氧化和化学应激的防御性转导通路——Nrf2/ARE

Nrf2/ARE是近年新发现的机体抵抗内外界氧化和化学等刺激的防御性转导通路．生理条件下,NF-E2相关因子2(Nrf2,NF-E2-related factor 2)在细胞质中与Keap1结合处于非活性、易降解的状态.在内外界自由基和化学物质刺激时,Keap1的构象改变或者Nrf2直接被磷酸化,导致Nrf2与Keap1解离而活化．活化的Nrf2进入细胞核,与抗氧化反应元件(ARE)结合,启动ARE下游的Ⅱ相解毒酶、抗氧化蛋白、蛋白酶体/分子伴侣等基因转录和表达以抵抗内外界的有害刺激．MAPK、PI3K/AKT、PKC等信号通路分子广泛参与了Nrf2的活化和核转位过程,但是具体何种通路被激动、何种通路发挥主导作用,取决于刺激物种类、刺激方式和细胞类型．本文就Nrf2分子结构、Nrf2活化机制、Nrf2/ARE调控的下游基因、与Nrf2相关的信号通路分子以及其在肿瘤、炎症、衰老等应用领域的最新进展进行综述．     

Nrf2/ARE信号通路与胃癌耐药关系的研究进展

胃癌是癌症死亡的第二大原因。化疗是胃癌治疗的主要方法之一,胃癌化疗失败的主要原因是对化疗药物的耐受。Nrf2/ARE信号通路与肿瘤耐药的关系是当前的研究热点。转录因子Nrf2作为抗氧化反应中的关键转录因子,可以与抗氧化反应元件ARE结合,正向调节II相解毒酶、抗氧化酶及某些药物转运泵基因等靶基因的表达,诱导胃癌耐药性的产生。该综述整理归纳了Nrf2/ARE信号通路与胃癌耐药之间的关系。     

Nrf2/ARE通路在抗病原生物感染中的作用研究进展

氧化应激反应是病原生物感染并致病的重要环节,病原生物感染可诱导宿主细胞产生大量的活性氧(ROS)或直接激活Nrf2/ARE通路,产生一系列保护性蛋白,保护宿主细胞抵抗氧化应激损伤。转录因子NF-E2相关因子2(Nrf2)是宿主细胞调节抗氧化应激的一种关键转录因子,可与抗氧化反应元件(ARE)相互作用,诱导抗氧化酶/Ⅱ相解毒酶基因的表达,从而在细胞保护防御中发挥重要作用。Nrf2的表达活性与病原生物感染密切相关,对N rf2/ARE通路在抗病原生物感染中的最新研究进展进行了综述。     

基于模式生物斑马鱼Nrf2的相关研究进展

Nrf2/ARE信号通路是大多数生物体内抗氧化应激反应、抵抗内外界刺激的关键通路,在抗炎症、免疫、抗肿瘤、抗凋亡、神经保护等方面起着重要的作用。斑马鱼作为一种常见的模式动物,广泛地应用于发育生物学、遗传学和毒理学等研究领域。研究表明转录因子NF_E2相关因子2(NF-E2-related factor 2,Nrf2)不仅在哺乳动物体内存在,也在斑马鱼体内存在并且高度保守,并在抗氧化应激反应中发挥着重要作用。本文通过对斑马鱼Nrf2的结构、生物学功能及其信号通路等方面的最新研究进行阐述,以期为Nrf2及其信号通路引发的相关疾病的预防和治疗提供新的思路。     

内皮细胞和平滑肌细胞氧化应激时Nrf2/ARE信号通路对抗氧化基因表达的调控:与动脉粥样硬化和先兆子痫的关系

动脉粥样硬化、糖尿病、慢性肾功能衰竭和先兆子痫等血管疾病时活性氧(reactive oxygen species,ROS)生成增加,容易导致内皮依赖性血管舒张功能的损害和血管损伤,而细胞可以诱导多种编码Ⅱ相解毒酶和抗氧化蛋白的基因表达,从而减轻ROS和亲电子物质介导的细胞损伤。一个被称为抗氧化反应元件(antioxidant response element,ARE)或亲电子反应元件(electrophile response element,EpRE)的顺式转录调控元件,可以介导诸如亚铁血红素加氧酶1、γ-谷氨酰半胱氨酸合成酶、硫氧还蛋白还原酶、谷胱甘肽-S转移酶和NAD(P)H:苯醌氧化还原酶等基因的转录。其他抗氧化酶,如超氧化物歧化酶、过氧化氢酶和非酶清除剂(如谷胱甘肽)等也参与ROS的清除。转录因子NF-E2相关因子2(nuclear factor-erythroid 2-related factor 2, Nrf2)是属于Cap‘n’Collar家族的转录因子,具有碱性亮氨酸拉链(basic region-leucine zipper,bZIP),它在ARE介导的抗氧化基因表达中起重要的作用。在正常情况下,Kelch样环氧氯丙烷相关蛋白-1(Kelch-like ECH-associated protein-1,Keapl)与Nrf2耦联,并与肌动蛋白细胞骨架结合被锚定于胞浆,但是在半胱氨酸残基发生氧化的情况下,Nrf2和Keapl解耦联,进入细胞核并与ARE结合,从而激活多种抗氧化基因和Ⅱ相解毒酶基因的转录。蛋白激酶C、丝裂原活化蛋白激酶和磷脂酰肌醇-3激酶参与Nrf2／ARE信号转导的调控。本文综述了有关Nrf2／ARE信号转导通路在血管稳态和动脉硬化、先兆子痫等疾病情况下内皮及平滑肌细胞对抗持续性氧化应激中起的作用。     

血管内皮Nrf2-ARE通路调控的研究进展与展望

核因子E2相关因子2(nuclear factor E2-related factor 2,Nrf2)是一种对细胞氧化应激十分敏感的基因转录因子,可诱导依赖抗氧化反应元件(ARE)的多种抗氧化蛋白的合成;Nrf2由Kelch样ECH相关蛋白1(Keap1)扣押于胞浆并被转运至26S蛋白酶体降解,从而维持在生理状态下Nrf2的低转录活性;创伤及氧化应激可诱导Nrf2从Keap1解离并转位至胞核,从而启动下游靶基因的转录激活.由蛋白激酶C(PKC)、丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)、肌酸激酶2(CK2)等蛋白激酶介导的Nrf2磷酸化、亲电子物质对Keap1巯基的修饰,以及泛素-蛋白酶体系统均与Nrf2-ARE通路的转录调控有关.     

Nrf2及天然产物导向的Nrf2激活剂研究进展

氧化应激能够破坏细胞内氧化还原平衡,造成系统和组织损伤,最终引起一系列疾病的产生。转录因子E2相关因子2(Nrf2),受Kelch样环氧氯丙烷相关蛋白1(Keap1)蛋白的调控,是细胞氧化应激反应中的关键因子,在氧化应激条件下,Nrf2从Keap1中分离,然后进入细胞核与抗氧化反应元件(ARE)结合,增加了Ⅱ相解毒酶的表达,保护细胞免受氧化损伤。天然产物对于药物发现具有重要意义,研究显示,Nrf2激活剂绝大多数也是天然产物或天然产物的衍生物。本文介绍Nrf2-Keap1信号通路的作用机制以及常见的天然产物导向的Nrf2激活剂。     

Keap1/Nrf2/ARE通路相关基因在热诱导的氧化应激小鼠肝脏中的表达

为了研究热应激对小鼠肝脏抗氧化功能及Keap1 (kelch-like ECH-associated protein- 1)/Nrf2（NF-E2-related factor 2）/ARE (antioxidant response element)通路相关基因表达的影响,选用30只8周龄雄性小鼠随机分成6组,每 d连续42 ℃热处理2 h,分别在热处理0 d(对照组)、1 d、2 d、4 d、8 d和12 d时观察肝脏组织形态学和免疫组织化学分析,另取一部分肝脏组织保存于-80 ℃用于后续荧光定量PCR实验,检测肝脏抗氧化指标及Keap1/Nrf2/ARE通路相关基因的表达．结果显示：小鼠的体表温度和直肠温度在热处理后都极显著高于热处理前．组织形态学观察发现,热处理导致小鼠肝脏组织充血和肝细胞水肿．小鼠肝脏氧化应激指标 MDA (malondialdehyde)含量在热处理第2 d较对照组显著升高,GSH (glutathione)含量、GSH-PX (glutathione peroxidase)活力和总SOD (superoxide dismutase)活力在第4 d和12 d都有升高．免疫组织化学发现,与对照组和第12 d组相比,Nrf2蛋白在第1 d,2 d,4 d,8 d表达明显,其中Nrf2蛋白在第4 d表达最为显著. 荧光定量RT PCR结果表明,与对照组比较Keap1基因的表达量从热处理第1 d开始显著降低,Nrf2基因的表达量在第4 d和12 d显著升高,HO-1 (Heme oxygenase-1)基因的表达量在第1 d显著升高,NQO1 (Quinone oxidoreductase)和GCLC (Glutamate cysteine ligase catalytic)基因的表达量在第1 d和4 d显著升高．上述结果表明,热应激引起了小鼠肝脏氧化损伤, Keap1/Nrf2/ARE通路可能参与了肝脏自身缓解热应激的过程.     

转录因子Nrf2在肝脏疾病中的作用

NF-E2相关因子2(nuclear erythroid 2-related factor 2,Nrf2)是一种能调节肝脏中大量解毒和抗氧化防御基因表达的重要转录因子.氧化应激与各种形式的肝损伤有密切的关系.Nrf2由亲电体压力或氧化应激激活,并通过结合抗氧化反应元件(antioxidant response element,ARE)诱导其靶基因,从而对细胞产生保护作用.因此,Nrf2通路在肝脏疾病中的作用已被深入研究.多种动物模型研究结果表明,Nrf2通路通过靶基因表达,在对抗病毒性肝炎、药物性肝损伤、酒精性肝病、非酒精性脂肪肝及肝癌方面表现出了不同的生物功能.根据Nrf2及其信号通路在对抗肝损伤中产生保护作用的相关文献,本文综述并讨论了其作为治疗肝损伤的药物作用靶点方面可能的应用前景.     

紫檀芪通过促进Nrf2核转移在调节髓核细胞炎症反应中的作用

紫檀芪(pterostilbene,PTE)是一种有效的抗炎抗氧化应激的天然药物,但是其对椎间盘髓核细胞(nucleus pulposus cells,NPCs)的作用以及机制未知。该文培养SD大鼠原代NPCs,采用CCK-8分析PTE的细胞毒性,ELISA、Real-time PCR和Griess方法分析PTE对IL-1β诱导的髓核细胞炎症反应的影响,Western blot、免疫荧光、NF-E2相关因子2(nuclear factor erythroid 2-related factor 2,Nrf2)si RNA转染等方法分析Nrf2在PTE抗炎中的作用。结果显示,20μmol/L PTE作用24 h对NPCs活力没有影响,PTE可以明显抑制IL-1β诱导产生的炎症介质一氧化氮(nitric oxide,NO)和前列腺素E2(prostaglandin E2,PGE2)的含量,并抑制环氧酶-2(cyclooxygenase-2,COX-2)和诱导型一氧化氮合酶(inducible nitric oxide synthase,i NOS)m RNA的水平(P0.05)。Western blot结果显示,PTE促进细胞核中Nrf2的升高,却导致胞质中Nrf2的降低(P0.05)。免疫荧光亦显示,Nrf2从细胞质转移到细胞核。转染Nrf2 si RNA后,Western blot证实细胞核中Nrf2的下调。Nrf2下调后的NPCs中,PTE作用下分泌的NO和PGE2的含量以及COX-2和i NOS m RNA的水平相对正常细胞明显升高(P0.05)。该研究结果提示,PTE可能通过促进NPCs中的Nrf2发生核转移导致下游一系列抗氧化应激基因的转录,进而抑制IL-1β诱导的炎症反应。     

Differential responses of the Nrf2-Keap1 system to laminar and oscillatory shear stresses in endothelial cells

The Nrf2-Keap1 system coordinately regulates cytoprotective gene expression via the antioxidant responsive element (ARE). The expression of several ARE-regulated genes was found to be up-regulated in endothelial cells by laminar shear stress, suggesting that Nrf2 contributes to the anti-atherosclerosis response via the ARE. To gain further insight into the roles that Nrf2 plays in the development of atherosclerosis, we examined how Nrf2 regulates gene expression in response to anti-atherogenic laminar flow (L-flow) or pro-atherogenic oscillatory flow (O-flow). Exposure of human aortic endothelial cells (HAECs) to L-flow, but not to O-flow, induced the expression of cytoprotective genes, such as NAD(P)H quinone oxidoreductase 1 (NQO1) by 5-fold and heme oxygenase-1 by 8-fold. The critical contribution of Nrf2 to the expression induced by L-flow was ascertained in siRNA-mediated knock-down experiments. Two cyclooxygenase-2 (COX-2) specific inhibitors attenuated Nrf2 nuclear accumulation in the acute phase of L-flow exposure. A downstream product of COX-2, 15-deoxy-Delta(12,14)-prostaglandin J2 (15d-PGJ2), activated the Nrf2 regulatory pathway in HAECs through binding to the cysteines of Keap1. These results demonstrate that 15d-PGJ2 is essential for L-flow to activate Nrf2 and induce anti-atherosclerotic gene expression. Whereas both L-flow and O-flow induced the nuclear accumulation of Nrf2 to comparable levels, chromatin immunoprecipitation analysis revealed that Nrf2 binding to the NQO1 ARE was significantly diminished in the case of O-flow compared with that of L-flow. These results suggest that O-flow inhibits Nrf2 activity at the DNA binding step, thereby suppressing athero-protective gene expression and hence predisposing the blood vessels to the formation of atherosclerosis.     

Neuroprotective effect of Nrf2/ARE activators, CDDO ethylamide and CDDO trifluoroethylamide, in a mouse model of amyotrophic lateral sclerosis

Oxidative damage, neuroinflammation, and mitochondrial dysfunction contribute to the pathogenesis of amyotrophic lateral sclerosis (ALS), and these pathologic processes are tightly regulated by the Nrf2/ARE (NF-E2-related factor 2/antioxidant response element) signaling program. Therefore, modulation of the Nrf2/ARE pathway is an attractive therapeutic target for neurodegenerative diseases such as ALS. We examined two triterpenoids, CDDO (2-cyano-3,12-dioxooleana-1,9-dien-28-oic acid) ethylamide and CDDO trifluoroethylamide (CDDO-TFEA), that potently activate Nrf2/ARE in a cell culture model of ALS and in the G93A SOD1 mouse model of ALS. Treatment of NSC-34 cells stably expressing mutant G93A SOD1 with CDDO-TFEA upregulated Nrf2 expression and resulted in translocation of Nrf2 into the nucleus. Western blot analysis showed an increase in the expression of Nrf2/ARE-regulated proteins. When treatment started at a “presymptomatic age” of 30 days, both of these compounds significantly attenuated weight loss, enhanced motor performance, and extended the survival of G93A SOD1 mice. Treatment started at a “symptomatic age,” as assessed by impaired motor performance, was neuroprotective and slowed disease progression. These findings provide further evidence that compounds that activate the Nrf2/ARE signaling pathway may be useful in the treatment of ALS.