陳勁奕，秦　琴，孫珂岱，楊　航，譚　楊，龔南棚，雷　霞

Nrf2/ARE在抗光老化中的作用及機(jī)制研究進(jìn)展

陳勁奕，秦琴，孫珂岱，楊航，譚楊，龔南棚，雷霞

光老化是皮膚長(zhǎng)期暴露于紫外線，引起的慢性損傷。既往研究表明氧化應(yīng)激是造成皮膚急慢性炎癥的主要原因，甚至引起細(xì)胞突變，以致腫瘤的形成，而紫外線的照射是引起氧化應(yīng)激主要原因之一。當(dāng)紫外線照射下產(chǎn)生過(guò)多的活性氧（reactive oxygen species，ROS），超過(guò)機(jī)體清除能力，可影響相關(guān)信號(hào)通路傳導(dǎo)，導(dǎo)致光老化和癌變。最近的研究提示NF-E2相關(guān)因子2 （NF-E2 related factor2，Nrf2）是參與細(xì)胞氧化應(yīng)激反應(yīng)的關(guān)鍵因子，通過(guò)結(jié)合下游的抗氧化反應(yīng)元件（antioxidant response element，ARE）在細(xì)胞防御保護(hù)中發(fā)揮重要作用，能有效抵御紫外線照射引起的皮膚損傷。該文就Nrf2/ARE在抗光老化中的作用及相關(guān)機(jī)制的研究作一綜述。

Nrf2；抗氧化反應(yīng)元件；活性氧；光老化；紫外線

陳勁奕

1　Nrf 2的概述

NF-E2相關(guān)因子2（Nrf 2）于1994年被發(fā)現(xiàn)[1]，為一種含有亮氨酸拉鏈（basicleucinezipper，bZIP）的轉(zhuǎn)錄因子，目前被認(rèn)為是屬于帽和領(lǐng)（Cap‘n’collar，CNC）轉(zhuǎn)錄因子家族成員中活性最強(qiáng)的轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子，由7個(gè)不同功能區(qū)組成，分別被命名為Nehl～Neh7[2]。Neh7為近期發(fā)現(xiàn)，可特異性地與維A酸X受體α（retinoidX receptor alpha，RXRα）作用，從而抑制Nrf2-ARE信號(hào)通路。研究表明Nrf2的活性受細(xì)胞質(zhì)內(nèi)結(jié)合蛋白keap1的調(diào)控。生理?xiàng)l件下，細(xì)胞質(zhì)中的Nrf2與keap1結(jié)構(gòu)中的雙甘氨酸序列（double glycine repeat，DGR）結(jié)合形成二聚體，從而使其活性被抑制。一旦受到內(nèi)外界自由基和化學(xué)物質(zhì)刺激時(shí)，Nrf2從Keap1結(jié)合位點(diǎn)脫落，與Maf蛋白（包括 MafG、MafK、MafF）結(jié)合形成異二聚體被誘導(dǎo)激活，活化的Nrf2進(jìn)入細(xì)胞核與抗氧化反應(yīng)元件（antioxidant response element，ARE）結(jié)合，啟動(dòng)多種抗氧化蛋白基因和Ⅱ相解毒酶基因的轉(zhuǎn)錄與翻譯，促使上述相關(guān)蛋白表達(dá)上調(diào)。該信號(hào)通路的激活可有效清除體內(nèi)產(chǎn)生的自由基、對(duì)抗致癌中間物，參與抗氧化蛋白酶及Ⅱ相代謝酶基因的表達(dá)與調(diào)控，以抵抗內(nèi)外界的有害刺激, 在機(jī)體抗氧化應(yīng)激方面具有重要作用[3]。

2　Nrf2的在光老化中的作用

2.1紫外線通過(guò)氧化還原損傷誘導(dǎo)光老化的形成

光老化是由于皮膚長(zhǎng)期暴露于紫外線下而產(chǎn)生的慢性炎癥，臨床上主要表現(xiàn)為皮膚質(zhì)地、皮膚色素以及皮膚血管的改變，甚至出現(xiàn)各種皮膚癌前期病變和皮膚癌，如日光性角化病、鱗狀細(xì)胞癌、惡性黑素瘤等；組織學(xué)上表現(xiàn)為表皮和真皮有序結(jié)構(gòu)的異常及細(xì)胞外基質(zhì)（extracellular matrices，Ecm）改變，表皮下基底帶Ⅳ型和Ⅶ型膠原減少，彈性組織變性，真皮厚度下降，長(zhǎng)期紫外線照射為其主要原因[5]。紫外線（ultraviolet，UV）導(dǎo)致皮膚光老化機(jī)制十分復(fù)雜，大量研究表明氧化應(yīng)激是UV造成皮膚損傷的重要原因。目前認(rèn)為其主要機(jī)制如下：當(dāng)皮膚受到UV輻射時(shí)，可誘導(dǎo)皮膚內(nèi)存在的大量天然UV色基分子（包括色氨酸、反式尿刊酸、酪氨酸、核黃素等）吸收UV光子能量后處于激發(fā)狀態(tài)，并與皮膚中的分子氧發(fā)生氧化還原反應(yīng)，在多種酶和過(guò)渡金屬離子參與下形成活性氧（ROS）[6]。

ROS是一組具有一個(gè)或多個(gè)未配對(duì)電子的原子或分子，包括超氧陰離子(superoxideanion，O2-)、單線態(tài)氧(singlet oxygen，1O2)、過(guò)氧化氫（hydrogen peroxide，H2O2）、羥自由基（hydroxyl radical，HO-）等。ROS可誘導(dǎo)細(xì)胞發(fā)生氧化反應(yīng)。目前認(rèn)為在正常情況下，體內(nèi)ROS 的產(chǎn)生和清除處于動(dòng)態(tài)平衡。而其主要的原因?yàn)闄C(jī)體本身存在相對(duì)完善的抗氧化系統(tǒng)，包括多種酶性及非酶性抗氧化物質(zhì)，前者包括谷胱甘肽還原酶(glutathione reductase，GR)、谷胱甘肽過(guò)氧化物酶(glutathion peroxidase，GP)、過(guò)氧化氫酶(hydrogen peroxidas，CAT)及超氧化歧化酶（superoxide dismutase，SOD）等[7]，后者包括維生素C、維生素E、尿酸、輔酶Q等。然而，UV反復(fù)照射導(dǎo)致線粒體功能損害，損害的線粒體存在電子傳遞和氧化磷酸化功能缺陷，因而在能量代謝中產(chǎn)生大量ROS使皮膚中ROS濃度過(guò)度升高[8]，超過(guò)細(xì)胞自身可調(diào)節(jié)的清除能力時(shí)，高水平的ROS等氧化物可引起角質(zhì)層和真皮層內(nèi)細(xì)胞脂質(zhì)、核酸、蛋白質(zhì)等大分子損傷，影響相關(guān)信號(hào)通路傳導(dǎo)，導(dǎo)致光老化和癌變。ROS可激活多種生長(zhǎng)受體和細(xì)胞生長(zhǎng)因子，進(jìn)而激活促分裂原活化蛋白激酶（mitogen-activated protein kinase，MAPK）通路，最終作用于轉(zhuǎn)錄因子AP-1。AP-1主要由C-Jun和C-Fos以及相關(guān)蛋白構(gòu)成，主要通過(guò)三個(gè)方面參與ROS引起的光老化：誘導(dǎo)基質(zhì)蛋白金屬酶（Matrix Protein metalloenzyme，MMPs）的合成，降解細(xì)胞外基質(zhì)(膠原蛋白和彈力蛋白) 及抑制膠原蛋白的合成；間接阻斷轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子（transforming growth factor，TGF-B）通路，使得TGF-B刺激成纖維細(xì)胞增生，增加細(xì)胞外基質(zhì)蛋白合成和分泌的功能受到抑制，從而引起皮膚老化；ā抑制細(xì)胞周期調(diào)控蛋白如p53的表達(dá)，進(jìn)而下調(diào)上述細(xì)胞因子表達(dá)降低，負(fù)向調(diào)節(jié)細(xì)胞凋亡，導(dǎo)致細(xì)胞癌變[10]。Kawaguchi等[11]研究報(bào)道，成纖維細(xì)胞經(jīng)UV照射后，在活性氧作用下，成纖維細(xì)胞內(nèi)MMP-2 mRNA轉(zhuǎn)錄上調(diào)，而金屬蛋白酶組織抑制劑的mRNA轉(zhuǎn)錄下降，由此說(shuō)明活性氧可通過(guò)增加MMP-2的水平，從而降解基質(zhì)導(dǎo)致光老化。因此，通過(guò)降低ROS水平，能減少UV對(duì)皮膚的氧化損傷作用。

2.2Nrf2/ARE通過(guò)抑制ROS阻止光老化的形成

ARE是一個(gè)特異的DNA-啟動(dòng)子結(jié)合序列，由16個(gè)核苷酸組成，其中5個(gè)是可變的，因此ARE在基因組中呈現(xiàn)多樣性，能被多種氧化性和親電性化合物激活，從而啟動(dòng)Ⅱ相解毒酶多種抗氧化酶基因的轉(zhuǎn)錄與翻譯，保護(hù)細(xì)胞組織正常功能[12]。如SOD、醌氧化還原酶1（nicotinamide quinone oxidoreductase1，NQO1）、γ-谷氨酸合成酶（γ-glutamylcysteine synthethase，γ-GCS）以及血紅素加氧酶1（heme oxygenase-1，HO-1）等，促使上述相關(guān)蛋白表達(dá)上調(diào)。Nrf2/ARE信號(hào)通路可產(chǎn)生抗氧化還原反應(yīng)，保護(hù)細(xì)胞和組織免受氧化應(yīng)激的損傷，從而激活人體自身的抗老化防御系統(tǒng)[4]。

SOD是一種主要的抗氧化酶，可清除超氧化陰離子，分為Cu 、Zn、Mn及Fe型。其中，錳-超氧化物歧化酶（MnSOD）是氧化磷酸化、UV照射和炎癥過(guò)程抵御過(guò)氧化自由基損傷的第一道防線。SOD的高表達(dá)可以抑制氧化應(yīng)激引起的細(xì)胞死亡和組織損傷。研究發(fā)現(xiàn)，MnSOD缺陷的雜交小鼠在紫外線照射下，可迅速出現(xiàn)線粒體氧化損傷的累積[13]。

NQO1是一種調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)處于氧化還原狀態(tài)的黃素酶。染色體免疫沉淀分析證實(shí)Nrf2結(jié)合于NQO1基因的ARE序列，可激活NQO1蛋白表達(dá)[14]。相關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道[15]，丙炔苯丙胺在l-甲基-4-苯基吡啶離子（l-methyl-4-phenylpyridinum ion，MPP+）氧化應(yīng)激時(shí)，通過(guò)細(xì)胞外信號(hào)調(diào)節(jié)激酶（extracellular signalregulatedkinase，ERK）和磷脂酰肌醇-3-激酶/蛋白激酶B（phosphatidylinositol 3-kinase/protein kinase B，PI3K/PKB）信號(hào)通路，可增強(qiáng)Nrf2的表達(dá)和核轉(zhuǎn)位，從而使NQO1蛋白表達(dá)上調(diào)；然而予以Nrf2siRNA干預(yù)后，未觀察到上述現(xiàn)象。由此證實(shí)Nrf2可促進(jìn)NQO1的表達(dá)上調(diào)，從而發(fā)揮抗氧化應(yīng)激損傷的作用。

γ-GCS 是體內(nèi)還原型谷胱甘肽（reduced glutathione，GSH）合成的限速酶，是一個(gè)由重鏈亞單位和輕鏈亞單位組成的二聚體。輕鏈對(duì)重鏈的活性起調(diào)節(jié)作用，但無(wú)催化活性，重鏈具有全酶的催化功能。研究表明激活Nrf2活性可上調(diào)γ-GCS的表達(dá)。喂給Nrf2+/+小鼠吡唑后，其肝γ-GCS、谷胱甘肽S轉(zhuǎn)移酶（glutathione S transferase，GST）、HO-1表達(dá)較Nrf2-/-小鼠明顯上調(diào)，并可降低小鼠肝臟的氧化應(yīng)激損傷[16]。

HO-1可催化血紅素生成膽紅素、CO和鐵離子，是血紅素降解的限速酶。現(xiàn)已證實(shí)HO-1及其酶解產(chǎn)物直接影響機(jī)體抗氧化損傷能力，是機(jī)體最重要的內(nèi)源性保護(hù)機(jī)制之一[17]。近年研究發(fā)現(xiàn)，HO-1及其酶解產(chǎn)物除了抗氧化功能，還具有抗炎、擴(kuò)血管、改善組織微循環(huán)等作用。Lee等[18]研究表明HO-1的表達(dá)受到Nrf2的調(diào)控，并伴隨著Nrf2蛋白表達(dá)的增加和核轉(zhuǎn)位，其調(diào)控的抗氧化蛋白HO-1表達(dá)明顯增強(qiáng)，而在應(yīng)用Nrf2siRNA之后，HO-1表達(dá)明顯下降。

3　抗光老化藥物/植物/治療中Nrf2的作用

目前研究認(rèn)為Nrf2的激活與多種因素有關(guān)，主要包括Nrf2/keap1的解離機(jī)制和Nrf2跨核膜轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)制。而Nrf2-keap1的解離與釋放受Nrf2自身穩(wěn)定性、Keap1構(gòu)象改變、親電子試劑[19]、氧化應(yīng)激[20]和Nrf2的磷酸化[21]調(diào)控。由此表明，激活Nrf2/ARE通路可通過(guò)阻止Nrf2與Keap1結(jié)合，從而減弱Keap介導(dǎo)的蛋白酶對(duì)Nrf2的降解。Nrf2 激活劑包括植物來(lái)源的天然產(chǎn)物和人工合成的化學(xué)藥品。而目前關(guān)于Nrf2 激活劑在皮膚光老化方面的研究主要定位于植物來(lái)源的天然產(chǎn)物。該產(chǎn)物中含有蛋白質(zhì)、氨基酸、脂類、多糖類、維生素、微量元素以及有機(jī)酸等多種營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。其特點(diǎn)是分子量小，可快速滲入皮膚細(xì)胞，作用溫和，具有較強(qiáng)清除體內(nèi)自由基、提高SOD活性等抗氧化能力，從而提高皮膚自身代謝活力，延緩衰老，是皮膚細(xì)胞天然激活劑，故將其應(yīng)用于皮膚光老化的治療是目前研究的一大熱點(diǎn)，目前研究較多的Nrf2植物激活劑包括兒茶素、萊菔硫烷黃芩、姜黃素、乳香提取物、杜仲等，以上不同的植物激活劑可通過(guò)活化機(jī)體內(nèi)不同的途徑，激活細(xì)胞內(nèi)抗氧化防御系統(tǒng)達(dá)到較強(qiáng)抗氧化作用。

4　總結(jié)/展望

綜上所述，光老化是皮膚科的常見疾病之一，影響患者的生活質(zhì)量。最近大量研究表明Nrf2/ARE通路通過(guò)清除體內(nèi)過(guò)多的自由基、提高SOD的水平等方式抵抗內(nèi)外界有害刺激，發(fā)揮抗氧化還原能力，抑制皮膚光老化。隨著機(jī)制的發(fā)現(xiàn)，以Nrf2為中心的藥物也相繼被探討，但僅局限于動(dòng)物模型研究中，尚未用于臨床患者的治療中，故需要進(jìn)一步的研究來(lái)完善，也為臨床工作者的治療提供了新的思路與參考。

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（本文編輯敖俊紅）

Research progress on the role and mechanism of Nrf2/ARE in photoaging resistance

CHEN Jin-yi，QIN Qin，SUN Ke-dai，et al
Department of Dermatology, the third Affiliated Hospital, the Third Military Medical University, Chongqing 400042, China

Photoaging is a chronic injury that is caused by long term exposure to ultraviolet radiation. Previous research showed that oxidative stress damage was the main cause of acute or chronic inflammation in the skin, even cell mutation, and UV irradiation is one of the most damaging factor to induce oxidative stress damage. Long term exposure to UV causes excessive ROS production, which is beyond the scavenging ability of our bodies. These ROS can affect the related signal pathway, lead to light aging and cancer. Recent studies reported that Nrf2(NF-E2, NF-E2 related factor 2) was the key factor involved in cell oxidative stress reaction. Nrf2 could combine the oxidation reaction of downstream components(antioxidant response element, ARE) and play an important role in cell defense protection, and then effectively resist skin damage caused by UV irradiation. This article was a review about the role of Nrf2/ARE in photoaging resistance and its related mechanism.

Nrf2；Antioxidant response element；Reactive oxygen species；Photoaging；Ultraviolet [J Pract Dermatol, 2016, 6(5):319-321]

R34；R334+.5

A

1674-1293(2016)05-0319-03

10.11786/sypfbxzz.1674-1293.20160510

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（81573071）

400042 重慶，第三軍醫(yī)大學(xué)第三附屬醫(yī)院野戰(zhàn)外科研究所皮膚科（陳勁奕，秦琴，孫珂岱，楊航，譚楊，龔南棚，雷霞）

陳勁奕，在讀研究生，住院醫(yī)師，研究方向：光生物學(xué)，皮膚光老化，E-mail: 351899389@qq.com

雷霞，E-mail: leixia1979@sina.com

（2016-05-05

2016-07-20）