氧化應激過程中信號轉導通路的研究進展

陳榕，夏中元，孟慶濤，魏曉冬

(武漢大學人民醫院，武漢430060)

氧化應激(OS)的概念于1970年由Paniker等［1］研究谷胱甘肽還原酶在磷酸戊糖途徑中的作用時首次提出。正常生理狀態下，機體可不斷產生活性氧(ROS)、超氧陰離子等活性物質，同時大部分被體內的超氧化物歧化酶(SOD)、谷胱甘肽還原酶、維生素E等抗氧化物清除，剩余的ROS在維持血管緊張度、參與膜受體介導的信號轉導過程中具有重要作用;當機體遭受各種有害刺激時，體內ROS產生過多，氧化程度超出抗氧化物的清除能力，即出現OS。OS過程中涉及多種氧化通路和抗氧化通路，本文結合文獻就其過程中涉及的核因子E2相關因子2-Kelch樣環氧氯丙烷相關蛋白1-抗氧化反應序列元件(Keap1-Nrf2-ARE)通路、磷脂酰肌醇-3-激酶/蛋白激酶 B(PI3K/Akt)通路及 Toll樣受體(TLRs)介導的信號轉導通路的研究進展綜述如下。

1 Keap1-Nrf2-ARE通路

Keap1-Nrf2-ARE通路是近年發現的抗OS通路，介導Ⅱ相解毒酶和抗氧化基因的轉錄。正常情況下，絕大部分Nrf2與胞質Keap1結合，以非活性狀態存在于細胞質中，不進入細胞核。當受到ROS刺激時，Nrf2與Keap1解離而激活。以往研究認為，Keap1的半胱氨酸殘基被修飾，改變了Keap1構象，使得Nrf2解離［5］;近年研究發現，ROS通過 PI3K、絲裂原活化蛋白激酶等途徑直接使Nrf2磷酸化從Keap1-Nrf2復合體上分離［6］。激活后的 Nrf2進入細胞核，與小Maf蛋白形成異二聚體并結合ARE，促進下游靶基因的表達，提高機體抗氧化能力［7］。在氧化還原平衡恢復之后，Nrf2轉回胞質中，經泛素-蛋白酶體途徑降解［8］或通過負反饋調節使其消耗后維持正常水平［9］。

Maruyama等［10］研究發現，在KAP1缺乏的小鼠中，Nrf2轉錄的血紅素加氧酶-1(HO-1)和醌氧化還原酶的表達顯著減少，KAP1與Nrf2的N端反式激活結構域Nrf2-NT結合，促進Nrf2的反式激活活性，且其程度與劑量相關。Anedda等［11］研究發現，H2O2處理增加了線粒體蛋白UCP3的表達和Nrf2在細胞內的含量，而用Nrf2 siRNA處理則明顯減少UCP3的表達繼而促進OS反應。以上研究證實由Nrf2驅動的UCP3表達在OS中的重要作用。Chen等［12］研究發現，在同型半胱氨酸處理的 SH-SY5Y細胞中，雌二醇能增加細胞活力，減少ROS的產生，激活Akt信號并抑制參與神經退化性改變的糖原合成酶激酶3β，促使Nrf2從Keap1上分離，顯著增加HO-1表達和SOD活性。

Nrf2-ARE通路對腫瘤細胞有雙重作用，在正常細胞中，Nrf2及下游基因活化后產生的抗OS作用是抵抗促癌物質、抑制腫瘤生成的重要機制;而在腫瘤細胞內，Nrf2的異常活化增加了腫瘤對化療藥物的耐受性［13］。Nrf2還與糖尿病、慢性腎功能不全等疾病的預防有關，多項研究均提示Nrf2誘導物有可能成為有潛力的基因靶向治療藥物。

2 PI3K/Akt通路

PI3K/Akt通路廣泛存在于細胞中，作為聯系胞外信號與細胞應答效應的橋梁，作用于下游信號分子，參與細胞生長、增殖、分化。一般認為，在靜息細胞中，PI3K以無活性的p85/p110復合物形式存在于胞質中。P13K通過兩種方式激活:一種是與具有磷酸化酪氨酸殘基的生長因子受體或連接蛋白相互作用，引起二聚體構象改變而被激活;另一種是通過Ras和p110直接結合，導致 PI3K的活化［14］。PI3K被激活后，在細胞膜上生成第二信使PIP3，與胞內含有PH結構域的信號蛋白Akt及磷酸肌醇依賴性蛋白激酶(PDK-1)結合，Akt轉位于細胞膜并改變構象獲得催化活性，催化自身的Ser124和Thr450磷酸化，同時PDK-1催化Akt蛋白的Ser308磷酸化，而Akt的PH區與脂質產物的高親和力結合促進了PDK-1/PDK-2復合體的形成，PDK2磷酸化Akt蛋白的Ser473，導致Akt的完全活化。活化的Akt通過磷酸化進一步激活/抑制 Bad、Caspase-9、NF-kB、Tuberin、mTOR等下游因子，介導多種生長因子誘發的細胞增殖、遷移等，是重要的抗凋亡因子。對PI3K的研究最早主要集中在腫瘤細胞凋亡中。之后有研究發現，PI3K與OS密切相關。目前，越來越多的研究表明，PI3K可以抑制OS引起的細胞凋亡。ATP通過激活PI3K-Akt通路阻止腎近端小管細胞中H2O2誘導p21(WAF1/Cip1)和p27(Kip1)的過量表達，從而對H2O2誘導的氧化損傷起到保護作用［15］。PI3K的催化亞基p110α和β的p110在促進細胞增殖和內環境穩態、抗OS引起的細胞凋亡過程中起重要作用［16］。在ARPE-19細胞中神經保護素-D1通過激活PI3K/Akt通路減少OS產生的細胞凋亡［17］。旁分泌和自分泌 HGF/Met信號需要PI3K減少小鼠肝卵圓細胞TGF-β誘導OS造成細胞凋亡［18］。

3 TLRs信號通路

TLRs被認為是先天免疫和缺血誘導性炎癥的主要因素，是組織損害的關鍵傳感器。作為固有免疫的成員之一，TLRs廣泛存在于人體的各種細胞及器官中。TLRs活化后，可引發一系列信號轉導，下游信號通路被激活，導致炎性介質的釋放和表達增強，從而橋聯先天性和適應性免疫。

TLRs是Ⅰ型跨膜蛋白受體，與配體結合后促使本身二聚化，并通過TIR區域傳遞信號和激發下游效應。TIR首先與MyD88羧基端的TIR結構域相互作用，活化的MyD88通過位于氨基端的死亡結構域與絲/蘇氨酸蛋白激酶白細胞介素受體相關激酶(IRAK)的氨基端死亡結構域相互作用，導致IRAK發生自身磷酸化。然后與腫瘤壞死因子受體相關因子6作用使其活化后與轉化生長因子激酶1形成復合物，促使NF-κB進入胞核，導致相關基因轉錄。

Toll樣受體在臟器缺血再灌注過程中起重要作用。OS反應通過提高NF-κB的活性增強TLR-8介導的中性粒細胞的炎癥反應［19］。OS提高氣道上皮細胞的TLR-3的應答，對這種通路的調節有望成為病毒引起的慢性阻塞性肺疾病急性加重的藥物治療靶點［20］。而TLR4缺乏的小鼠在受到H5N1病毒感染時，急性肺損傷的程度較感染了H5N1的野生型小鼠有所減輕［21］。在急進性腎小球腎炎中，足細胞從由TLR1-6及TLR8表達構成的循環抗原接受信號，對TLR配體引起的炎性因子釋放和IFN-1信號的激活做出反應［22］。如在缺血再灌注損傷和動脈粥樣硬化等心血管疾病中，TLR2和TLR4在促進炎癥因子的釋放和損傷中起重要作用［23］。

綜上所述，OS是一個涉及多條信號通路及相關蛋白的復雜病理過程，此過程并不是由某條通路單獨引起，而是多條通路共同作用。故對OS的研究不能僅著眼于一條通路或一種基因，應綜合考慮各種因素之間的相互作用。

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