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．     

阿里红多糖通过激活Nrf2/ARE通路改善阿尔茨海默病大鼠海马及脑皮层的氧化应激损伤

探讨阿里红多糖(Fomes officinalis Ames polysaccharides,FOPS)抗氧化应激的作用,并从Nrf2/ARE信号通路研究其作用机制。72只健康雄性SD大鼠称体质量并按随机原则分为空白组、模型组、盐酸多奈哌齐组(0.5 mg/kg)、阿里红多糖高、中、低剂量组(100、50、25 mg/kg),每组12只。采用大鼠双侧海马CA1区注射(5μL/侧)Aβ1-42建立AD大鼠模型,给药30天,Morris水迷宫检测行为学变化,荧光定量RT-qPCR和蛋白免疫印迹法(Western blotting)检测各组大鼠脑皮层和海马组织中结构蛋白Keap1、Nrf2及下游抗氧化蛋白HO-1、NQO1 mRNA及蛋白含量。结果发现,干预30天后,与空白组比较,AD模型组大鼠学习记忆能力显著下降(P<0.01),大鼠海马区及脑皮层Nrf2、NQO1、HO-1的mRNA含量及蛋白表达量显著下降(P<0.01),而Keap1 mRNA含量及蛋白表达量显著升高(P<0.01);与模型组比较,盐酸多奈哌齐和阿里红多糖高、中剂量组大鼠的学习记忆能力显著升高(P<0.01),大鼠海马区及脑皮层Nrf2、NQO1、HO-1 mRNA含量及蛋白表达量显著升高(P<0.05,P<0.01),Keap1 mRNA含量及蛋白表达量显著降低(P<0.05,P<0.01)。研究表明阿里红多糖通过调节Keap1的表达,促进Nrf2激活,诱导NQO1、HO-1的表达,发挥提高机体抗氧化损伤作用,从而改善AD大鼠学习记忆能力。     

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/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。     

葡萄籽原花青素通过Nrf2/ARE信号通路抗高糖诱导的HUVEC-12细胞氧化损伤

研究葡萄籽原花青素提取物(GSPE)对高糖诱导的人脐静脉内皮细胞HUVEC-12氧化应激损伤的保护作用及其相关机制。建立高糖诱导的HUVEC-12细胞模型,测定细胞活力,检测细胞内活性氧(ROS)水平、乳酸脱氢酶(LDH)与超氧化物歧化酶(SOD)活性及Nrf2/ARE信号通路中相关基因mRNA水平和蛋白含量。结果显示GSPE作用后显著提高HUVEC-12细胞活力,抑制高糖诱导的细胞内ROS水平升高,增强SOD活性(P0.05),并呈现剂量依赖效应。GSPE作用能同时提高抗氧化转录因子Nrf2和下游区GSH-Px、HO-1、γ-GCS、NQO1基因的表达量以及HO-1、NQO1蛋白的含量(P0.05)。结果表明GSPE能通过激活Nrf2/ARE通路对抗高糖诱导的HUVEC-12细胞氧化应激损伤。     

人参皂苷Rg1拮抗D-半乳糖致睾丸间质细胞雄激素分泌障碍的机制研究

该文重点探讨人参皂苷Rg1拮抗D-半乳糖(D-gal)致小鼠睾丸间质细胞分泌雄激素障碍的机制。采用D-gal构建小鼠衰老模型,体内注射Rg1干预衰老过程,观察睾丸组织细胞衰老的病理学改变;体外构建D-gal致睾丸间质细胞(TM3细胞株)衰老模型,在培养体系加入Rg1拮抗D-gal的致衰老作用。衰老相关半乳糖苷酶(SA-β-Gal)染色观察小鼠睾丸组织细胞和体外培养TM3细胞的衰老情况;ELISA法检测TM3细胞分泌睾酮水平和细胞氧化应激损伤水平;荧光探针DCFH-DA检测细胞活性氧(ROS)水平;Western blot检测TM3细胞合成睾酮的关键酶和Nrf2/ARE抗氧化通路相关蛋白表达;qRT-PCR法检测相关炎症因子及睾酮合成关键酶基因的mRNA表达。结果显示,注射Rg1拮抗D-gal致小鼠衰老过程,衰老的睾丸间质细胞数量明显减少。Rg1体外拮抗D-gal致TM3细胞衰老作用后,细胞分泌睾酮水平无显著降低;IL-1、IL-6、IL-8等炎症因子的基因表达受到抑制;细胞内GSH-Px和CAT表达活性提高同时细胞产生丙二醛(MDA)与活性氧(ROS)能力受到抑制;StAR、3β-HSD及P450scc等睾酮合成关键酶基因及蛋白表达上调;Nrf2、HO-1等抗氧化蛋白表达上调,Keap1蛋白表达下调。研究提示,Rg1可能通过激活Nrf2/ARE抗氧化信号通路,拮抗D-gal对睾丸间质细胞的氧化应激损伤,进而调控睾丸雄激素的分泌功能。     

Keap1-Nrf2信号通路参与子宫内膜癌细胞增殖、转移、耐药机制的研究

目的:研究Kelch样环氧氯丙烷相关蛋白1(Keap1)-核转录因子E2相关因子(Nrf2)信号通路对子宫内膜癌细胞生长、转移及耐药的影响。方法:选择代表I型子宫内膜癌细胞的KLE细胞株和代表II型子宫内膜癌的ARK2细胞株,采用real-time PCR和Western blot法测定两细胞株Keap1和Nrf2基因m RNA、蛋白表达,MTT法检测两细胞株对顺铂耐药性。对Keap1表达更低、耐药性更强的ARK2细胞株的Keap1基因过表达。Real-time PCR、Western blot、平板克隆实验、MTT法、Transwell迁徙、侵袭实验等方法研究ARK2细胞中Keap1过表达对Nrf2及下游靶基因表达、细胞生长、侵袭、耐药的影响。结果:在ARK2和KLE细胞中Nrf2基因m RNA表达无明显差异,ARK2细胞中Keap1基因表达无论是m RNA还是蛋白水平在的表达均要低于KLE细胞株,而Nrf2蛋白水平的表达在ARK2细胞株中则要明显高于KLE细胞株。Keap1表达较低的ARK2细胞较Keap1高表达的KLE细胞耐药性更高。ARK2细胞株中Keap1过表达能够明显下调Nrf2蛋白及下游基因ABCC2、γ-GCS表达;MTT实验和平板克隆实验表明Keap1过表达能够降低ARK2细胞增殖能力;Keap1过表达能够降低ARK2细胞迁徙和侵袭能力;Keap1过表达能够显著提高ARK2细胞对顺铂的敏感性。结论:Keap-Nrf2信号通路在子宫内膜浆液性癌细胞株ARK2中活化程度显著高于子宫内膜样癌细胞株KLE,Keap1对Nrf2蛋白表达调控是基于转录后的,且低表达的Keap1及高表达的Nrf2蛋白和肿瘤细胞的高耐药性有关。在子宫内膜浆液性癌细胞株ARK2中上调Keap1基因表达能够有效的下调Nrf2蛋白及其下游基因的表达,并降低肿瘤细胞的生长、迁徙、侵袭能力,且能提高肿瘤细胞对顺铂的敏感性。     

TLR4-Nrf2/HO-1信号通路在小鼠机械通气所致肺损伤的作用研究

目的:机械通气作为一重要措施,拯救呼吸衰竭患者的生命,有致肺血管炎症及渗透增加等病变的可能,即VILI。本研究旨在明确VILI是否受潮气量、Toll样受体4(Toll-like receptor-4,TLR4)基因敲除及核因子-E2相关受体2/血红素氧化酶-1(Nuclear factor-erythroid 2 related factor2/heme oxygenase 1,Nrf2/HO-1)表达的激活关联是否存在。方法:TLR4基因缺失和野生型(WT)小鼠分别分为对照(CON),低潮气量(low tidal volume,LTV)和高潮气量(high tidal volume,HTV)组。给小鼠禁食、禁水12小时后,麻醉小鼠,做气管切开,将气管导管经口插入,通气4小时,呼气末正压(PEEP)2 cm H2O,R:100次/分钟,吸呼比1:2;CON组仅气管插管。小鼠处死,测湿/干重比(W/D)。肺组织依次:HE染色组织学评价;评价肺损伤评分;测定肺炎症因子表达:肿瘤坏死因子-α(tumor necrosis factor-α,TNF-α)及白介素-1β(interleukin-1β,IL-1β);免疫组化及免疫印迹法,测Nrf2蛋白值;测HO-1蛋白值。结果:在WT+HTV组,Nrf2和HO-1的表达比较WT+LTV组明显升高,但受到TLR4基因敲除的调节,相应的TLR4基因敲除组升高更明显。肺损伤评分、湿/干比在WT+HTV组增加,相应的TLR4基因敲除组升高更显著。结论:HTV通气可致小鼠VILI。VILI小鼠肺中的Nrf2/HO-1表达升高,TLR4基因缺失可以升高Nrf2/HO-1表达,保护肺组织,减轻VILI。     

植物乳杆菌对非酒精性脂肪肝小鼠的肝保护机制

为了揭示植物乳杆菌对非酒精性脂肪肝小鼠的肝保护机制,本研究通过对昆明小鼠饲喂高脂高糖小鼠饲料来建立非酒精性脂肪肝小鼠模型,之后按10 m L/kg的剂量对小鼠灌胃1.0×108 CFU/mL的植物乳杆菌NCU116溶液,持续8周。研究结果显示,植物乳杆菌NCU116处理,不仅显著降低小鼠血清TC、TG和LDL水平,并升高血清HDL水平(p0.05);也显著降低小鼠的血清和肝脏中的FFA水平(p0.05);且显著抑制ALT和AST的升高;增加AMPK和ACC的磷酸化水平,并抑制了SREBP-1和FAS的表达(p0.05);同时显著升高CAT和SOD水平,并显著降低MDA水平(p0.05);显著上调Nuclear Nrf2和HO-1的表达水平,并下调Keap1水平(p0.05)。本研究结果表明植物乳杆菌NCU116对非酒精性脂肪性肝病具有保护作用,通过激活AMPK和Nrf2通路来抑制脂质代谢和氧化应激。     

miR-19通过Keap-Nrf2/HO-1信号通路对卵巢癌细胞增殖的影响

摘要 目的：研究卵巢癌组织和细胞中miR-19的表达,探讨其异常表达对卵巢癌细胞Kelch样环氧氯丙烷相关蛋白-1（Kelch-like epichlorohydrin-associated protein1,Keap1）--核因子E2相关因子2（nuclearfactor-E2-relatedfactor2,Nrf2） /血红素氧合酶-1（heme oxygenase1,HO-1）信号通路及卵巢癌细胞增殖的影响。方法：回顾性收集2019年1月至2020年12月于我院就诊的患者经病理切片诊断为卵巢癌上皮细胞的手术标本30例,卵巢良性肿瘤标本30例,正常卵巢组织标本30例。免疫组化检测不同标本中Keap1、Nrf2、HO-1的表达,检测卵巢组织及细胞中miR-19、Keap1、Nrf2、HO-1的mRNA表达水平,及卵巢癌细胞中Keap1、Nrf2、HO-1的蛋白表达水平。在OVCAR-3细胞中沉默miR-19后,Western Blot检测细胞内Keap1、Nrf2、HO-1蛋白表达水平,收集沉默miR-19,对照组,沉默Nrf2、对照组的OVCAR-3细胞,继续培养0 h、24 h、48 h后,检测细胞增殖和凋亡。结果：Keap1蛋白在卵巢癌组织中的阳性表达显著低于良性卵巢肿瘤组织及正常卵巢组织;Nrf2和HO-1蛋白在卵巢癌组织中的阳性表达显著低于良性卵巢肿瘤组织及正常卵巢组织（P＜0.05）;沉默miR-19抑制其表达后,细胞内Keap1 mRNA、蛋白表达水平明显升高,Nrf2、HO-1 mRNA表达水平无明显变化,蛋白表达水平明显降低（P＜0.05）;沉默miR-19 组、沉默Nrf2组与转染阴性对照组相比,增殖能力明显降低,凋亡能力明显升高（P＜0.05）。结论：卵巢癌细胞中,miR-19表达水平升高,可通过调控Keap1-Nrf2/HO-1信号通路影响卵巢癌细胞的增值、凋亡能力。     

Effects of different exercise durations on Keap1-Nrf2-ARE pathway activation in mouse skeletal muscle

Abstract

The purpose of this study was to investigate the effects of acute exercise stress on the nuclear factor-erythroid2 p45-related factor 2 (Nrf2)/antioxidant response element (ARE) transactivation, Kelch-like ECH-associated protein 1 (Keap1) cytosolic protein and Nrf2 nucleoprotein expressions, Nrf2 target genes mRNA expressions, and glutathione redox (GSH/GSSG) ratio level; with a particular focus on the changes in Keap1-Nrf2-ARE pathway activation following different durations of exercise. Wild-type mice (C57BL/6J, two months old) were separated into one-hour and six-hour treadmill running groups, as well as a non-exercise control group (n = 10 in each group). Measurements of Nrf2/ARE transactivation, Nrf2 nucleoprotein expressions, Keap1 cytosolic protein expression, Nrf2 target genes’ mRNA expressions (superoxide dismutase-1 [SOD1], superoxide dismutase-2 [SOD2], γ-glutamyl cysteine ligase-modulatory [GCLm], γ-glutamyl cysteine ligase-catalytic [GCLc], glutathione reductase [GR], glutathione peroxidase-1 [Gpx1], catalase [CAT], and hemoxygenase-1 [Ho-1]), and GSH/GSSG ratio were carried out immediately after exercise. The results showed significant increases in Keap1-Nrf2-ARE pathway activation and the mRNA expressions of six measured enzymes in skeletal muscle after six hours of exercise; while in the one-hour exercise group, there was no change in Keap1-Nrf2-ARE pathway activation and only two enzymes’ mRNA expressions were increased. It is suggested that the changes in Keap1-Nrf2-ARE pathway activation and its target genes’ mRNA expressions were dependent on the exercise duration, with longer duration associated with higher responses.