《Toxicology and Applied Pharmacology》：Acute exercise activates hepatic Nrf2 signaling by ROS, AMPK and epinephrine to protect against acute liver injuries
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运动通过激活肝Nrf2/ARE信号通路减轻急性肝损伤，其机制涉及ROS和AMPKα2信号，以及运动诱导的肾上腺素升高。
杨思敏|赵 ranting|雷莉|安向波|徐江丽|徐涵|王佳慧|肖涵|张友义|杨晓达|余思旺
中国北京北京大学药学院分子与细胞药理学系，天然与仿生药物国家重点实验室
摘要
虽然运动已被证实是预防非酒精性脂肪肝疾病的有效策略，但其对急性肝损伤（ALI）的作用仍不明确。核因子红系2相关因子2（Nrf2）作为抗氧化应答元件（ARE）依赖性基因表达的主要调节因子，在肝脏疾病的发生机制中起着重要作用，其中氧化应激在慢性进展和急性损伤中都起着重要作用。本研究探讨了运动是否通过Nrf2信号通路发挥保护作用，并阐明了其背后的分子机制。我们发现，急性跑步机运动能够根据时间和强度激活小鼠的肝Nrf2信号通路，从而显著保护小鼠免受酒精、对乙酰氨基酚或四氯化碳引起的ALI。相反，在Nrf2缺乏的小鼠中，运动不仅不能提供保护，反而会加剧ALI。此外，通过使用抗氧化剂Trolox和AMPKα2敲除小鼠，我们证明运动主要通过ROS和AMPK信号通路激活肝Nrf2。我们还发现，运动诱导的肾上腺素升高是激活肝Nrf2的新机制。总之，本研究证明运动通过激活肝Nrf2/ARE信号通路来保护肝脏免受ALI的侵害，并阐明了相关的分子机制，为基于运动的治疗干预提供了科学依据。
引言
肝脏是全身代谢的中心枢纽，负责能量平衡和II相生物转化。肝脏能量代谢的紊乱是肝脏疾病的主要驱动因素，尤其是非酒精性脂肪肝疾病（NAFLD），该疾病已成为全球最常见的肝脏疾病（Kounatidis等人，2024年）。除了能量调节外，肝脏还是II相代谢的主要器官，负责解毒多种外源物质。因此，肝脏极易受到化学物质和药物引起的损伤，四氯化碳（CCl4）和对乙酰氨基酚（APAP）是急性肝损伤（ALI）中最常研究的两种例子。此外，作为酒精代谢的主要场所，肝脏也容易因过量饮酒而受到严重损伤。
ALI是一个全球性的临床挑战。其复杂的发病机制阻碍了有效治疗策略的开发。ALI会加速肝脏老化，在某些情况下会发展为急性肝衰竭，这是一种危及生命的疾病，死亡率接近80%（He等人，2024年）。最近，运动被证明是一种有希望的干预措施，可以减轻各种形式的肝脏损伤。越来越多的证据支持使用运动来管理酒精使用障碍（Hallgren等人，2017年），并且鉴于缺乏批准的药物治疗方法，运动仍然是NAFLD最重要的生活方式干预措施和治疗基石（Savari和Mard，2024年）。尽管流行病学和实验数据证实运动对慢性肝脏疾病具有保护作用（Berzigotti等人，2016年），但其对ALI的有效性尚未得到充分研究，其背后的分子机制也尚未完全阐明。
氧化应激是各种ALI的常见病理机制。在酒精性肝损伤中，乙醇代谢过程中产生的ROS和乙醛是主要的细胞毒性物质（McDonough，2003年）；而在化学物质和药物引起的ALI中，ROS也是组织损伤的关键介质（Unsal等人，2021年；Thor等人，1982年）。核因子红系2相关因子2（Nrf2）是一种对氧化还原敏感的转录因子，可驱动抗氧化和解毒基因的表达，对维持细胞氧化还原平衡起着关键作用（Hayes和Dinkova-Kostova，2014年）。在基础状态下，Nrf2主要受到Kelch样ECH相关蛋白1（Keap1）介导的泛素化和蛋白酶体降解的负调控。在氧化应激或亲电应激下，Keap1的特定半胱氨酸残基被ROS修饰，Nrf2被释放并激活（Suzuki等人，2023年），随后Nrf2转移到细胞核中，促进许多I相和II相药物代谢酶的转录以及谷胱甘肽的生物合成（Higgins等人，2009年；Bathish等人，2022年）。鉴于Nrf2在调节肝脏抗氧化反应和药物代谢中的核心作用，它成为ALI的一个有前景的治疗靶点（Liu等人，2013年）。事实上，药理学或基因手段激活Nrf2已被证明可以保护肝脏免受多种肝毒素的损害，包括各种药物（Edwards等人，2024年；Emad等人，2024年；Laddha等人，2024年）、四氯化碳（Lee等人，2015年；Zhang等人，2024年）和酒精（Zhou等人，2022年）。
运动诱导的Nrf2激活在多种器官和组织中都有研究，如骨骼肌、心肌、肾实质和外周血单核细胞，它可以带来诸如抗衰老、肾脏保护、神经保护和肌肉修复等健康益处（Abreu等人，2017年；Kitaoka，2021年；Pei等人，2021年）。尽管Nrf2被认为是运动益处的关键介质，但其通过运动激活的分子机制仍不完全清楚，其中运动诱导的氧化应激是最常被提及但难以捉摸的机制（Done和Traustadottir，2016年；Kitaoka，2021年）。在肝脏背景下，已有研究表明有氧运动可以减轻肝脏损伤和炎症（Zhang等人，2021年；Sun等人，2023年；Zhang等人，2025年）。然而，急性运动对肝Nrf2信号通路的影响及其背后的机制尚未得到研究。同时，急性运动对ALI的保护作用也尚未明确。为了解决这些空白，本研究评估了急性跑步机运动对小鼠肝Nrf2信号通路的激活作用，评估了其对多种肝毒素诱导的ALI的保护效果，并阐明了其背后的分子机制。
动物
所有动物实验均按照北京大学动物实验委员会（IACUC）的指南进行，批准号为LA2020275。Nrf2缺乏（Nrf2?/?）的雄性小鼠由邓迪大学的JD Hayes博士提供。AMPKα2缺乏（AMPKα2?/?）的雄性小鼠由北京大学第三医院的张友义教授提供。C57BL/6J雄性小鼠（Vital River Laboratory Animal, Inc.，北京，中国），Nrf2?/?
运动应激激活小鼠肝脏中的Nrf2/ARE信号通路
为了研究运动对小鼠肝Nrf2信号通路的影响，我们建立了跑步机运动模型。首先，我们检测了不同运动强度下肝组织中Nrf2的激活情况。结果显示，中等强度的跑步机运动（9 m/min）显著激活了肝Nrf2，而高强度的耗尽性运动则抑制了其活性（图A.1）。基于这些发现，我们选择了
讨论
运动可以定义为一种影响细胞稳态的生理应激。运动过程中消耗大量氧气，骨骼肌的氧气流量比静息状态高出近100倍。这种氧气流量的增加自然会导致ROS的生成增加（Radak等人，2013年）。Davies等人发现，运动后肌肉和肝脏中的自由基（R'）浓度增加了两到三倍
资助
本研究得到了国家重点研发计划（编号2023YFA0914103）、国家自然科学基金（NSFC，81472657）和北京市教育委员会科技计划重点项目（KM202210017011）的支持。
CRediT作者贡献声明
杨思敏：撰写 – 原稿撰写、研究设计、数据分析、概念构建。赵 ranting：数据可视化、验证、研究设计、数据管理。雷莉：方法学设计、研究实施。安向波：方法学设计、研究实施。徐江丽：数据验证、数据分析。徐涵：数据可视化、验证。王佳慧：数据可视化、验证。肖涵：方法学设计、数据管理。张友义：资源协调、项目管理。杨晓达：资源协调、项目支持。
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文所述的研究。
致谢
我们感谢Yu实验室的所有成员在这项研究中的热心帮助。我们也感谢北京体育大学的张英教授及其团队的宝贵支持。所有作者都对本文的撰写做出了贡献，并同意了提交的版本。
