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(xì)胞氧化應(yīng)激反應(yīng)中的關(guān)鍵因子，同時(shí)也是維持細(xì)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(dá)，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(jī)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(gè)特異的DNA啟動(dòng)子結(jié)合的保守序列。Nrf2基因結(jié)構(gòu)上有6個(gè)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(xì)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(dòng)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(fù)責(zé)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(gè)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(diǎn)；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(shí)，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(qiáng)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(xì)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(gè)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(jìn)入細(xì)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(jià)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(jìn)入細(xì)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(dòng)下游基因的表達(dá)[7-8]，這是“門閂和樞紐”學(xué)說。

2 Nrf2與腫瘤的關(guān)系

最初認(rèn)為Nrf2是一個(gè)抑癌基因，作為一種重要的轉(zhuǎn)錄因子，通過激活細(xì)胞保護(hù)性抗氧化基因來調(diào)控腫瘤細(xì)胞內(nèi)氧化還原的動(dòng)態(tài)平衡；促進(jìn)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(dá)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(jìn)癌癥的進(jìn)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(jìn)轉(zhuǎn)化細(xì)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(jī)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(dá)導(dǎo)致Nrf2高水平激活[13]。

通過激活Nrf2，不僅使得腫瘤細(xì)胞獲得生存優(yōu)勢，產(chǎn)生耐藥性，且可以促進(jìn)腫瘤細(xì)胞轉(zhuǎn)移。正常細(xì)胞內(nèi)Nrf2水平很低，其激活是曲線型的波動(dòng)。因?yàn)樗幬锒加写x的半衰期，而誘導(dǎo)Nrf2激活都是曲線型波動(dòng)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(shí)也要研發(fā)Nrf2抑制劑用于抑制腫瘤細(xì)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(xì)胞程序性死亡等方式殺傷腫瘤細(xì)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(dòng)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(xì)胞內(nèi)的H2O2反應(yīng)生成ROS，引起一系列的級聯(lián)反應(yīng)，進(jìn)而引起神經(jīng)細(xì)胞的病變甚至死亡。以往認(rèn)為Nrf2僅僅參與神經(jīng)細(xì)胞的氧化應(yīng)激反應(yīng)，現(xiàn)已證實(shí)它調(diào)控了眾多腦鐵相關(guān)蛋白的代謝活動(dòng)。轉(zhuǎn)鐵蛋白受體1被認(rèn)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(xì)胞中鐵的穩(wěn)定，同時(shí)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(xì)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(gè)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(gè)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(jìn)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(xì)胞常依賴氧化磷酸化供能，而線粒體是細(xì)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(dá)，維持細(xì)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(hù)線粒體功能免受損傷。有報(bào)道稱，在腦缺血再灌注模型的細(xì)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(dá)增強(qiáng)(抗氧化能力提高)，神經(jīng)細(xì)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(dá)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(dòng)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(jìn)程的關(guān)鍵，而Nrf2通過增加過氧化物酶的表達(dá)，阻止ROS誘導(dǎo)的氧化低密度脂蛋白的生成，減緩AS的進(jìn)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(xì)胞吞噬能力減弱所致[31]。研究發(fā)現(xiàn)，上調(diào)Nrf2的表達(dá)，可調(diào)控MARCO基因的表達(dá)，從而增強(qiáng)巨噬細(xì)胞吞噬細(xì)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(xì)菌清除能力，從而延緩COPD的進(jìn)展[32]。

許多疾病的發(fā)病機(jī)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(shí)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(jī)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(xì)胞的氧化還原平衡，對環(huán)境有毒物質(zhì)進(jìn)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(shí)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(shí)驗(yàn)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。