中藥調節Nrf2在腫瘤防治中的研究

張琳琳，賈 維*，鄭翠俠

（1.上海中醫藥大學附屬上海市中西醫結合醫院，上海 200082；2.上海市楊浦區中心醫院，上海 200082）

癌癥（惡性腫瘤）是全球最嚴峻的公共健康問題之一。已成為世界范圍內首要的疾病致死原因，極大的威脅著人類的健康和生命。據國際癌癥研究中心發表的全球癌癥統計報告顯示：2018 年全球新增癌癥18 078 957 例，發病率達到236.9/10 萬。腫瘤亦為臨床難治病，2018 年新增癌癥死亡人數9 555 027 例，死亡率達125.2/10 萬[1]。據預測，到2030 年，每年將有3 000 萬人死于癌癥[2]。大量研究發現：抗氧化應激信號通路Keap1-Nrf2/ARE 與多種腫瘤的發生發展密切相關[3]。且有多項研究表明我國傳統中草藥及提取物在調控Nrf2，防治腫瘤方面有著獨特的優勢。

1 Keap1-Nrf2/ARE 通路

Keap1-Nrf2/ARE 信號通路是迄今為止發現的最為重要的內源性抗氧化應激信號通路，同時也是維持細胞內氧化還原穩態的中樞調節者。包括Nrf2、Keap1、ARE 三個主要成員，其中Nrf2 是CNC（cap'n'collar）家族中活性最強的轉錄因子,包含7 個Neh（Nrf2-ECH homology）同源結構域，即Neh1-Neh7，共同調控Nrf2 穩定性及轉錄活性[4]，其中Neh2 能夠通過DLG和ETDE 基序與Keap1 的Kelch 結構域結合，進而降解Nrf2，實現對Nrf2 活性調控。Kelch 樣環氧氯丙烷相關蛋白-1（Keap1）是一個富半胱氨酸的蛋白質，是Cul3 依賴的E3 泛素連接酶的底物調節蛋白，其與Nrf2 連接后，對Nrf2 的活性起到負向的調節作用[5]。

生理狀況下，Keap1 在細胞質中以二聚體形式與Nrf2 結合，使之成為E3 泛素連接酶的適配底物，促進Nrf2 泛素化，進而被26S 蛋白酶體降解，使Nrf2 處于一種非活性狀態。當受到外界有害刺激及氧化應激時，Nrf2 與Keap1 解離和釋放，同時減弱Keap1 介導的蛋白酶對Nrf2 的降解作用[6]。Nrf2 進入細胞核內增多，并與Maf 蛋白形成異二聚體，進而與ARE 抗氧化反應原件相結合，啟動Nrf2 的下游靶基因II 相解毒酶和抗氧化蛋白的轉錄及表達，發揮細胞解毒及清除有害物質的能力[7]，預防腫瘤。有大量研究表明，在腫瘤細胞中存在多種遺傳物質的改變以及高度氧化應激的狀態，此時Nrf2 具有較高的活性，Nrf2 持續異常激活可引起其在癌細胞中的積聚，導致Nrf2 下游產物，包括HO-1、NQO1、GCLC、GSR、TXN 等抗氧化和解毒相關基因增多，進而增強癌細胞抗損傷作用，有助于腫瘤細胞發展[8-9]。

2 Keap1-Nrf2/ARE 信號通路在穩態中的作用

中醫早在春秋戰國時期就有陰陽平衡理論，如《素問·生氣通天論篇》云：“陰平陽秘，精神乃治，陰陽離決，精氣乃絕”。《素問·至真要大論》中曰：“謹察其陰陽所在而調之，以平為期”。提出維持陰陽動態平衡才能保持最佳的健康狀態，反之則易成病。中醫學理論中陰陽平衡實質即為現代醫學中機體內環境穩態[10]，而內環境穩態核心內涵為機體氧化還原平衡。機體在氧化與抗氧化間維持相對穩定的氧化還原狀態，以維持機體的內環境穩定[11]。Keap1-Nrf2/ARE 系統是抗氧化還原干擾的主要誘導防御機制，能夠協調和平衡細胞內的氧化應激反應，對于維持機體內氧化還原動態平衡，使細胞處于穩定狀態具有重要的作用。

3 調控Nrf2 的腫瘤防御機制

Nrf2 可以保護細胞免受致癌物和細胞內外活性氧（ROS）誘導的DNA 損傷以及脂質、碳水化合物和蛋白質的破壞[12-14]，保護細胞免受致突變和有毒的代謝物損害，預防腫瘤發生。因此，當Nrf2 的細胞保護作用消失時，會導致許多應激性損傷。大量的體外和體內研究表明，Nrf2 的瞬時激活對化學致癌物的代謝轉化和排泄有益[15]，而Nrf2 功能缺失小鼠II 相解毒酶，如谷氨酰半胱氨酸連接酶（GCL）、谷胱甘肽s-轉移酶（GST）和NAD（P）H:醌氧化還原酶1（NQO1）水平顯著降低。當此小鼠暴露在氧化應激及有害刺激環境時，腎、肝、心、眼、腦等組織會受到廣泛損傷[16]。Nrf2 缺失會導致機體對致癌物和化學毒物表現出更高的敏感性。此外，已有大量研究表明在大鼠和人類中，Nrf2 的表達會隨著年齡的增長而降低[17-19]，這在一定程度上可以解釋衰老對癌癥的敏感性增加。

許多中藥提取物可通過Keap1-Nrf2/ARE 信號通路對腫瘤起到預防作用[20]。如姜黃素、蘿卜硫素、表沒食子兒茶素—沒食子酸酯、白藜蘆醇、肉桂基化合物等可誘導Nrf2 表達。通過直接影響Keap1 結合Nrf2 的能力，促進Nrf2 活化轉錄進入細胞核，激活NQO1、GST 等Ⅱ相解毒酶，保護細胞免受致癌物質損傷，起到細胞保護的作用[21-23]。

4 降低Nrf2 過度表達抑制腫瘤

4.1 抑制腫瘤細胞的增殖生長 腫瘤細胞中通常具有較正常細胞高的基礎ROS 水平，適度升高的ROS 有利于腫瘤的生存、發展，而當ROS 水平過高，可使腫瘤細胞先于正常細胞達到毒性閾值，導致癌細胞死亡。因此通過直接誘導腫瘤細胞內ROS 的產生或抑制抗氧化酶系統間接升高ROS，可選擇性殺傷腫瘤細胞。大量研究[24-26]發現香葉木素、齊墩果酸、毛蘭素等對Nrf2-ARE 信號通路有較強抑制活性，通過上調A549細胞中Keap1 的表達，引起Nrf2 被泛素化降解增多，轉位入核減少，Nrf2 與ARE 抗氧化反應原件的結合減少，使得抗氧化信號傳遞受阻，進而致使ROS 在A549 細胞中大量累積，最終引起腫瘤細胞凋亡。

4.2 抑制腫瘤細胞的遷移與侵襲 E-鈣黏素下調可直接影響上皮間質轉化（EMT）相關蛋白vimentin、slug、L1CAM 的表達，上皮間質轉化是指機體在特定狀態下，由上皮細胞向間質細胞轉化的瞬時可逆的過程。因此E-鈣黏素蛋白的水平直接影響細胞間的黏連、重排、間質轉化和遷移，是腫瘤細胞發生侵襲、轉移的重要機制之一[27]。李祎[28]研究顯示：鴉膽子苦醇可顯著降低Nrf2，并上調E-鈣粘素表達水平，從而降低細胞黏附性以及侵襲性作用。其認為Nrf2 與E-鈣粘素蛋白表達存在相關性。Nrf2 增加或鈣黏蛋白減少，都可促使細胞形態改變，遷移能力增強，而鴉膽子苦醇可以通過此作用抑制腫瘤細胞遷移與侵襲。

4.3 逆轉腫瘤細胞耐藥和輻射抗性 腫瘤細胞對化療和放療產生耐藥性是影響患者預后的主要原因。化療藥物耐藥及輻射抗性產生由多種原因引起，包括藥物靶點改變，藥物流出增加，代謝解毒抗癌成分增加，藥物積累減少等[29]。許多在化療和放療耐藥性中發揮作用的基因與Nrf2都有關聯，直接或間接受Nrf2調控。Nrf2 的持續激活降低了放療和化療誘導的細胞毒性，增強了癌細胞的耐藥性[30]。

腫瘤細胞中Nrf2 大量入核，一方面引起谷胱甘肽、血紅素加氧酶1、醌氧化還原酶1 等抗氧化基因表達水平升高，使腫瘤細胞增殖加快、代謝紊亂[31]，另一方面引起藥物流出泵相關基因、解毒酶及多藥耐藥相關蛋白（MRP）的表達增加，增強腫瘤細胞對化療藥物的耐受，介導腫瘤細胞多藥耐藥的產生[32]。有學者研究發現漢黃芩苷、茉莉酸甲酯、香葉木素可抑制Nrf2/ARE 通路，增強癌細胞或成瘤小鼠對化療藥的敏感性[33-34,24]。因此，抑制Nrf2 信號通路作為逆轉耐藥的潛在靶點，可被視為提高傳統治療效果的新策略。放療主要通過電離輻射（IR）使自由基和ROS 形成，直接或間接地引起腫瘤細胞DNA 核苷酸修飾、單鏈和雙鏈DNA 斷裂（SSBs 和DSBs），進而使腫瘤細胞損傷，從而誘導其凋亡[35]。Nrf2 的下游基因包括種類繁多的抗氧化酶，能有效清除機體內過多的自由基[36]，過渡活化的Nrf2 會使腫瘤細胞產生輻射抵抗。大量研究發現對放療不敏感的腫瘤在治療過程中都出現了抗氧化酶超表達的現象[37]。SUN X H 等[38]通過研究發現A549 細胞系在受到電離輻射后，Nrf2 蛋白增多并且向細胞核聚集；當使用鴉膽子苦醇（Brusatol）之后，可以有效抑制Nrf2 蛋白增多和核內聚集，使肺癌細胞的增殖被抑制，并逐漸死亡。其認為Brusatol 可通過抑制Nrf2的表達來增強A549肺癌細胞的輻射敏感性。

5 小結

綜上所述，機體總是在氧化和抗氧化之間保持相對恒定的氧化還原狀態，以維持內環境的穩定，而氧化還原穩態失衡和腫瘤的發生發展密切相關。Nrf2 在調控細胞氧化應激反應及維持細胞內氧化還原穩態中發揮重要作用。某些中藥有效成分通過瞬時上調 Nrf2的表達，啟動細胞保護機制；有些中藥又可以中斷Nrf2 過表達抑制腫瘤生長。不論是瞬時上調還是下調Nrf2 表達，其目的都是維持細胞內環境穩態。因此在機體氧化還原過程中尋求一種動態平衡狀態對于今后全面探究Nrf2 對于腫瘤的作用具有重大意義。