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在阿尔茨海默病中的研究现状

阿尔茨海默病(Alzheimer's disease,AD)是最常见的神经系统变性疾病,主要病理特征为细胞外老年斑(senile plaques,SP)和细胞内神经原纤维缠结(neurofibrillary tangles,NFT)形成.但其发病机制不清,涉及多种病理学变化如炎症反应、氧化应激、线粒体功能障碍、细胞凋亡以及突触功能障碍等.核因子E2相关因子2(nuclear factor erythroid 2-related factor 2,Nrf2)是经典的调控机体抗氧化应激反应的核转录因子.Nrf2激活后诱导抗氧化蛋白的表达,提高机体的抗氧化应激能力.随着Nrf2抗氧化应激作用研究的深入,发现Nrf2不仅能够通过抗氧化应激延缓AD的发生发展,且在AD的病理性沉积物的清除、抗炎、抗凋亡、神经营养等方面扮演着重要的角色.近年来,由于多种针对单一靶点的抗AD药物临床试验的失败,有学者提出Nrf2可能是实现AD多靶点疗法的重要因子.因此,本文对Nrf2在AD中的研究现状做一综述,为寻找治疗AD潜在的生物学靶点提供理论依据.     

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。     

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。     

Fisetin对H_2O_2诱导细胞内ROS的清除作用及机制探讨

活性氧(reactive oxygen species, ROS)在非酒精性脂肪肝、心血管疾病、癌症、糖尿病等疾病发生发展的过程中具有重要作用。HepG2细胞是评价抗氧化剂对活细胞氧化损伤保护作用的常用细胞模型。为了探讨非瑟酮(fisetin)对H_2O_2诱导细胞内ROS的清除作用及其机制,将HepG2细胞随机分为空白对照组(control)、溶剂对照组(solvent control)、H_2O_2模型组(H_2O_2model group)、fisetin干预组(fisetin+H_2O_2)、fisetin单独处理组(fisetin),检测不同干预组细胞存活率大小及细胞内ROS水平,同时检测核因子E2相关因子2 (nuclear factor erythroid 2-related factor 2, Nrf2)、Kelch样ECH相关蛋白1 (Kelch-like ECH-associated protein 1, Keap1)及Ⅱ相酶血红素氧合酶-1 (heme oxygenase-1, HO-1)、谷氨酰半胱氨酸连接酶催化亚基(glutamate-cysteine ligase catalytic subunit,GCLC)、谷氨酰半胱氨酸连接酶修饰亚基(glutamate-cysteine ligase modifier subunit, GCLM)、醌氧化还原酶1(NAD(P)H quinone oxidoreductase 1, NQO1)的表达。此外,通过构建Nrf2敲低细胞系,进一步明确Nrf2在fisetin清除ROS过程中的作用。研究发现,与H_2O_2模型组相比, fisetin干预组细胞存活率显著上升; fisetin可抑制由H_2O_2引起的HepG2细胞内ROS的增加,上调Nrf2、HO-1蛋白表达,并下调Keap1蛋白表达; Nrf2稳定敲低后,细胞内ROS水平增加。实验结果表明, fisetin可能通过激活Keap1/Nrf2/抗氧化反应元件(antioxidant response element, ARE)通路诱导HO-1的表达,从而在抗氧化损伤过程中发挥细胞保护作用。     

核转录因子相关因子2的活化在肿瘤代谢中的作用

核转录因子(NF-E2)相关因子2（nuclear factor erythroid 2 related factor 2, Nrf2）是细胞应对外界应激的主要调控因子,通过调控多种靶基因的表达,在生理条件下减轻氧化应激,维持细胞稳态。其上游受多种因素调控,包括氧化与亲电应激、外界营养状态、细胞内代谢中间产物和能量状态等。在肿瘤细胞中,异常活跃的Nrf2使其抗氧化能力增强,并且通过介导代谢重编程（metabolic reprogramming）,促进肿瘤细胞增殖和生长。Keap1 (Kelch-like ECH-associated protein 1)是氧化和亲电应激感受器,通过募集泛素降解系统,对Nrf2的活性起主要调控作用。本文介绍Keap1依赖与非依赖条件下Nrf2的活化途径,着重介绍在肿瘤中Nrf2的异常活化,以及如何调控代谢重编程进而调节肿瘤细胞的合成代谢,最终促进肿瘤的进展。     

萝卜硫素对急性低温暴露鼠骨骼肌Nrf2介导的抗氧化能力的影响

萝卜硫素(sulforaphane,SFN)是一种在十字花科植物中含量丰富,且具有抗氧化效应的天然物质。本文基于核因子E2相关因子2(nuclear factor E2-related factor 2,Nrf2)介导的抗氧化系统,探究不同时长低温暴露对骨骼肌抗氧化酶的影响及SFN对低温暴露骨骼肌抗氧化能力的作用。首先,30只雄性C57BL/6N小鼠随机分为常温对照组(0 h组)、低温暴露1 h组(1 h组)和低温暴露3 h组(3 h组)。其次,40只雄性C57BL/6N小鼠随机分为PBS常温对照组(PBS+Con),PBS低温暴露3 h组(PBS+Cold),SFN常温对照组(SFN+Con)和SFN低温暴露3 h组(SFN+Cold)。小鼠在急性温度干预前腹腔注射4次SFN或等体积PBS。急性低温暴露后,取小鼠骨骼肌,试剂盒检测活性氧(ROS)水平、总抗氧化能力(T-AOC)、还原型谷胱甘肽(GSH)和氧化型谷胱甘肽(GSSG)含量;荧光实时定量PCR检测Nrf2介导的抗氧化酶和参与生成谷胱甘肽相关酶的mRNA转录水平;Western blot检测Nrf2介导的抗氧化酶蛋白表达。结果显示,与0和1 h组相比,3 h组小鼠骨骼肌Nrf 2和抗氧化酶基因(Gpx 1、Hmox1、Cat、Sod 1和Nqo 1)的mRNA转录水平显著降低,ROS水平显著增加。与PBS+Con组相比,PBS+Cold组小鼠骨骼肌Nrf2和抗氧化酶(HMOX1和CAT)蛋白表达、GSH/GSSG比值及T-AOC水平显著降低,而GSSG含量和ROS水平增加。与PBS+Cold组相比,SFN+Cold组小鼠骨骼肌Nrf 2 mRNA及其蛋白表达、抗氧化酶(HMOX1和SOD1)蛋白表达、抗氧化酶基因(Gpx 1、Hmox 1、Cat、Sod 1和Nqo 1)mRNA转录水平、参与GSH生成的酶基因(Gclm和Gss)mRNA转录水平、GSH/GSSG比值以及T-AOC水平显著提高,而GSSG含量和ROS水平显著降低。综上,3 h急性低温暴露降低了Nrf2介导的抗氧化作用。而低温暴露前给予SFN补充,则激活了Nrf2介导的抗氧化酶和谷胱甘肽抗氧化系统,增强了骨骼肌抗氧化能力。     

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.     

黄芪甲苷对神经毒素损伤PC12细胞的保护作用及分子模拟研究

该文研究了黄芪甲苷(Astragaloside A, AS-IV)对神经毒素6-羟多巴胺(6-hydroxydopamine, 6-OHDA)损伤PC12细胞的保护作用,并通过分子模拟探究其机制。使用6-OHDA建立PC12细胞损伤模型,通过检测细胞增殖率,培养基上清中乳酸脱氢酶(lactate dehydrogenase, LDH)的释放量,细胞凋亡,细胞内超氧化物歧化酶(superoxide dismutase, SOD)、总谷胱甘肽(glutathione, GSH)的活性,总抗氧化能力(total antioxidant capacity, T-AOC),细胞中核转录因子E2相关因子2(nuclear factor erythroid 2-related factor 2, Nrf2)蛋白的表达情况,评估AS-IV对PC12细胞的保护作用及机制。将化合物对接至Nrf2的负性调节蛋白Kelch样ECH相关蛋白1(Kelch-like ECH-associated protein-1,Keap1)上,并建立“化合物-靶点”复合物的分子动力学模拟体系,进一步研究其相互作用模式。结果显...     

AhR与Nrf2基因相互作用的分子机制研究进展

芳香烃受体(Aryl hydrocarbon receptor,AhR)作为一种配体依赖性激活的转录因子,调控肿瘤细胞的生长、增殖和凋亡,对环境中毒物和异物质代谢、机体免疫调节具有重要作用.核因子E2-相关因子2(Nuclear factor erythroid 2-related factor 2,Nrf2)是氧化还...     

Investigation of the mechanism of temperature sensitivity of the electroreceptors of ampullae of lorenzini

In experiments on Black Sea skates (Raja clavata), the potential of the receptor epithelium of the ampullae of Lorenzini and spike activity of single nerve fibers connected to them were investigated during electrical and temperature stimulation. Usually the potential within the canal was between 0 and –2 mV, and the input resistance of the ampulla 250–400 k. Heating of the region of the receptor epithelium was accompanied by a negative wave of potential, an increase in input resistance, and inhibition of spike activity. With worsening of the animal's condition the transepithelial potential became positive (up to +10 mV) but the input resistance of the ampulla during stimulation with a positive current was nonlinear in some cases: a regenerative spike of positive polarity appeared in the channel. During heating, the spike response was sometimes reversed in sign. It is suggested that fluctuations of the transepithelial potential and spike responses to temperature stimulation reflect changes in the potential difference on the basal membrane of the receptor cells, which is described by a relationship of the Nernst's or Goldman's equation type.I. P. Pavlov Institute of Physiology, Academy of Sciences of the USSR, Leningrad. I. M. Sechenov, Institute of Evolutionary Physiology and Biochemistry, Academy of Sciences of the USSR, Leningrad. Pacific Institute of Oceanology, Far Eastern Scientific Center, Academy of Sciences of the USSR, Vladivostok. Translated from Neirofiziologiya, Vol. 12, No. 1, pp. 67–74, January–February, 1980.     

真菌类遗传学分析的知识结构教学

本文以认知结构理论为指导,讨论了真菌类遗传分析与高等动植物遗传分析的内在联系,认为利用这种内在联系进行教学可收到好的效果并说明了作者的具体教学过程。 Abstract:In the paper, the relationship between genetic analysis of Fungi and genetic analysis of high animal and plant was discussed.A good results were obtained when we adopted this method in the teaching.     

Analysis of mechanism of formation of epidemic variant of disease activator

Pre-epidemic circulation of a multivariate agent is simulated. An assumption on the possibility of forming a new variant as a combination of properties of circulating variants is examined.