劉廣文，陳為民，秦嘉萍，顧匯權(quán) 綜述，劉 嬙 審校

海南醫(yī)學(xué)院基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)與生命科學(xué)院藥理教研室，海南?？?571199

核因子E2相關(guān)因子2(Nrf2)是細胞氧化應(yīng)激反應(yīng)中的關(guān)鍵因子，同時也是維持細胞內(nèi)氧化還原穩(wěn)態(tài)的中樞調(diào)節(jié)因子，受Kelch樣ECH相關(guān)蛋白1(Keap1)調(diào)控。隨著Nrf2新作用研究的不斷深入，Nrf2在氧化應(yīng)激性疾病中起到了關(guān)鍵作用， Nrf2參與了腫瘤的發(fā)生、發(fā)展過程，靶向抑制Nrf2是一種潛在有效的抗腫瘤策略。不僅如此，Nrf2還能調(diào)節(jié)腦鐵代謝及線粒體功能的表達，與腦部疾病有著密切聯(lián)系。本文就Nrf2與腫瘤及腦部疾病的關(guān)系作一綜述。

1 Nrf2信號通路的結(jié)構(gòu)及活化

Nrf2與NF-E2高度同源，研究發(fā)現(xiàn)Nrf2在機體氧化還原穩(wěn)態(tài)中扮演著重要角色，且通過調(diào)控下游眾多基因，在抗炎、解毒等方面有重要作用[1]。這些被調(diào)控的下游基因都有相同的一段保守序列：抗氧化反應(yīng)原件(ARE)，它是一個特異的DNA啟動子結(jié)合的保守序列。Nrf2基因結(jié)構(gòu)上有6個高度保守的同源結(jié)構(gòu)域Neh1～6[1]：(1)Neh1含有bZip轉(zhuǎn)錄因子，其與細胞核內(nèi)小分子肌腱纖維瘤蛋白結(jié)合形成二聚體，使Nrf2能夠識別ARE，并啟動轉(zhuǎn)錄[2]；(2)Neh2含有可與Keap1的DGR區(qū)結(jié)合的DLG區(qū)和ETGE區(qū)，使Keap1依賴性調(diào)控Nrf2的泛素化降解；(3)Neh3主要調(diào)控Nrf2的轉(zhuǎn)錄活性；(4)Neh4和Neh5主要負責轉(zhuǎn)錄的活化，其與cAMP反應(yīng)元件結(jié)合蛋白(CREB)等結(jié)合，才能開始轉(zhuǎn)錄過程；(5)Neh6主要是非Keap1依賴性調(diào)控Nrf2的降解[3]。

Keap1含有5個結(jié)構(gòu)域[4]，其中DGR區(qū)又稱Kelch區(qū)，是Keap1與Nrf2的Neh2區(qū)的結(jié)合位點；BTB區(qū)域是Keap1與Cul3作用的區(qū)域，主要介導(dǎo)Nrf2的泛素化及降解，其半胱氨酸151突變時，Keap1與Cul3發(fā)生解離，導(dǎo)致Nrf2不被泛素化；中間連接區(qū)域含有Keap1活性最強的半胱氨酸殘基，其半胱氨酸273和288與Nrf2的泛素化有關(guān)，在氧化應(yīng)激條件下能減弱Nrf2的泛素化；還有N端區(qū)域與C端區(qū)域分別位于N端和C端。在細胞核中Nrf2識別結(jié)合ARE，生理狀態(tài)下，Neh2上的DLG區(qū)和ETGE區(qū)與Keap1的兩個DGR區(qū)結(jié)合，由Keap1調(diào)控Nrf2活性并介導(dǎo)其降解，阻止Nrf2進入細胞核[5-6]。

在氧化應(yīng)激條件下，Keap1的半胱氨酸殘基會被共價修飾，從而導(dǎo)致Keap1的構(gòu)象改變，由于DLG區(qū)與DGR區(qū)的親和力較低，ETGE區(qū)與DGR區(qū)的親和力較高，Keap1一邊從低親和力的DLG區(qū)上釋放下來，而另一邊仍與高親和力的ETGE區(qū)相連，使Nrf2與Keap1結(jié)合一直處于飽和狀態(tài)，而新合成的Nrf2就能夠進入細胞核，與小分子肌腱纖維瘤蛋白結(jié)合，生成異二聚體并結(jié)合ARE，啟動下游基因的表達[7-8]，這是“門閂和樞紐”學(xué)說。

2 Nrf2與腫瘤的關(guān)系

最初認為Nrf2是一個抑癌基因，作為一種重要的轉(zhuǎn)錄因子，通過激活細胞保護性抗氧化基因來調(diào)控腫瘤細胞內(nèi)氧化還原的動態(tài)平衡；促進化學(xué)致癌物的快速酶修飾和排泄，以及通過其靶基因的表達來抑制活性氧(ROS)的產(chǎn)生或修復(fù)氧化損傷來防止致癌[9]。但在P53突變情況下，Nrf2高水平激活可促進癌癥的進程。Nrf2通過抗氧化和解毒程序抑制氧化和致癌物誘導(dǎo)的DNA損傷，在腫瘤形成早期階段促進轉(zhuǎn)化細胞的活性[10]。Nrf2持續(xù)高水平是其在腫瘤中發(fā)揮作用的主要原因，而Nrf2持續(xù)高水平在不同腫瘤中的機制也不同，腫瘤的Keap1或Nrf2發(fā)生突變，導(dǎo)致Nrf2組成型高水平激活[10]；在肝癌中，Autophagy缺陷導(dǎo)致p62隱藏Keap1，E3-Keap1降解導(dǎo)致Nrf2組成性激活[11-12]；在肺癌中，Nestin表達導(dǎo)致Nrf2高水平激活[13]。

通過激活Nrf2，不僅使得腫瘤細胞獲得生存優(yōu)勢，產(chǎn)生耐藥性，且可以促進腫瘤細胞轉(zhuǎn)移。正常細胞內(nèi)Nrf2水平很低，其激活是曲線型的波動。因為藥物都有代謝的半衰期，而誘導(dǎo)Nrf2激活都是曲線型波動的，因此植物性Nrf2激活劑可用來預(yù)防癌癥等的發(fā)生、發(fā)展[14-15]。同時也要研發(fā)Nrf2抑制劑用于抑制腫瘤細胞的生長和轉(zhuǎn)移。靶向抑制Nrf2及Nrf2/Keap1抗氧化通路從而誘導(dǎo)腫瘤微環(huán)境中ROS的大量產(chǎn)生，抑制關(guān)鍵腫瘤信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路及誘導(dǎo)細胞程序性死亡等方式殺傷腫瘤細胞可能是一種潛在有效的抗腫瘤治療策略。

3 Nrf2與腦部疾病的關(guān)系

3.1在腦部疾病中Nrf2與腦鐵代謝的關(guān)系 腦部疾病常與腦鐵代謝紊亂和Nrf2水平改變有關(guān)[16-17]。腦鐵在腦內(nèi)主要是以鐵蛋白的形式存在，在大腦的功能活動中起著重要作用。過量的游離鐵被稱為“有毒”鐵，可以和神經(jīng)細胞內(nèi)的H2O2反應(yīng)生成ROS，引起一系列的級聯(lián)反應(yīng)，進而引起神經(jīng)細胞的病變甚至死亡。以往認為Nrf2僅僅參與神經(jīng)細胞的氧化應(yīng)激反應(yīng)，現(xiàn)已證實它調(diào)控了眾多腦鐵相關(guān)蛋白的代謝活動。轉(zhuǎn)鐵蛋白受體1被認為是鐵入腦的主要通道[18]，入腦的鐵主要以鐵蛋白的形式存在，這種形式保證了神經(jīng)細胞中鐵的穩(wěn)定，同時也減少了不穩(wěn)定的游離鐵即“有毒”鐵[19]，鐵泵蛋白是目前已知的能在神經(jīng)細胞中輸出鐵的唯一蛋白。而轉(zhuǎn)鐵蛋白受體1、鐵蛋白及鐵泵蛋白的基因上游序列中都含有ARE保守序列，也就是說這3個基因都受Nrf2的調(diào)控，在腦鐵的攝入、儲存及輸出過程中都有著重要的調(diào)控作用。Nrf2作為一個潛在的調(diào)節(jié)腦鐵代謝的關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子，可以防止腦鐵代謝紊亂，維持腦鐵的內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)，與腦部疾病的發(fā)生有著密切聯(lián)系[16,20-21]。

3.2在神經(jīng)退行性疾病(ND)中Nrf2與線粒體的關(guān)系 ND是由中樞神經(jīng)組織慢性進行性變性引起的疾病總稱，減少氧化應(yīng)激是延緩腦神經(jīng)退行性病變的關(guān)鍵。神經(jīng)細胞常依賴氧化磷酸化供能，而線粒體是細胞供能的主要場所，會產(chǎn)生大量的ROS。Nrf2通路會被ROS迅速激活，通過誘導(dǎo)超氧化物歧化酶和谷胱甘肽系列酶等的表達，維持細胞穩(wěn)態(tài)，在調(diào)節(jié)線粒體功能方面起到了關(guān)鍵的調(diào)控作用[22-23]。

α-突觸核蛋白(SNCA)的積累是帕金森病病理表現(xiàn)之一，SNCA積累會降低線粒體最大呼吸能力，還可能引發(fā)ROS的持續(xù)積累[24]。研究表明，在SNCA積累的前期，Nrf2水平的升高能減弱SNCA誘導(dǎo)的氧化應(yīng)激反應(yīng)[25]，從而保護線粒體功能免受損傷。有報道稱，在腦缺血再灌注模型的細胞中存在線粒體腫大的現(xiàn)象，注射丙酮酸乙酯，腦組織Nrf2及其靶基因表達增強(抗氧化能力提高)，神經(jīng)細胞的線粒體損傷減輕[26]。在阿爾茨海默病(AD)模型海馬組織中Nrf2的水平均降低，導(dǎo)致線粒體的轉(zhuǎn)錄翻譯水平下降。說明Nrf2在AD中具有調(diào)節(jié)線粒體表達的作用。而在亨廷頓病患者腦中，抗氧化蛋白水平升高[27]，表明Nrf2在亨廷頓病患者中處于激活狀態(tài)以應(yīng)對線粒體氧化應(yīng)激造成的損傷。綜上所述，Nrf2在調(diào)控線粒體方面有著重要作用。

4 Nrf2與其他氧化應(yīng)激性疾病的關(guān)系

隨著Nrf2新作用研究的不斷深入，Nrf2不僅與腫瘤及腦部疾病有著密切關(guān)系，其在氧化應(yīng)激性疾病中也都起到了關(guān)鍵作用。在動脈粥樣硬化(AS)的發(fā)展過程中，ROS誘導(dǎo)的氧化低密度脂蛋白的生成是加劇AS進程的關(guān)鍵，而Nrf2通過增加過氧化物酶的表達，阻止ROS誘導(dǎo)的氧化低密度脂蛋白的生成，減緩AS的進程，但Nrf2也可能會加速AS的發(fā)展[28-29]。有研究顯示，被敲除Nrf2且高膽固醇血癥載脂蛋白E缺失的小鼠，其斑塊減少并且血管壁彈性良好[30]。慢性阻塞性肺疾病(COPD)患者主要是由于巨噬細胞吞噬能力減弱所致[31]。研究發(fā)現(xiàn)，上調(diào)Nrf2的表達，可調(diào)控MARCO基因的表達，從而增強巨噬細胞吞噬細菌的能力，有助于減輕炎癥反應(yīng)，防止氧化應(yīng)激所引起的肺功能下降，提高細菌清除能力，從而延緩COPD的進展[32]。

許多疾病的發(fā)病機制都和氧化應(yīng)激有重要關(guān)系。一般氧化應(yīng)激反應(yīng)分為慢性和急性兩種，急性的氧化應(yīng)激反應(yīng)有心肌、肺等缺血再灌注損傷等，主要由于缺血再灌注部位短時間內(nèi)產(chǎn)生了大量的ROS而引發(fā)的氧化應(yīng)激。而慢性氧化應(yīng)激反應(yīng)則有腫瘤、ND、AS、COPD等，主要由于Nrf2的調(diào)控失常，機體氧化還原穩(wěn)態(tài)紊亂，Nrf2在這些氧化應(yīng)激性疾病中都起到了關(guān)鍵作用。

5 總結(jié)與展望

Nrf2像是一把雙刃劍，一方面，維持細胞的氧化還原平衡，對環(huán)境有毒物質(zhì)進行解毒，抑制各種與氧化應(yīng)激相關(guān)的疾病。另一方面，Nrf2也可能在腫瘤的生長、增殖、轉(zhuǎn)移及對化療藥物的耐受中發(fā)揮重要作用，同時也可能會加劇AS的發(fā)展，以及鎘所致的腎損傷等。很遺憾目前實驗室Nrf2激活劑有很多，但抑制劑都有缺陷，因此研發(fā)Nrf2抑制劑有著重要意義。