综述:针对Nrf2/HO-1通路:一种治疗阿尔茨海默病中调控性细胞死亡的方法

《Ageing Research Reviews》:Targeting the Nrf2/HO-1 aixs: a therapeutic strategy against regulated cell death in Alzheimer’s disease

【字体: 时间:2026年01月29日 来源:Ageing Research Reviews 12.4

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  阿尔茨海默病(AD)的病理机制涉及Aβ沉积、tau蛋白磷酸化、神经炎症及细胞死亡途径失调,其核心与年龄相关氧化应激和铁代谢失衡密切相关。Nrf2/HO-1信号通路通过调控抗氧化防御、铁代谢、抑制炎症及改善自噬功能,成为对抗AD多病理环节的关键靶点,其激活可有效抑制铁依赖性细胞死亡(ferroptosis)及炎症级联反应,为AD多靶治疗提供新策略。

  
王志吉|冯文新|李晓华|李霞|吴双|杜丽达|王宏权
内蒙古医科大学第五临床医学院呼和浩特第一医院神经内科,中国呼和浩特010030

摘要

阿尔茨海默病(AD)是一种与年龄相关的进行性神经退行性疾病,其特征是β-淀粉样蛋白(Aβ)斑块的沉积、过度磷酸化的tau蛋白形成的神经纤维缠结、慢性神经炎症以及多种调控细胞死亡途径的紊乱。衰老作为AD的主要风险因素,伴随着氧化应激的积累,而氧化应激是AD发病机制的关键因素,并与多种细胞死亡方式的激活密切相关,包括铁死亡(ferroptosis)、焦亡(pyroptosis)、凋亡(apoptosis)和自噬-内质网应激(autophagy-endoplasmic reticulum stress)。转录因子核因子红细胞2相关因子2(Nrf2)作为细胞氧化还原稳态的主要调节器。通过结合抗氧化应答元件(ARE),Nrf2调控一系列细胞保护基因的转录激活,包括血红素加氧酶-1(HO-1)。Nrf2/HO-1信号通路的激活不仅增强了细胞的抗氧化防御能力,还关键地调节了铁代谢,抑制了炎症级联反应,减轻了内质网应激,并调节了自噬和凋亡过程。本综述阐明了AD中不同细胞死亡方式之间的相互作用及其与年龄相关氧化应激的关联,全面分析了Nrf2/HO-1通路在对抗铁死亡、焦亡、凋亡和自噬-内质网应激紊乱中的神经保护机制。此外,我们还讨论了使用各种生物活性化合物对这一通路进行药物干预的治疗潜力,特别是针对衰老背景下的多靶点干预策略。

引言

AD是最常见的痴呆症类型,在全球老龄化社会中构成了一个严重且日益加剧的公共卫生危机。几十年来,理解和治疗AD的主要理论是淀粉样蛋白级联假说,该假说认为Aβ肽的积累是导致AD的中心性致病事件(Amakiri等人,2019;P. H. Reddy,2005)。尽管这一理论具有重要意义,但针对Aβ的临床试验多次失败,未能阻止认知能力下降,这迫使我们重新审视这一观点。现在越来越认为AD不是一种单一的、线性的疾病,而是一种复杂的、多因素引起的老年大脑疾病,与衰老的基本生物学过程紧密相关(De Strooper & Karran,2016;P. H. Reddy,2005;Sehar等人,2022)。衰老无疑是AD的最大风险因素,这种疾病可以被视为大脑衰老的加速或适应性不良的表现。
衰老过程导致了一个脆弱的生物学环境,其特征是基因组不稳定、线粒体功能障碍、蛋白质稳态受损、细胞衰老以及慢性低度炎症,通常称为“炎症老化”。这种环境不仅促进了典型的AD病理学特征——Aβ斑块和过度磷酸化的tau(p-tau)形成的神经纤维缠结的出现,还决定了这些病理的毒性(Pradeepkiran, Baig, Islam等人,2024;Rajmohan & Reddy,2017)。与年龄相关的蛋白质稳态丧失、伴随分泌表型的细胞衰老(SASP)、血管衰老以及血脑屏障功能障碍共同为AD创造了易感的基础。这些衰老的标志不仅降低了神经元的固有韧性,还直接促进了Aβ和tau病理的积累和毒性,同时加剧了神经炎症。因此,有效的AD治疗策略必须基于纠正这些与衰老相关的紊乱(Kritsilis等人,2018;Musi等人,2018)。在这种年龄相关受损的环境中,神经元和胶质细胞面临着多种压力,这些压力共同激活了不同的、但相互关联的调控细胞死亡(RCD)途径。这些RCD方式远非被动的结果,而是神经退行的主动驱动因素,导致突触丧失、神经元死亡和认知缺陷的不断进展。
其中,铁死亡是一种依赖于铁的RCD形式,由致命的脂质过氧化驱动,在AD中起到了连接大脑铁积累、氧化应激和神经退行的关键作用(Alrouji等人,2024;P. Lei等人,2025;Nguyen等人,2025;Y. Wang, Wu等人,2023)。与年龄相关的铁稳态紊乱,加上神经炎症的加剧,促进了Fenton反应,产生活性氧(ROS),这些ROS会过氧化神经元膜中的多不饱和脂肪酸,导致膜破裂和细胞死亡。关键的防御系统,如谷胱甘肽/GPX4通路,在AD中常常受损,增加了神经元对铁死亡的敏感性(Tuo等人,2026;Y. Wang, Wu等人,2023)。同时,经典的程序性细胞死亡——凋亡,在AD中通过内在(线粒体)和外在(死亡受体)途径被广泛激活(Kumari等人,2023)。氧化应激、Aβ寡聚体和p-tau诱导线粒体外膜通透性增加、细胞色素c释放和caspase激活,执行有序的细胞破坏。此外,高度炎症性的焦亡在AD发病机制中也变得突出(K. Wu等人,2023)。像Aβ和p-tau这样的病理聚集体作为损伤相关分子模式(DAMPs),激活小胶质细胞和星形胶质细胞中的模式识别受体和NLRP3炎性体(H. Ma等人,2025),导致caspase-1介导的gasdermin D(GSDMD)切割,形成质膜孔,导致溶细胞死亡和强效促炎细胞因子(如IL-1β、IL-18)的释放,从而形成焦亡和神经炎症的恶性循环。最后,自噬这一重要的细胞清除途径的紊乱也起着双重作用(P. H. Reddy & Oliver,2019)。虽然功能性自噬对于降解Aβ和p-tau至关重要,但其功能障碍——在衰老和AD中很常见——会导致这些蛋白质和受损细胞器(如线粒体)的毒性积累(Z. Deng等人,2022;Singh等人,2026;Z. Zhang等人,2021)。这种自噬失败不仅直接促进了病理过程,还加剧了氧化应激和炎症,使细胞更容易受到其他RCD方式的影响。
衰老、氧化应激、神经炎症与这些多样的RCD途径之间的相互作用突显了AD发病机制的复杂性。这种复杂性也突显了单一靶点治疗方法的局限性。因此,迫切需要能够同时增强细胞对多种病理损伤的内源性防御机制的策略。在这方面,转录因子核因子红细胞2相关因子2(Nrf2)及其下游靶标血红素加氧酶-1(HO-1)已成为一个极其重要的主要调节轴(George等人,2022;Scheltens等人,2021)。
Nrf2/HO-1通路在维持细胞氧化还原稳态和整合应激反应中起着核心作用(George等人,2022)。在基础条件下,Nrf2被其抑制剂Keap1隔离在细胞质中,并通过泛素介导的降解途径被清除。在氧化或亲电应激下,Nrf2稳定下来,转移到细胞核中,并结合抗氧化应答元件(ARE),驱动一系列细胞保护基因的转录。HO-1是由Nrf2诱导的关键酶,它催化前氧化剂血红素降解为胆绿素(随后转化为胆红素)、一氧化碳(CO)和游离铁,这些产物共同发挥强大的抗氧化、抗炎、抗凋亡和细胞保护作用。Nrf2/HO-1通路的激活通过上调谷胱甘肽合成、清除ROS、抑制促炎信号(如NF-κB)、调节铁代谢以及促进受损蛋白质和细胞器的清除来增强细胞的韧性。
值得注意的是,Nrf2/HO-1通路的活性在衰老的大脑和AD中通常会减弱,使得神经元更容易受到导致铁死亡、凋亡、焦亡和自噬功能障碍的压力。因此,药理激活这一内源性防御系统是一种非常有前景的多靶点治疗策略。越来越多的临床前证据表明,各种天然化合物(如黄酮类、萜类、多酚)、合成分子(如二甲基富马酸)和其他物质可以激活Nrf2/HO-1通路(Adi Pradeepkiran等人,2019;Ogunmokun等人,2021;A. P. Reddy & Reddy,2017;Y. Wang, Lv等人,2023;K. Yang等人,2023)。这种激活已被证明可以在AD模型中提供神经保护,通过同时抑制脂质过氧化和铁死亡、阻断NLRP3炎性体激活和焦亡以及恢复功能性自噬来实现。
本综述旨在全面阐述铁死亡、凋亡、焦亡和自噬紊乱在AD发病机制中的复杂作用,特别强调它们与年龄相关氧化应激的相互作用。随后,我们将详细分析Nrf2/HO-1信号通路作为细胞防御的核心调节器,阐明其在对抗这些有害过程中的具体机制。最后,我们将综合当前的药物干预措施——分类和讨论各种生物活性化合物和药物——这些药物主要通过激活Nrf2/HO-1通路来发挥其对AD的治疗效果,从而突出在这种毁灭性疾病中的多靶点神经保护策略。

节选内容

磷脂过氧化和铁稳态

铁死亡被定义为一种依赖于铁的非凋亡性调控细胞死亡,其特征是脂质ROS的致命积累(图2)。这一定义最初由Dixon等人在2012年发表于《Cell》的研究中提出,他们发现了依赖于细胞内铁的erastin诱导的非凋亡性细胞死亡,这种死亡不同于凋亡、坏死和自噬(Dixon等人,2012)。铁死亡的特征是磷脂的铁依赖性积累

Nrf2/HO-1通路的核心机制

在探讨AD(一种神经退行性疾病)的发病机制时,作为细胞防御系统的核心调节因子,Nrf2的作用越来越受到重视。Nrf2越来越多地被认为与AD和其他神经退行性疾病的发病机制有关。作为一种关键的转录因子,Nrf2调控一系列生理过程,包括细胞内抗氧化反应、解毒、线粒体质量控制以及抗炎作用的维持

抑制铁死亡

HO-1催化血红素降解为一氧化碳(CO)、亚铁(Fe2?)和胆绿素。在这些代谢物中,CO已被证明通过激活可溶性鸟苷酸环化酶(sGC)/环状鸟苷单磷酸(cGMP)信号通路发挥直接的抗铁死亡作用。这种CO介导的信号级联反应抑制了线粒体ROS的生成,从而减少了线粒体来源的脂质过氧化,最终抑制了核心

药理激活Nrf2/HO-1可抑制铁死亡

近年来,铁死亡作为连接AD中氧化应激和神经退行性变化的关键桥梁,因其治疗潜力而受到越来越多的关注(Conrad等人,2016;Toyokuni等人,2017)。为了增强细胞的抗氧化防御能力,通过外源性药物激活Nrf2/HO-1信号通路并特异性抑制铁死亡,已成为当前药物研究的重要方向

结论与未来展望

衰老是AD最显著且不可改变的风险因素,为定义该疾病的多种病理过程创造了有利环境。时间衰老与驱动AD的分子机制之间的相互作用是复杂且双向的,年龄相关的细胞稳态下降加剧了Aβ和tau的毒性,而这些病理蛋白的积累进一步加速了细胞衰老过程。其中心

伦理批准和参与同意

不适用。

未引用的参考文献

(Ali等人,2023;Chang等人,2015;Chen等人,2025;Doll和Conrad,2017;Ellakwa等人,无日期;Feng等人,2025;Guo等人,2021;Hall等人,无日期;Heneka等人,2013a;Huang等人,2018;Jain等人,2010a;Kaku等人,无日期;Kim等人,2011;Lee等人,2018;Lee等人,2014;Li等人,2022;Li等人,2025;Li等人,2020;Li等人,2025;Li等人,2021;Li等人,2022;Li等人,2024;Li等人,2022;Li等人,2023;Li等人,2024;Li等人,2025;Li等人,2019;Li

资助

本研究部分得到了内蒙古自治区自然科学基金(2025MS08029)、ASCH科学基金(YN202503)、呼和浩特市青年人才计划项目(2023003)、呼和浩特市科学技术局应用研究与发展资金(2023-14)、内蒙古自治区卫生健康委员会呼和浩特市公立医院高水平临床专科建设项目(2023SGGZ029)以及其他科技项目的支持

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的可能会影响本文所述工作的竞争性财务利益或个人关系。

致谢

不适用。

作者贡献

ZW和HW设计并构思了这篇综述。ZW和WF撰写了手稿。ZW和HW制作了图表。SW、LD和HW编辑了手稿。XL和XY参与了综述和/或手稿的编辑。所有作者都批准了最终版本的手稿。

出版同意

不适用。

利益冲突

作者没有需要披露的竞争性财务或非财务利益。
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