、HO-1、GPX、SOD、CAT等抗氧化基因表达下降，TLR-5、cleaved caspase-3、JAK1、STAT3、NF-κB、TNF-α、CRP、IP-10、IL-1β、MCP-1、IL-6、COX-2等炎症和凋亡相关指标上升趋势伴毒性组织病理学改变）；血红素与多柔比星联用通过激活Nrf-2/HO-1通路显著增强心脏抗氧化能力，并有效抑制TLR-5/NF-κB/TNF-α炎症通路激活，从而剂量依赖性地减轻多柔比星心脏毒性；帕利夫明通过调节相关指标保护心脏组织，其机制同样与Nrf-2/Keap1正反馈调节密切相关，并同时调控JAK1/STAT3和NF-κB通路。

在柯拉维龙作用下，Nrf-2在2型糖尿病患者心脏中发挥抗炎调节功能：Nrf-2表达上调激活下游抗氧化基因SOD-2和促生存通路AKT-1/eNOS，有效增强心脏抗氧化能力并改善血管功能；同时Nrf-2激活抑制NF-κB、PKC-α、ACE、p38 MAPK等促炎/促凋亡通路，显著降低炎症因子水平和氧化应激反应；此外Nrf-2还通过平衡mTOR/P70S60K信号通路精确调节糖脂代谢和细胞生存。厄多司坦作用下Nrf-2/HO-1在挽救心肌坏死中起重要作用，并通过阻断MAPK通路进一步发挥抗炎作用；马西林-1（促消退脂质介质）通过靶向调控巨噬细胞表型极化（抑制LPS诱导的M1极化减少促炎因子分泌，促进M2极化增强抗炎介质表达），同时协同激活Nrf-2/HO-1抗氧化通路，有效抑制氧化应激-炎症级联反应，最终实现心脏保护效应。

改善线粒体功能

Nrf家族成员通过特异性调控机制维持线粒体功能稳态：Nrf-2介导的氧化应激防御网络、Nrf-1调控的线粒体生物合成和代谢重编程以及Nrf-3在病理性线粒体损伤中的双向调节功能。

Nrf-2介导的线粒体保护网络

Nrf-2直接与线粒体膜蛋白PGAM5相互作用调节线粒体未折叠蛋白反应的激活状态，显著改善线粒体呼吸功能从而增强应激条件下心肌细胞能量代谢能力。基于此机制开发的酸响应超分子肽缀合物（ISP）——由Nrf-2激活剂OI和线粒体靶向肽SS31通过可裂解连接子构建，可在心肌缺血/再灌注损伤的酸性微环境中自组装成纳米纤维并通过双重协同机制发挥治疗作用：OI组分通过高亲和力结合Keap1促进Nrf-2释放和激活，SS31肽定向修复线粒体功能，共同恢复氧化还原稳态并减轻心肌损伤。

最新研究表明Nrf-2通过多维调控机制在维持线粒体功能稳态中起核心作用：分子调控层面，Nrf-2经USP7介导的Keap1泛素化降解通路激活核转位后，通过重构铁代谢网络（下调GPX4、上调PTGS2和ACSL4）有效遏制线粒体铁超载和脂质过氧化过程，显著减轻铁死亡诱导的心肌梗死病理损伤；AMPK/Nrf-2/HO-1信号轴激活可显著增强GPX、CAT、SOD等抗氧化酶系统活性，从而特异性拮抗1-硝基芘等环境毒素触发的线粒体氧化损伤和凋亡级联反应；丁酸盐和消退素D1通过靶向激活Nrf-2信号通路不仅修复氧化应激所致心肌细胞线粒体电子传递链功能障碍，还通过协调内质网-线粒体偶联机制缓解未折叠蛋白反应，为心肌保护提供新分子干预策略。

粪便微生物移植通过肠-心轴调控Nrf-2依赖的线粒体动态平衡（包括线粒体分裂因子DRP1磷酸化修饰和融合蛋白OPA1亚细胞定位），在改善线粒体嵴结构完整性的同时显著降低心肌毒性损伤敏感性；电针预处理介导的磷酸化激活通过Nrf-2与AMPK信号通路协同抑制DRP1依赖的过度线粒体分裂，显著改善线粒体形态和功能从而减轻心肌缺血再灌注损伤；天然活性成分淫羊藿苷通过靶向激活SIRT1-Nrf-2-HO-1轴下调铁死亡关键驱动因子ACSL4和p53表达，上调GPX4和FTH1表达，重塑线粒体铁代谢稳态并阻断PUFA过氧化过程，最终逆转乙醇诱导的线粒体嵴结构解体、呼吸链功能障碍和心房电重构病理表型，凸显Nrf-2信号网络在拮抗铁死亡和维持心肌稳态中的核心作用；法尼醇X受体激动剂奥贝胆酸通过激活Nrf-2介导的线粒体质量控制系统抑制ERK1/2-DRP1信号轴过度激活阻止病理性线粒体分裂，同时上调呼吸链复合物I亚基表达并减少线粒体Cyt-C泄漏，最终改善线粒体氧化磷酸化效率和能量代谢稳态。

Nrf-1驱动的线粒体生物合成与代谢调控

毛蕊花苷通过激活Nrf-1促进线粒体生物合成，从而减轻雷公藤甲素诱导的心脏毒性；Nrf-2/Nrf-1信号串扰可增强毛蕊花素的解毒效应并进一步促进线粒体生物合成（该过程涉及Nrf-2-Keap1-PGC1α轴调控，并与F-肌动蛋白解聚和ATP产量增加密切相关）。恩格列净的心脏保护机制具多维调控特征：不仅通过激活Nrf-2建立全身抗氧化防御屏障，还通过PGC-1α/Nrf-1信号轴显著增强线粒体生物合成和呼吸链效率，这种双重效应通过优化线粒体氧化磷酸化效率改善心肌电活动稳定性，从而抑制心律失常发生。

深入研究显示Nrf-1在调控线粒体稳态中具有独立于Nrf-2的核心功能：间歇性冷暴露条件下Nrf-1上调显著增强线粒体抗氧化防御和代谢能力（具体表现为心肌组织锰SOD和SDH活性和表达增强）；同时Nrf-1促进线粒体生物合成导致线粒体DNA拷贝数显著增加，并上调其上游调控因子PGC-1α和TFAM表达；间歇性冷暴露还增加心脏线粒体中sirtuin 3水平并降低总蛋白赖氨酸乙酰化程度，提示sirtuin活性增强与Nrf-1调控作用密切相关；PKA通过有效抑制PGC-1α和Nrf-1产生（尤其凸显Nrf-1在表达调控中的关键地位）进一步证实其在调节线粒体生物合成和功能中的核心作用。

Nrf-3在病理性线粒体损伤中的作用

最新研究表明Nrf-3通过调控线粒体超氧化物水平抑制Pitx2，从而促进心肌细胞凋亡导致心功能不全。研究证实Nrf-3作为调控线粒体ROS的关键分子，在心肌梗死后通过抑制Pitx2转录表达显著增加线粒体ROS产生和心肌细胞凋亡率，这不仅增加急性期死亡率还加剧心室重构过程。

临床样本分析显示心肌梗死患者病变区域Nrf-3表达显著上调；新华医院与伦敦玛丽女王大学的合作研究通过人心肌单细胞转录组数据