Nrf-2/ARE信號通路受腫瘤相關信號調控機制的研究進展

舒文斌 綜述 曹家慶 審校

·綜 述·

Nrf-2/ARE信號通路受腫瘤相關信號調控機制的研究進展

舒文斌 綜述 曹家慶 審校

Nrf-2/ARE信號通路除受自身信號的影響外同時也受多種腫瘤相關信號的影響，本文就多種腫瘤相關信號對Nrf-2/ ARE信號通路的影響及可能機制做一綜述。以加深對Nrf-2/ARE信號通路的認識，為進一步研究打下理論基礎。

Nrf-2/ARE 腫瘤相關信號 氧化應激

Nrf-2/ARE信號通路是機體最重要的抗氧化應激系統之一。當Nrf-2/ARE信號通路被激活時，可增加Ⅱ相解毒酶的表達量以原的平衡預防腫瘤的發生、發展，但也有可能會促起腫瘤的發生、發展［1］。Nrf-2/路的激活受多種信號的調控，包括自身信號調控和腫瘤相關信號調控。本文著重闡述腫瘤相關信號對Nrf-2/ARE信號通路的調控。

1 Nrf-2/ARE通路的分子基礎及功能

人類Nrf-2基因位于2q31，包括6個高度保守的ECH同源結構，分別命名為Neh1～Neh6。Neh1包含Bzip DNA綁定和異源二聚化作用區域，能與小Maf蛋白形成異源二聚體結合到DNA上。Nrf-2中包含兩個重要的保守區域，DLG、ETGE是Keap1蛋白的錨合位點。Neh3位于C端可與CHD6綁定從而促進ARE調控相關基因的轉錄。Neh4和Neh5兩個區域一起與CBP蛋白相互作用，起到轉錄活化的作用。Neh6區域富含絲氨酸，是Keap1依賴的Nrf-2降解的調控區域。Keap1包含4個主要的功能域：1）N末端序列NTR（N-terminal region）；2）BTB（broad complex，tram?track and brica-brac region）二聚化作用區域是Keap1與泛素Cul3作用的結構域；3）富含絲氨酸的IVR（in?tervening region），其中C273和C288與抑制Nrf-2活性相關；4）DC區域包括6個Kelch重復結構域DGR（double-glycine-riched region）和C端區域CTR（C-terminal region）受Nrf-2/ARE調控的靶基因。Nrf-2/ ARE信號通路功能主要有抗氧化、抗凋亡、免疫調節、促腫瘤細胞耐藥、Nrf-2促進腫瘤的產生。當氧化應激時，Keap1與Nrf-2解綁定，解綁后進入細胞核內與Maf蛋白結合再激活抗氧化應激ARE區域，以轉錄翻譯下游蛋白，從而起到上述功能。當氧化還原達到平衡后，類固醇受體輔活化子家族SRC基因將Nrf-2蛋白排出細胞核與Keap1重新綁定［2-3］。

2 Nrf-2/ARE通路受自身信號的調控

有研究通過構建變異型Keap1-C288s細胞，不僅證明了Keap1的突變對于Nrf-2及其下游蛋白有影響，且證明Keap1與Nrf-2結合區（氧化應激感應區）位于288位的半胱氨酸。該研究表明當Keap1突變時，Nrf-2及下游蛋白表達受到明顯的影響［4］。有研究顯示Keap1突變蛋白捆綁及泛素化Nrf-2，但卻不促進其降解或者抑制Nrf-2的轉錄激活功能［5］。也有研究表明Keap1基因的甲基化同樣會對Nrf-2/ARE信號通路有影響［6］。因此Nrf-2/ARE信號通路的激活受多種信號調控。

3 Nrf-2/ARE信號受腫瘤相關信號的調控

3.1 PI3K信號對Nrf-2/ARE通路的調控

有研究證實當使用P13K抑制劑LY294002后，THI-28誘導的Akt磷酸化會被明顯抑制，而且HO-1的表達被明顯抑制，因HO-1為Nrf-2/ARE信號通路所調控，從而推斷P13K/Akt通路對于Nrf-2具有調控作用［7］。更深一步實驗表明，在阿托伐他汀處理的BM?DCs（骨髓來源細胞）中阿托伐他汀可以呈時間依賴性促進Akt的磷酸化，使用P13K抑制劑LY294002處理后阿托伐他汀所誘導的Akt磷酸化及Nrf-2在細胞核內的聚集會被明顯抑制，同時使用Nrf-2激動劑SUL處理阿托伐他汀處理的BMDCs細胞，未能發現Akt的磷酸化，證實阿托伐他汀是通過P13K/Akt/Nrf-2信號通路來影響細胞的抗氧化活性［8］。游曉星等［9］證明PI3K是Btk的下游通路。然后采用PI3K抑制劑LY294002處理后，Nrf-2核轉位和DNA結合活性顯著降低，這表明Nrf-2和PI3K參與Nrf-2的激活，而Nrf-2 siRNA作用后，HO-1表達明顯降低，表明HO-1的表達最終受Btk/PI3K/Nrf-2的調控。鹿角縮酮類化合物-B亦可以通過P13K/Akt/Nrf-2信號通路調節HO-1表達［10］，均說明Nrf-2/ARE信號通路受P13K等腫瘤相關信號的調控。

3.2 ERK信號對Nrf-2/ARE通路的調控

有研究表明ERK/Nrf-2通路的激活對于LXA4ME（脂氧素A4甲酯）在大腦慢性缺血缺氧灌注損傷的神經保護中是有利的［11］。該研究發現2，4-DDE（2，4-癸二烯醛）處理的巨噬細胞內的ERKMAPK被激活，同時有類似的文獻報道，因此推斷2，4-DDE介導的FABP4表達是由Nrf-2/ARE信號通路介導，但首先Nrf-2/ARE信號通路的激活需要ERKMAPK信號通路的激活，證明ERK信號通路與Nrf-2的激活時具有相關性，但尚未明確具體機制。實驗證實氧化應激可以激活信號分子如MAPKs、NF-κB和Nrf-2等［12］。在小鼠淋巴瘤細胞（EL-4）的凋亡實驗中發現敲除ERK基因可以提高輻射誘導的凋亡率，且證實Nrf-2信號共同參與輻射誘導的細胞凋亡［12］。但對于ERK是否直接調控Nrf-2基因尚不清楚。有研究證明金絲桃苷［13］可以通過增加HO-1基因的激活和上調HO-1蛋白的表達，從而增強細胞抗氧化防御功能。金絲桃苷調節HO-1蛋白的表達是通過調節其上游基因Nrf-2基因轉錄，而且金絲桃苷調節Nrf-2的轉錄呈劑量依賴性。而當加入ERK的抑制劑SB203580時，顯著抑制Nrf-2基因轉錄從而降低HO-1蛋白的表達，表明ERK可以調控Nrf-2基因。同樣有類似實驗證實，萘醌可以提高Nrf-2上游ERK的磷酸化，而且ERK的激活是通過增加細胞內鈣離子的濃度來實現的，結果顯示萘醌可以通過激活多種細胞存活機制包括CA2+-ERK1/2-Nrf-2信號通路。檢測萘醌在淋巴細胞中是否誘導ERK的磷酸化，可以觀察到淋巴細胞中的ERK磷酸化程度與加入其中的萘醌呈時間依賴性。同時發現當加入ERK抑制劑后可以完全消除萘醌介導的輻射保護作用［14］。但也有不同的研究發現MEK抑制劑U0126未抑制Nrf-2蛋白表達［15］。另有研究初代小鼠ROS代謝水平時，測量致癌基因K-Ras B-Raf、Myc等，發現ROS被這些致癌基因所抑制。K-Ras（G12D）B-Raf（V19E）、Myc（ERT2）均可增加Nrf-2的轉錄，并且平穩提高Nrf-2的抗氧化能力，從而降低細胞內的ROS水平穩定細胞內環境［16］。這些研究表明ERK抑制劑可以抑制Nrf-2基因轉錄，但對于是否抑制Nrf-2蛋白的表達尚需實驗驗證。ERK腫瘤信號對于Nrf-2/ ARE具有調控作用，但具體機制仍需探索。

3.3 p38信號對于Nrf-2/ARE通路的調控

有研究證實在香煙浸出物（CSE）誘導的BEAS-2B凋亡細胞中Nrf-2、ASK-1、p38均被激活，當加入抗氧化劑（NAC）消除ROS的作用時，可以反轉CSE造成的激活作用。當沉默BEAS-2B中p38基因時，CSE誘導的BEAS-2B細胞凋亡率明顯降低。為了進一步探討分子機制，檢測中當加入p38的抑制劑SB203580，其結果顯示p38抑制劑抑制了Nrf-2蛋白表達，同時沉默p38基因明確Nrf-2是被ROS調控的p38所激活［15］。另有研究顯示在蛋白酶體抑制劑所激活的p38同樣可以被p38 MAPK抑制劑SB203580所抑制，同時檢測發現Nrf-2蛋白表達顯著降低，HO-1蛋白也同樣明顯減低，沉默p38以后同樣發現Nrf-2蛋白及HO-1蛋白表達顯著降低［17-18］。另有金絲桃苷研究中，p38抑制劑PD98059同樣可以抑制金絲桃苷所誘導的Nrf-2蛋白的表達［13］。發現p38信號對于Nrf-2/ARE信號通路的影響具有顯著地調控作用，并顯著地調控Nrf-2信號通路下游蛋白表達。

3.4 P62信號對于Nrf-2/ARE信號通路的調控

在缺血再灌注實驗中發現含有ARE抗氧化反應區域的（P62/ZIP）mRNA及蛋白表達均增加，再設置實驗參數后發現Nrf-2表達增高的同時P62/ZIP mRNA表達增高，提示P62/ZIPmRNA的表達可能是源于Nrf-2的激活［19］。在感染了鼠傷寒細菌的成纖維細胞（MEFs）中證實了P62上的351位絲氨酸的磷酸化會誘導Keap1移位，從而釋放Nrf-2；并再次在帶有P62的野生型MEFs中發現Nrf-2及下游蛋白的高表達，從而證明P62以鼠傷寒細菌為橋梁間接激活Nrf-2蛋白的移位，從而激活Nrf-2/ARE信號通路［20］。

但也有不同觀點，有研究顯示SPBP是一種轉錄共調節蛋白，當用蘿卜硫素處理海拉細胞時，發現SPBP在蘿卜硫素誘導處理8 h后有一個表達高峰，而Nrf-2、P62的表達與SPBP呈正相關。并發現Nrf-2與SPBP共同激活P62啟動子，從而促進P62蛋白的表達［21］。

這項研究與之前研究所提P62調節Nrf-2表達相矛盾，據此可以假設認定其中可能存在一個負反饋的機制。即當P62調控Nrf-2的表達到一定水平時，Nrf-2蛋白開始負反饋調節P62蛋白的表達。具體負反饋機制目前尚不清楚。對于P62/Nrf-2信號通路的研究，為細胞自噬在調控氧化應激中的作用提供研究基礎。

3.5 PKA/CREB信號對于Nrf-2/ARE的調控

研究發現戈米辛可以激活Nrf-2/ARE信號通路，且能被腺苷環化酶抑制劑（ddAdo）和PKA抑制劑（H-89）所抑制，引起下游蛋白HO-1和NQO-1的表達減少。表明戈米辛促進cAMP/PKA/CREB/Nrf-2介導的二相解毒酶、抗氧化蛋白激活，并且調控神經炎癥分子的生成。同樣在五味子素中發現Nrf-2/ARE信號通路受PKA/CREB信號的作用，證實Nrf-2/ARE信號通路受PKA/CREB信號的影響［22-23］。Nrf-2也被一些其他腫瘤信號通路所調控，如PKC信號［24-25］通路、Jnk通路［26］等。

4 結語

Nrf-2/ARE通路是一抗氧化應激通路，其在抗氧化應激方面的作用及機制，就是Nrf-2/ARE信號通路在腫瘤發生、發展的過程中起作用，除Keap 1突變、甲基化等調控Nrf-2/ARE信號通路外，還有多種腫瘤信號對于此通路有影響。研究中除應考慮Keap1突變、甲基化等因素對于細胞的影響，還應考慮多種腫瘤相關信號對于此通路的影響，自身信號及腫瘤相關信號共同作用導致腫瘤發生、發展。

因Keap1是否變異、有無修飾對于細胞同樣有影響，所以如何去除因Keap1變異、修飾對研究帶來的影響，且Nrf-2/ARE信號通路受多種腫瘤相關信號的影響，哪些是促進、哪些是抑制Nrf-2/ARE信號通路的激活，有待更深入的探究。

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（2015-04-27收稿）

（2015-06-08修回）

（編輯：楊紅欣）

Research progress on Nrf-2/ARE signaling pathway regulated by tumor-related signals

Wenbin SHU,Jiaqing CAO
Department of Colorectal Surgery,The SecondAffiliated Hospital of Nanchang University,Nanchang 330006,China.

Jiaqing CAO;E-mail:cao.jiaqing@163.com

The Nrf-2/ARE signaling pathway is not only affected by itself but also influenced by multiple tumor-related signals. To expand our understanding about the Nrf-2/ARE signaling pathway and lay a theoretical foundation for further research,we reviewed the effects of multiple tumor-related signals on the Nrf-2/ARE signaling pathway and studied the possible underlying mechanisms.

Nrf-2/ARE,tumor-related signal,oxidative stress

10.3969/j.issn.1000-8179.20150463

南昌大學第二附屬醫院結直腸外科（南昌市330006）

曹家慶 cao.jiaqing@163.com

舒文斌 專業方向為結直腸腫瘤外科手術及靶向治療。

E-mail：842994399@qq.com