白癜風氧化應激發病機制的研究進展

趙曉菲　劉國艷

白癜風氧化應激發病機制的研究進展

趙曉菲劉國艷

白癜風發病機制復雜，涉及遺傳、免疫、氧化應激、功能性黑素細胞凋亡和（或）丟失、神經體液等假說。本文將對Keap1/Nrf2/ARE信號轉導通路與氧化應激進行綜述。

白癜風； 氧化應激； Keap1/Nrf2/ARE信號通路

白癜風是最常見的一種色素脫失性皮膚病，影響著全世界0.5%～1%的人口。該病發病機制復雜，涉及遺傳、免疫、氧化應激、功能性黑素細胞凋亡和丟失、神經精神等學說。目前白癜風與氧化應激的相關性研究結果顯示氧化應激在遺傳易感個體可能為始動因素。

1　氧化應激與白癜風的相關性研究

氧化應激是指機體在遭受各種有害因素刺激下，體內高活性分子如活性氧自由基（reactive oxygen species，ROS）產生過多，氧化程度超出氧化物的清除，氧化系統和抗氧化系統失衡，從而導致組織損傷。

近年來有關白癜風氧化應激的研究結果顯示，白癜風患者血漿中丙二醛、超氧化物歧化酶、谷胱甘肽過氧化物酶等抗氧化酶存在異常，與健康人相比有統計學意義［2］，因此白癜風患者血漿中存在氧化-抗氧化失衡，且進展期白癜風患者血漿中氧化-抗氧化失衡較穩定期加劇（丙二醛與谷胱甘肽過氧化物酶呈顯著負相關，丙二醛與超氧化物歧化酶呈顯著正相關）［3］。此外，在黑素合成過程中，酪氨酸酶作為酪氨酸代謝的關鍵酶表現出一定的二酚酶（過氧化氫合成）和過氧化氫酶（過氧化氫降解）活性，提示黑素合成可能跟高活性氧有關［4］。以上均證明氧化應激不僅與白癜風的發病密切相關，而且與白癜風的病情活動性也具相關性。因此專家提出活性氧可作為監測白癜風病情活動性的指標［5］。

ROS可以攻擊黑素細胞，干擾其正常代謝、增殖和分化，引起細胞凋亡、缺陷，繼而暴露隱蔽肽段釋放隱蔽抗原或產生新的自身抗原，打破機體的免疫耐受，誘發免疫反應，形成瀑布式效應［6］。另外，氧化應激還可增加黑素合成中間毒性產物，從而促進兒茶酚胺釋放，引起黑素細胞免疫性損傷［7］。研究發現，高水平ROS會使諸多細胞因子數量增加，如IL-2、Bcl-2，它們分別可上調抗凋亡蛋白的表達及使T細胞抗凋亡［8］。因此自身免疫和氧化應激協同加重了氧化應激損傷［9］。過氧化氫（H2O2）可產生羥自由基，引起脂質過氧化反應，還可以自由穿過各種細胞膜和核膜，因此危害性最大［10］。以H2O2為首的ROS可滅活多種抗氧化酶類，包括過氧化氫酶、谷胱甘肽S轉移酶、乙酰膽堿酯酶及甲硫氨酸硫氧化物還原酶等，從而進一步加劇了ROS的聚集，形成惡性循環。H2O2氧化鈣調節蛋白后會影響其與鈣離子的結合，導致鈣穩態失衡以及苯丙氨酸攝取障礙，從而影響到黑素合成。ROS干擾6R-L-紅-5、6、7、8-四氫生物喋呤（（6R）-L-erythro-5，6，7，8-tetrahydrobiopterin，6BH4）生物合成及再循環的過程，導致6BH4的同分異構體蓄積，從而競爭性抑制苯丙氨酸羥化酶，干擾黑素的合成。H2O2可使黑素小體蛋白斷裂，生成具有免疫反應性的多肽，如未能及時清除，則氧化修飾后的蛋白片段可能成為半抗原，具有強的免疫原性。H2O2可以攻擊包括線粒體在內的內生物膜系統，使線粒體膜電位降低，最終激活線粒體依賴的凋亡通路，引起細胞調亡。H2O2還可使諸多細胞因子加強應答，如腫瘤壞死因子（TNFα），轉化生長因子-β1（TGFβ1），這對黑素合成有潛在的抑制作用。

2　Keap1/Nrf2/ARE信號傳導通路與氧化應激的關系

Keap1/Nrf2/ARE信號通路是目前研究發現的最重要的抗氧化應激通路。轉錄因子NF-E2相關因子2（NF-E2-related factor2，Nrf2）是一種含有亮氨酸拉鏈基本結構的轉錄因子，是自身抗氧化應激調節因子，主要表達于肝臟、腎臟等代謝和解毒組織中，以及其它持續暴露的組織如皮膚、肺、消化道等，普遍表達于各種細胞［11］。Nrf2包括6個高度保守的環氧丙氯烷（epichlorohydrin，EHC）相關蛋白同源結構域（Nrf2 -EHC homology，Neh），分別被命名為Neh1-6［12］。Neh1為堿性亮氨酸拉鏈基本序列，是Nrf2與小Maf蛋白（smallMafproteins）形成異二聚體并與抗氧化反應元件（anti-oxidant response element，ARE）結合的區域［13］。抗氧化反應元件（ARE）是一個特異的DNA -啟動子結合序列，位于超氧化物岐化酶（SOD）等保護性基因的5'端的啟動序列。Kelch樣ECH相關蛋白1（Kelch-like ECH-associated pro-tein1，Keap1）是Kelch家族多區域阻遏蛋白，正常情況下錨定于胞漿、栓在肌動蛋白細胞骨架上。Neh2能與之結合并被其負性調節，生理條件下Nrf2在細胞質中與其結合，并不斷地以Keap1介導的蛋白酶體泛素化反應的方式所降解，這種內生Nrf2的消除是相當快速的，從而表達穩定性和非活性狀態，抑制Nrf2從胞漿進入胞核內激活下游信號。

當受到氧化應激的刺激、親電子物質作用，Keap1構象改變，Keapl上的兩個半胱氨酸位點C273和C288被同時修飾，致使Keapl與Nrf2解偶聯；也可通過激酶通路，包括MAPK，PI3K，PCK等直接磷酸化Nrf2，促使其與Keap1分離，激活Nrf2［14］；同時還可能減弱Keap1介導的蛋白酶對Nrf2的降解作用。活化的Nrf2從Keap1解離后進入細胞核，在核內與Maf蛋白結合成異二聚體后與ARE結合，啟動下游II相解毒酶、抗氧化蛋白類、泛素酶以及蛋白酶體的基因表達。Keap1/Nrf2/ARE信號通路通過調節這些下游基因的表達來減輕ROS和親電子物質引起的細胞損傷，維持機體氧化-抗氧化的生理平衡。Nrf2蛋白作為一種轉錄因子，也可以通過結合其自身基因5'端的ARE序列，調節其蛋白的轉錄活性［15］。激活的Nrf2-ARE信號通路還可以抑制由泛素介導的Nrf2蛋白降解，穩定Nrf2蛋白在細胞質的濃度，增強Nrf2蛋白的轉錄活性。這說明Nrf2的激活可以形成一種正反饋調節機制，進一步加強其調節保護性基因的轉錄活性。隨后，Keap1進入細胞核內，與Nrf2一起出核并使Nrf2在胞漿內持續被蛋白酶降解，Nrf2水平下降，激活終止［16］。

3　Keap1/Nrf2/ARE信號傳導通路與白癜風的關系研究

Keap1/Nrf2/ARE信號傳導通路與多種疾病發生具有相關性，例如糖尿病、老年性退行性病變、腫瘤等，而其與白癜風發病關系的研究相對較少。Marrot等［17］在研究中使用3種Nrf2通路激活劑、太陽光和紫外線A刺激人黑素細胞和角質形成細胞，通過RTPCR方法檢測相關抗氧化基因（HO-1，NQO-1和γGCL）的表達水平，結果證實人角質形成細胞和黑素細胞中均存在Nrf2-ARE通路，并且發現在不同的細胞中、不同的刺激因素下，該通路下游抗氧化基因的表達變化也不盡相同。國內Guan等［18］的研究發現Nrf2啟動子區-650基因多態性與白癜風發生、發展相關，同時利用激光共聚焦顯微鏡觀察白癜風患者皮損處Nrf2的表達及定位情況，結果發現白癜風患者皮損處Nrf2主要位于胞漿中，提示白癜風患者皮損處Nrf2入核明顯減少［19］，這表明在白癜風患者黑素細胞中Nrf2的核轉錄活性受到抑制從而導致黑素細胞的功能失調或破壞。同時大量的研究發現與Nrf2磷酸化相關的MAPK、PKC和PI3K三條蛋白激酶途徑的異常均與白癜風的發病有關。這些研究提示Keap1/Nrf2/ARE信號通路可能參與了白癜風的發生和發展。

研究表明，白癜風患者抗氧化系統破壞導致黑素細胞更容易受到自由基介導的損傷［20］。在氧化應激條件下，黑素細胞降低Nrf2核轉位和轉錄活性，導致HO-1等抗氧化酶表達減少，從而導致黑素細胞死亡［21］。HO-1被稱為熱休克蛋白32（heat shock protein，HSP32），是血紅素降解的限速酶，通過Nrf2-ARE通路保護黑素細胞免受氧化應激的損傷［22］。Nrf2是調控HO-1表達的主要轉錄因子，參與了保護人黑素細胞避免H2O2誘導的氧化應激損傷。Tanaka等［23］在神經退行性疾病中的研究顯示，激活Nrf2可保護PC12細胞避免凋亡，黑素細胞與神經細胞均起源于外胚層神經嵴，因而具有相似的生物學特性，提示激活Nrf2也可保護黑素細胞避免凋亡。現研究，皮下注射光損傷保護劑可以引起黑素細胞和角質形成細胞中Nrf2水平增高，從而降低ROS水平和局部炎癥。因此，對Nrf2-ARE信號通路進行干預有望成為治療白癜風的手段之一［24］。

4　結語

氧化應激機制參與了白癜風的發生與發展，且與病情活動性相關。Keap1/Nrf2/ARE信號傳導通路作為主要的抗氧化應激通路，在受到氧化應激作用時被激活，通過調節一系列抗氧化蛋白的生成來減輕細胞損傷。該通路在白癜風患者體內存在異常，而Nrf2-ARE抗氧化系統是調控多種抗氧化酶轉錄表達的關鍵內源性通路，Keap1/Nrf2/ARE信號傳導通路是否作為白癜風的重要抗氧化通路發揮作用，以及針對該通路的調控能否作為白癜風抗氧化治療的有效方法，尚待進一步的研究。尋找更多的白癜風氧化-抗氧化失衡的證據，并進一步闡明其發病機制，對白癜風的抗氧化治療具有重要意義。

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（收稿:2015-06-09 修回:2015-07-10）

Update of the oxidative stress in the pathogenesis of vitiligo

ZHAO Xiaofei，LIU Guoyan.
Weifang Medical College，Weifang，Shandong 261000，China
Corresponding author:LIU Guoyan，E-mail:wfliuguoyan@126.com

［Abstract］Pathogenesis of vitiligo is complex，involving genetic，immunity，oxidative stress，apoptosis of functional melanocytes and（or）loss and neurohormonal hypothesis，etc.Keap1/Nrf2/ARE pathway associated with oxidative stress was reviewed in this paper.

vitiligo；oxidative stress；Keap1/Nrf2/ARE signal pathway

山東省自然科學基金（編號:ZR2013HL068）濰坊醫學院附屬醫院科技創新基金項目（編號: K12CX1009）

濰坊醫學院，山東濰坊，261000

劉國艷，E-mail:wfliuguoyan@126.com