自噬与Nrf2信号通路之间联系的研究进展

自噬是人体内常见且重要的生理现象之一,对于维持细胞的稳定及代谢需要具有关键意义。核因子E2相关因子(nuclear factor erythroid-derived factor 2-related factor,Nrf2)是调控细胞对抗外来异物和氧化损伤的关键转录因子,Nrf2信号通路在抗肿瘤、抗应激等方面发挥着广泛的细胞保护功能。随着研究进展,发现自噬与Nrf2信号通路间存在着广泛的相互作用机制。抑制自噬会导致p62积累,进而结合Keap1(Kelch-like ECH-associated protein 1)而激活Nrf2信号通路;同时也有研究发现,磷脂酰肌醇-3-激酶/蛋白激酶B(phosphatidyl inositol 3-kinase/protein kinase B,PI3K/Akt)等自噬和Nrf2的共同调节通路、活性氧(reactive oxidative species,ROS)等因素也参与自噬与Nrf2之间的相互调控。该文将以近期关于Nrf2信号通路与自噬之间关系研究进展作一综述,希望为临床疾病治疗提供新的视角。     

Nrf2的代谢调节作用与肿瘤的生长和增殖

核转录因子Nrf2[nuclear factor erythroid 2(NFE2)related factor 2]是细胞内重要的调节因子。通过与Keap1(Kelch-like-ECH associated protein 1)蛋白质的相互作用,Nrf2可以调控下游基因转录,发挥抗氧化应激、维持细胞内稳态的功能,而Nrf2在肿瘤细胞中的表达与肿瘤的发生发展具有重要关系。Nrf2通过调节肿瘤细胞代谢模式调控细胞生长和增殖,近年来成为了细胞生物学和肿瘤生物学领域的研究热点之一。该文介绍了Nrf2对于活性氧分子产生与清除以及多种物质代谢途径的调控作用,着重阐明Nrf2的代谢调节作用对肿瘤细胞生长增殖的影响及其与肿瘤耐药的关系,旨在为今后的临床研究提供更多信息。     

Nrf2抗氧化的分子调控机制

Nrf2是调控细胞氧化应激反应的重要转录因子,同时也是维持细胞内氧化还原稳态的中枢调节者。Nrf2通过诱导调控一系列抗氧化蛋白的组成型和诱导型表达,可以减轻活性氧和亲电体引起的细胞损伤,使细胞处于稳定状态,维持机体氧化还原动态平衡。本研究为了从分子层面深入探讨剖析Nrf2发挥抗氧化功能的作用机制,通过查找阅读大量相关文献并进行整理归纳,最终从Nrf2的结构与激活、Nrf2抗氧化功能以及Nrf2抗氧化的分子调控机制三个方面进行了概述分析。其中在对Nrf2抗氧化的分子调控机制的探讨部分,既探析了对Nrf2起激活作用的相关调节因子的作用机制,又分析了Nrf2被激活后对其下游多种抗氧化因子及谷胱甘肽氧化还原系统的诱导调控机制,以期较深入了解Nrf2抵抗机体氧化应激损伤作用及其抗氧化分子调控机制。     

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．     

血管内皮衰老和氧化应激

内皮活性氧主要来源于线粒体、内皮一氧化氮合成酶和NADPH氧化酶4。过量活性氧是氧化应激的主要原因,也是内皮衰老及相关疾病的主要原因之一。但细胞已经进化出合适的抗氧化信号通路及时清除过量活性氧,如Nrf2/Keap1-ARE、PPARγ、SIRT和FOXO等。其中,Nrf2/Keap1-ARE信号通路是目前已知的最强大内源性抗氧化信号通路。而且,这些通路之间可以协同作用抵抗氧应激损伤并促进细胞存活。对内皮衰老和氧化应激之间的关系理解有助于提供防治氧化应激相关疾病有用信息。     

PINK1/Parkin通路在线粒体自噬氧化损伤中的作用

线粒体是细胞进行氧化还原反应的主要场所,其数量、质量和功能的完整性对调节细胞内环境稳态和维持细胞正常生理功能发挥着重要作用。当机体受不利环境影响时,体内产生活性氧类(reactive oxygen species,ROS)和活性氮类(reactive nitrogen species,RNS)的水平显著增加,导致线粒体结构紊乱与功能障碍,引发机体氧化损伤,并且激活PINK1(PTEN induced putative kinase 1)/Parkin信号通路诱导的线粒体自噬,该通路同时也参与了细胞氧化损伤过程。该文从ROS与氧化应激、PINK1/Parkin通路与线粒体自噬及氧化损伤等方面展开,重点概述了PINK1/Parkin通路调控线粒体自噬在氧化损伤中的作用,为抗氧化产品的研发和机体氧化损伤相关疾病的防治提供新的思路与科学依据。     

核因子E2相关因子2在运动改善非酒精性脂肪性肝病中的作用

核因子E2相关因子2 (nuclear factor erythroid 2-related factor 2,Nrf2)信号通路在维持心血管疾病、神经系统退行性疾病以及慢性代谢性疾病中的细胞稳态方面起关键作用。研究表明,以氧化应激、炎症和线粒体功能失调为特征的慢性疾病可通过增加Nrf2表达来恢复机体氧化还原状态,治疗或预防疾病。非酒精性脂肪性肝病（nonalcoholic fatty liver disease,NAFLD）是一种由除酒精以外的其他多种因素导致的以肝脏脂肪变性为特征的慢性代谢性肝脏疾病,其患病率近年来在全球范围内逐渐增加。运动是防治NAFLD的有效手段,可通过运动方式、运动强度、运动环境和运动疲劳等因素影响Nrf2信号通路。本文通过阐述Nrf2信号通路的激活、其调控抗氧化的相关机制以及运动对Nrf2信号通路的影响,以NAFLD的发病机制为基础,探讨运动、Nrf2和NAFLD之间的关系,综述Nrf2在运动改善NAFLD中的作用及相关机制。为运动改善NAFLD的分子机制研究提供理论参考依据。     

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。     

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。     

植物中参与活性氧调控的基因网络

植物体内活性氧（reactive oxygen species,ROS）是氧化还原反应的必然副产物,具极高的活性和毒性,从而对细胞产生毒害。同时,活性氧作为信号分子对很多生理过程诸如植物生长发育、细胞程序化死亡及生物和非生物胁迫应答起调控作用。植物中ROS双重作用的协调机制目前尚不明确,确定的是细胞中ROS维持于稳定水平需要精细的调节。拟南芥中至少包括152个基因组成的网络参与ROS的调控,该网络具高度的灵活性和互补性。本文综述了ROS网络中鉴定的一些关键基因及细胞学定位和协同作用,ROS信号转导,尤其是叶绿体中ROS信号的调控。     

活性氧:从毒性分子到信号分子--活性氧与细胞的增殖、分化和凋亡及其信号转导途径

活性氧(reactive oxygen species,ROS)是生物体有氧代谢产生的一类活性含氧化合物的总称,主要包括O2·-、H2O2、·OH等,机体细胞通过多种途径维持ROS产生与消解的动态平衡。近年的研究揭示ROS参与细胞正常的生理过程,与细胞的增殖、分化及凋亡密切相关。不同刺激诱导细胞产生的内源性ROS可作为第二信使,通过改变氧化还原状态调节增殖、分化和凋亡相关的信号转导通路中多种靶分子的活性,最终决定细胞的命运。     

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.     

哺乳动物线粒体质量控制的机制

线粒体是真核生物细胞重要的细胞器,不仅通过氧化磷酸化为细胞生命活动提供能量,而且与细胞代谢和胁迫信号的传导、钙离子稳态、活性氧(reactive oxygen species,ROS)产生及细胞凋亡等重要生物过程密切相关。线粒体的质量控制系统对于维持细胞正常生理功能具有重要作用,其功能障碍将导致多种疾病的发生。该文综述了哺乳动物线粒体质量调控的分子机制,为通过调控线粒体质量维持机体健康、降低疾病发生提供理论依据。     

活性氧对NF-κB活性及JNK信号通路的调节

活性氧（ROS）是生物体有氧代谢过程中产生的一类活性含氧化合物的总称,机体细胞可通过多种途径维持ROS产生与降解的动态平衡。研究表明,活性氧可作为第二信使调节与细胞增殖、分化、凋亡相关的信号转导通路。c-JunN端激酶（JNK）通路可以介导氧化应激、细胞因子、紫外照射等引起的细胞凋亡。另外,κ基因结合核因子（NF-κB）是氧化应激调节的靶因子之一,同样也能诱导促进细胞内的氧化应激反应,还可通过活性氧蓄积抑制JNK的激活。简要综述活性氧对NF-κB和JNK信号通路的调节。     

植物过氧化物酶体在活性氧信号网络中的作用

过氧化物酶体是高度动态、代谢活跃的细胞器,主要参与脂肪酸等脂质的代谢及产生和清除不同的活性氧(reactive oxygen species, ROS)。ROS是细胞有氧代谢的副产物。当胁迫长期作用于植物,过量的ROS会引起氧胁迫,损害细胞结构和功能的完整性,导致细胞代谢减缓,活性降低,甚至死亡;但低浓度的ROS则作为分子信号,感应细胞ROS/氧化还原变化,从而触发由环境因素导致的过氧化物酶体动力学以及依赖ROS信号网络改变而产生快速、特异性的应答。ROS也可以通过直接或间接调节细胞生长来控制植物的发育,是植物发育的重要调节剂。此外,过氧化物酶体的动态平衡由ROS、过氧化物酶体蛋白酶及自噬过程调节,对于维持细胞的氧化还原平衡至关重要。本文就过氧化物酶体中ROS的产生和抗氧化剂的调控机制进行综述,以期为过氧化物酶体如何感知环境变化,以及在细胞应答中,ROS作为重要信号分子的研究提供参考。     

植物过氧化物酶体在活性氧信号网络中的作用北大核心CSCD

过氧化物酶体是高度动态、代谢活跃的细胞器,主要参与脂肪酸等脂质的代谢及产生和清除不同的活性氧(reactive oxygen species,ROS)。ROS是细胞有氧代谢的副产物。当胁迫长期作用于植物,过量的ROS会引起氧胁迫,损害细胞结构和功能的完整性,导致细胞代谢减缓,活性降低,甚至死亡;但低浓度的ROS则作为分子信号,感应细胞ROS/氧化还原变化,从而触发由环境因素导致的过氧化物酶体动力学以及依赖ROS信号网络改变而产生快速、特异性的应答。ROS也可以通过直接或间接调节细胞生长来控制植物的发育,是植物发育的重要调节剂。此外,过氧化物酶体的动态平衡由ROS、过氧化物酶体蛋白酶及自噬过程调节,对于维持细胞的氧化还原平衡至关重要。本文就过氧化物酶体中ROS的产生和抗氧化剂的调控机制进行综述,以期为过氧化物酶体如何感知环境变化,以及在细胞应答中,ROS作为重要信号分子的研究提供参考。     

Nrf2 信号通路及其在肝组织中的作用

肝脏是一个多方面高度调节的防御性器官,能够抵御多种化学/ 氧化应激,而在这个防御系统的最前线是一群被称作转录因子的特殊蛋白,这些蛋白能识别并结合于特异性基因启动子区域中特异的DNA 元件,从而调节多种细胞保护性基因的基础型和诱导型表达,发挥细胞保护作用。而转录因子NF-E2 相关因子2（Nrf2）是细胞防御化学/ 氧化应激的重要调节因子之一。综述Nrf2 信号通路中主要调控因子的相互作用、Nrf2 的激活与失活机制以及Nrf2 信号通路在肝组织中的作用。     

植物中的活性氧研究概述

活性氧作为有氧代谢的副产物不断在植物体内产生。在正常的生长环境条件下,植物将产生活性氧(reaction oxygen species, ROS)作为信号代谢分子以调控不同的代谢反应,例如病毒防御、细胞程序性死亡和气孔开闭等;当氧化胁迫发生时,胞内活性氧稳态受到严重破坏,影响作物的生长发育,从而降低作物产量及品质。为了降低因过量活性氧对植物体所造成的伤害,植物体内进化出了两种活性氧清除系统:酶清除系统和非酶清除系统。本文就此对植物在生长发育过程中ROS的产生、利弊、清除机制以及在作物改良上应用的可能性进行了系统的讨论。     

miRNAs对动物肠道健康的调控作用

miRNAs(micro RNAs)是一类长约22 nt,参与mRNA转录后调控的非编码小分子RNA。作为基因表达的关键调控因子,其参与了各类细胞的增殖、分化、凋亡以及机体的生长发育等多种生命活动。肠道不仅是机体营养物质消化吸收的主要部位,也是重要的免疫器官。研究表明,miRNAs在肠道中的表达丰富,对肠道正常的发育及功能起重要的调控作用。文章结合本研究组的研究成果,对miRNAs的生物合成以及其对动物肠道功能的影响、肠道稳态的维持等方面的研究进展做简要综述,以期在分子营养学方面,为深入了解miRNAs对动物肠道健康的调控作用提供理论指导依据。     

硫化氢调节植物氧化应激响应的作用机制

氧化应激是一种氧化还原失衡的状态，易引起生物体组织细胞发生氧化损伤。通过激活抗氧化系统调节氧化还原平衡是生物体内普遍存在的氧化应激响应机制。硫化氢(hydrogen sulfide, H₂S)是生物体内重要的信号分子，它能通过多种途径调节机体生理反应和胁迫响应。本文综述了植物中H₂S的产生途径，H₂S常见供体的特性，H₂S、活性氧(reactive oxygen species, ROS)和活性氮(reactive nitrogen species, RNS)在调节植物氧化应激响应中的研究进展；重点讨论了H₂S调节植物氧化应激响应的方式，及其与ROS和RNS在植物氧化还原平衡调节中的相互作用调控，为理解植物氧化应激响应过程中信号分子的作用机制提供参考。