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        Nrf-2/ARE信號(hào)通路受腫瘤相關(guān)信號(hào)調(diào)控機(jī)制的研究進(jìn)展

        2015-12-20 08:26:16舒文斌綜述曹家慶審校
        中國(guó)腫瘤臨床 2015年13期
        關(guān)鍵詞:氧化應(yīng)激抑制劑調(diào)控

        舒文斌 綜述 曹家慶 審校

        ·綜 述·

        Nrf-2/ARE信號(hào)通路受腫瘤相關(guān)信號(hào)調(diào)控機(jī)制的研究進(jìn)展

        舒文斌 綜述 曹家慶 審校

        Nrf-2/ARE信號(hào)通路除受自身信號(hào)的影響外同時(shí)也受多種腫瘤相關(guān)信號(hào)的影響,本文就多種腫瘤相關(guān)信號(hào)對(duì)Nrf-2/ ARE信號(hào)通路的影響及可能機(jī)制做一綜述。以加深對(duì)Nrf-2/ARE信號(hào)通路的認(rèn)識(shí),為進(jìn)一步研究打下理論基礎(chǔ)。

        Nrf-2/ARE 腫瘤相關(guān)信號(hào) 氧化應(yīng)激

        Nrf-2/ARE信號(hào)通路是機(jī)體最重要的抗氧化應(yīng)激系統(tǒng)之一。當(dāng)Nrf-2/ARE信號(hào)通路被激活時(shí),可增加Ⅱ相解毒酶的表達(dá)量以原的平衡預(yù)防腫瘤的發(fā)生、發(fā)展,但也有可能會(huì)促起腫瘤的發(fā)生、發(fā)展[1]。Nrf-2/路的激活受多種信號(hào)的調(diào)控,包括自身信號(hào)調(diào)控和腫瘤相關(guān)信號(hào)調(diào)控。本文著重闡述腫瘤相關(guān)信號(hào)對(duì)Nrf-2/ARE信號(hào)通路的調(diào)控。

        1 Nrf-2/ARE通路的分子基礎(chǔ)及功能

        人類Nrf-2基因位于2q31,包括6個(gè)高度保守的ECH同源結(jié)構(gòu),分別命名為Neh1~Neh6。Neh1包含Bzip DNA綁定和異源二聚化作用區(qū)域,能與小Maf蛋白形成異源二聚體結(jié)合到DNA上。Nrf-2中包含兩個(gè)重要的保守區(qū)域,DLG、ETGE是Keap1蛋白的錨合位點(diǎn)。Neh3位于C端可與CHD6綁定從而促進(jìn)ARE調(diào)控相關(guān)基因的轉(zhuǎn)錄。Neh4和Neh5兩個(gè)區(qū)域一起與CBP蛋白相互作用,起到轉(zhuǎn)錄活化的作用。Neh6區(qū)域富含絲氨酸,是Keap1依賴的Nrf-2降解的調(diào)控區(qū)域。Keap1包含4個(gè)主要的功能域:1)N末端序列NTR(N-terminal region);2)BTB(broad complex,tram?track and brica-brac region)二聚化作用區(qū)域是Keap1與泛素Cul3作用的結(jié)構(gòu)域;3)富含絲氨酸的IVR(in?tervening region),其中C273和C288與抑制Nrf-2活性相關(guān);4)DC區(qū)域包括6個(gè)Kelch重復(fù)結(jié)構(gòu)域DGR(double-glycine-riched region)和C端區(qū)域CTR(C-terminal region)受Nrf-2/ARE調(diào)控的靶基因。Nrf-2/ ARE信號(hào)通路功能主要有抗氧化、抗凋亡、免疫調(diào)節(jié)、促腫瘤細(xì)胞耐藥、Nrf-2促進(jìn)腫瘤的產(chǎn)生。當(dāng)氧化應(yīng)激時(shí),Keap1與Nrf-2解綁定,解綁后進(jìn)入細(xì)胞核內(nèi)與Maf蛋白結(jié)合再激活抗氧化應(yīng)激ARE區(qū)域,以轉(zhuǎn)錄翻譯下游蛋白,從而起到上述功能。當(dāng)氧化還原達(dá)到平衡后,類固醇受體輔活化子家族SRC基因?qū)rf-2蛋白排出細(xì)胞核與Keap1重新綁定[2-3]。

        2 Nrf-2/ARE通路受自身信號(hào)的調(diào)控

        有研究通過(guò)構(gòu)建變異型Keap1-C288s細(xì)胞,不僅證明了Keap1的突變對(duì)于Nrf-2及其下游蛋白有影響,且證明Keap1與Nrf-2結(jié)合區(qū)(氧化應(yīng)激感應(yīng)區(qū))位于288位的半胱氨酸。該研究表明當(dāng)Keap1突變時(shí),Nrf-2及下游蛋白表達(dá)受到明顯的影響[4]。有研究顯示Keap1突變蛋白捆綁及泛素化Nrf-2,但卻不促進(jìn)其降解或者抑制Nrf-2的轉(zhuǎn)錄激活功能[5]。也有研究表明Keap1基因的甲基化同樣會(huì)對(duì)Nrf-2/ARE信號(hào)通路有影響[6]。因此Nrf-2/ARE信號(hào)通路的激活受多種信號(hào)調(diào)控。

        3 Nrf-2/ARE信號(hào)受腫瘤相關(guān)信號(hào)的調(diào)控

        3.1 PI3K信號(hào)對(duì)Nrf-2/ARE通路的調(diào)控

        有研究證實(shí)當(dāng)使用P13K抑制劑LY294002后,THI-28誘導(dǎo)的Akt磷酸化會(huì)被明顯抑制,而且HO-1的表達(dá)被明顯抑制,因HO-1為Nrf-2/ARE信號(hào)通路所調(diào)控,從而推斷P13K/Akt通路對(duì)于Nrf-2具有調(diào)控作用[7]。更深一步實(shí)驗(yàn)表明,在阿托伐他汀處理的BM?DCs(骨髓來(lái)源細(xì)胞)中阿托伐他汀可以呈時(shí)間依賴性促進(jìn)Akt的磷酸化,使用P13K抑制劑LY294002處理后阿托伐他汀所誘導(dǎo)的Akt磷酸化及Nrf-2在細(xì)胞核內(nèi)的聚集會(huì)被明顯抑制,同時(shí)使用Nrf-2激動(dòng)劑SUL處理阿托伐他汀處理的BMDCs細(xì)胞,未能發(fā)現(xiàn)Akt的磷酸化,證實(shí)阿托伐他汀是通過(guò)P13K/Akt/Nrf-2信號(hào)通路來(lái)影響細(xì)胞的抗氧化活性[8]。游曉星等[9]證明PI3K是Btk的下游通路。然后采用PI3K抑制劑LY294002處理后,Nrf-2核轉(zhuǎn)位和DNA結(jié)合活性顯著降低,這表明Nrf-2和PI3K參與Nrf-2的激活,而Nrf-2 siRNA作用后,HO-1表達(dá)明顯降低,表明HO-1的表達(dá)最終受Btk/PI3K/Nrf-2的調(diào)控。鹿角縮酮類化合物-B亦可以通過(guò)P13K/Akt/Nrf-2信號(hào)通路調(diào)節(jié)HO-1表達(dá)[10],均說(shuō)明Nrf-2/ARE信號(hào)通路受P13K等腫瘤相關(guān)信號(hào)的調(diào)控。

        3.2 ERK信號(hào)對(duì)Nrf-2/ARE通路的調(diào)控

        有研究表明ERK/Nrf-2通路的激活對(duì)于LXA4ME(脂氧素A4甲酯)在大腦慢性缺血缺氧灌注損傷的神經(jīng)保護(hù)中是有利的[11]。該研究發(fā)現(xiàn)2,4-DDE(2,4-癸二烯醛)處理的巨噬細(xì)胞內(nèi)的ERKMAPK被激活,同時(shí)有類似的文獻(xiàn)報(bào)道,因此推斷2,4-DDE介導(dǎo)的FABP4表達(dá)是由Nrf-2/ARE信號(hào)通路介導(dǎo),但首先Nrf-2/ARE信號(hào)通路的激活需要ERKMAPK信號(hào)通路的激活,證明ERK信號(hào)通路與Nrf-2的激活時(shí)具有相關(guān)性,但尚未明確具體機(jī)制。實(shí)驗(yàn)證實(shí)氧化應(yīng)激可以激活信號(hào)分子如MAPKs、NF-κB和Nrf-2等[12]。在小鼠淋巴瘤細(xì)胞(EL-4)的凋亡實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)敲除ERK基因可以提高輻射誘導(dǎo)的凋亡率,且證實(shí)Nrf-2信號(hào)共同參與輻射誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡[12]。但對(duì)于ERK是否直接調(diào)控Nrf-2基因尚不清楚。有研究證明金絲桃苷[13]可以通過(guò)增加HO-1基因的激活和上調(diào)HO-1蛋白的表達(dá),從而增強(qiáng)細(xì)胞抗氧化防御功能。金絲桃苷調(diào)節(jié)HO-1蛋白的表達(dá)是通過(guò)調(diào)節(jié)其上游基因Nrf-2基因轉(zhuǎn)錄,而且金絲桃苷調(diào)節(jié)Nrf-2的轉(zhuǎn)錄呈劑量依賴性。而當(dāng)加入ERK的抑制劑SB203580時(shí),顯著抑制Nrf-2基因轉(zhuǎn)錄從而降低HO-1蛋白的表達(dá),表明ERK可以調(diào)控Nrf-2基因。同樣有類似實(shí)驗(yàn)證實(shí),萘醌可以提高Nrf-2上游ERK的磷酸化,而且ERK的激活是通過(guò)增加細(xì)胞內(nèi)鈣離子的濃度來(lái)實(shí)現(xiàn)的,結(jié)果顯示萘醌可以通過(guò)激活多種細(xì)胞存活機(jī)制包括CA2+-ERK1/2-Nrf-2信號(hào)通路。檢測(cè)萘醌在淋巴細(xì)胞中是否誘導(dǎo)ERK的磷酸化,可以觀察到淋巴細(xì)胞中的ERK磷酸化程度與加入其中的萘醌呈時(shí)間依賴性。同時(shí)發(fā)現(xiàn)當(dāng)加入ERK抑制劑后可以完全消除萘醌介導(dǎo)的輻射保護(hù)作用[14]。但也有不同的研究發(fā)現(xiàn)MEK抑制劑U0126未抑制Nrf-2蛋白表達(dá)[15]。另有研究初代小鼠ROS代謝水平時(shí),測(cè)量致癌基因K-Ras B-Raf、Myc等,發(fā)現(xiàn)ROS被這些致癌基因所抑制。K-Ras(G12D)B-Raf(V19E)、Myc(ERT2)均可增加Nrf-2的轉(zhuǎn)錄,并且平穩(wěn)提高Nrf-2的抗氧化能力,從而降低細(xì)胞內(nèi)的ROS水平穩(wěn)定細(xì)胞內(nèi)環(huán)境[16]。這些研究表明ERK抑制劑可以抑制Nrf-2基因轉(zhuǎn)錄,但對(duì)于是否抑制Nrf-2蛋白的表達(dá)尚需實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。ERK腫瘤信號(hào)對(duì)于Nrf-2/ ARE具有調(diào)控作用,但具體機(jī)制仍需探索。

        3.3 p38信號(hào)對(duì)于Nrf-2/ARE通路的調(diào)控

        有研究證實(shí)在香煙浸出物(CSE)誘導(dǎo)的BEAS-2B凋亡細(xì)胞中Nrf-2、ASK-1、p38均被激活,當(dāng)加入抗氧化劑(NAC)消除ROS的作用時(shí),可以反轉(zhuǎn)CSE造成的激活作用。當(dāng)沉默BEAS-2B中p38基因時(shí),CSE誘導(dǎo)的BEAS-2B細(xì)胞凋亡率明顯降低。為了進(jìn)一步探討分子機(jī)制,檢測(cè)中當(dāng)加入p38的抑制劑SB203580,其結(jié)果顯示p38抑制劑抑制了Nrf-2蛋白表達(dá),同時(shí)沉默p38基因明確Nrf-2是被ROS調(diào)控的p38所激活[15]。另有研究顯示在蛋白酶體抑制劑所激活的p38同樣可以被p38 MAPK抑制劑SB203580所抑制,同時(shí)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)Nrf-2蛋白表達(dá)顯著降低,HO-1蛋白也同樣明顯減低,沉默p38以后同樣發(fā)現(xiàn)Nrf-2蛋白及HO-1蛋白表達(dá)顯著降低[17-18]。另有金絲桃苷研究中,p38抑制劑PD98059同樣可以抑制金絲桃苷所誘導(dǎo)的Nrf-2蛋白的表達(dá)[13]。發(fā)現(xiàn)p38信號(hào)對(duì)于Nrf-2/ARE信號(hào)通路的影響具有顯著地調(diào)控作用,并顯著地調(diào)控Nrf-2信號(hào)通路下游蛋白表達(dá)。

        3.4 P62信號(hào)對(duì)于Nrf-2/ARE信號(hào)通路的調(diào)控

        在缺血再灌注實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)含有ARE抗氧化反應(yīng)區(qū)域的(P62/ZIP)mRNA及蛋白表達(dá)均增加,再設(shè)置實(shí)驗(yàn)參數(shù)后發(fā)現(xiàn)Nrf-2表達(dá)增高的同時(shí)P62/ZIP mRNA表達(dá)增高,提示P62/ZIPmRNA的表達(dá)可能是源于Nrf-2的激活[19]。在感染了鼠傷寒細(xì)菌的成纖維細(xì)胞(MEFs)中證實(shí)了P62上的351位絲氨酸的磷酸化會(huì)誘導(dǎo)Keap1移位,從而釋放Nrf-2;并再次在帶有P62的野生型MEFs中發(fā)現(xiàn)Nrf-2及下游蛋白的高表達(dá),從而證明P62以鼠傷寒細(xì)菌為橋梁間接激活Nrf-2蛋白的移位,從而激活Nrf-2/ARE信號(hào)通路[20]。

        但也有不同觀點(diǎn),有研究顯示SPBP是一種轉(zhuǎn)錄共調(diào)節(jié)蛋白,當(dāng)用蘿卜硫素處理海拉細(xì)胞時(shí),發(fā)現(xiàn)SPBP在蘿卜硫素誘導(dǎo)處理8 h后有一個(gè)表達(dá)高峰,而Nrf-2、P62的表達(dá)與SPBP呈正相關(guān)。并發(fā)現(xiàn)Nrf-2與SPBP共同激活P62啟動(dòng)子,從而促進(jìn)P62蛋白的表達(dá)[21]。

        這項(xiàng)研究與之前研究所提P62調(diào)節(jié)Nrf-2表達(dá)相矛盾,據(jù)此可以假設(shè)認(rèn)定其中可能存在一個(gè)負(fù)反饋的機(jī)制。即當(dāng)P62調(diào)控Nrf-2的表達(dá)到一定水平時(shí),Nrf-2蛋白開(kāi)始負(fù)反饋調(diào)節(jié)P62蛋白的表達(dá)。具體負(fù)反饋機(jī)制目前尚不清楚。對(duì)于P62/Nrf-2信號(hào)通路的研究,為細(xì)胞自噬在調(diào)控氧化應(yīng)激中的作用提供研究基礎(chǔ)。

        3.5 PKA/CREB信號(hào)對(duì)于Nrf-2/ARE的調(diào)控

        研究發(fā)現(xiàn)戈米辛可以激活Nrf-2/ARE信號(hào)通路,且能被腺苷環(huán)化酶抑制劑(ddAdo)和PKA抑制劑(H-89)所抑制,引起下游蛋白HO-1和NQO-1的表達(dá)減少。表明戈米辛促進(jìn)cAMP/PKA/CREB/Nrf-2介導(dǎo)的二相解毒酶、抗氧化蛋白激活,并且調(diào)控神經(jīng)炎癥分子的生成。同樣在五味子素中發(fā)現(xiàn)Nrf-2/ARE信號(hào)通路受PKA/CREB信號(hào)的作用,證實(shí)Nrf-2/ARE信號(hào)通路受PKA/CREB信號(hào)的影響[22-23]。Nrf-2也被一些其他腫瘤信號(hào)通路所調(diào)控,如PKC信號(hào)[24-25]通路、Jnk通路[26]等。

        4 結(jié)語(yǔ)

        Nrf-2/ARE通路是一抗氧化應(yīng)激通路,其在抗氧化應(yīng)激方面的作用及機(jī)制,就是Nrf-2/ARE信號(hào)通路在腫瘤發(fā)生、發(fā)展的過(guò)程中起作用,除Keap 1突變、甲基化等調(diào)控Nrf-2/ARE信號(hào)通路外,還有多種腫瘤信號(hào)對(duì)于此通路有影響。研究中除應(yīng)考慮Keap1突變、甲基化等因素對(duì)于細(xì)胞的影響,還應(yīng)考慮多種腫瘤相關(guān)信號(hào)對(duì)于此通路的影響,自身信號(hào)及腫瘤相關(guān)信號(hào)共同作用導(dǎo)致腫瘤發(fā)生、發(fā)展。

        因Keap1是否變異、有無(wú)修飾對(duì)于細(xì)胞同樣有影響,所以如何去除因Keap1變異、修飾對(duì)研究帶來(lái)的影響,且Nrf-2/ARE信號(hào)通路受多種腫瘤相關(guān)信號(hào)的影響,哪些是促進(jìn)、哪些是抑制Nrf-2/ARE信號(hào)通路的激活,有待更深入的探究。

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        (2015-04-27收稿)

        (2015-06-08修回)

        (編輯:楊紅欣)

        Research progress on Nrf-2/ARE signaling pathway regulated by tumor-related signals

        Wenbin SHU,Jiaqing CAO
        Department of Colorectal Surgery,The SecondAffiliated Hospital of Nanchang University,Nanchang 330006,China.

        Jiaqing CAO;E-mail:cao.jiaqing@163.com

        The Nrf-2/ARE signaling pathway is not only affected by itself but also influenced by multiple tumor-related signals. To expand our understanding about the Nrf-2/ARE signaling pathway and lay a theoretical foundation for further research,we reviewed the effects of multiple tumor-related signals on the Nrf-2/ARE signaling pathway and studied the possible underlying mechanisms.

        Nrf-2/ARE,tumor-related signal,oxidative stress

        10.3969/j.issn.1000-8179.20150463

        南昌大學(xué)第二附屬醫(yī)院結(jié)直腸外科(南昌市330006)

        曹家慶 cao.jiaqing@163.com

        舒文斌 專業(yè)方向?yàn)榻Y(jié)直腸腫瘤外科手術(shù)及靶向治療。

        E-mail:842994399@qq.com

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