Nrf-2/ARE信号通路受肿瘤相关信号调控机制的研究进展

2015-12-20舒文斌综述曹家庆审校

中国肿瘤临床 2015年13期

关键词：氧化应激抑制剂调控

舒文斌综述曹家庆审校

·综述·

Nrf-2/ARE信号通路受肿瘤相关信号调控机制的研究进展

舒文斌综述曹家庆审校

Nrf-2/ARE信号通路除受自身信号的影响外同时也受多种肿瘤相关信号的影响，本文就多种肿瘤相关信号对Nrf-2/ ARE信号通路的影响及可能机制做一综述。以加深对Nrf-2/ARE信号通路的认识，为进一步研究打下理论基础。

Nrf-2/ARE 肿瘤相关信号氧化应激

Nrf-2/ARE信号通路是机体最重要的抗氧化应激系统之一。当Nrf-2/ARE信号通路被激活时，可增加Ⅱ相解毒酶的表达量以原的平衡预防肿瘤的发生、发展，但也有可能会促起肿瘤的发生、发展［1］。Nrf-2/路的激活受多种信号的调控，包括自身信号调控和肿瘤相关信号调控。本文着重阐述肿瘤相关信号对Nrf-2/ARE信号通路的调控。

1 Nrf-2/ARE通路的分子基础及功能

人类Nrf-2基因位于2q31，包括6个高度保守的ECH同源结构，分别命名为Neh1～Neh6。Neh1包含Bzip DNA绑定和异源二聚化作用区域，能与小Maf蛋白形成异源二聚体结合到DNA上。Nrf-2中包含两个重要的保守区域，DLG、ETGE是Keap1蛋白的锚合位点。Neh3位于C端可与CHD6绑定从而促进ARE调控相关基因的转录。Neh4和Neh5两个区域一起与CBP蛋白相互作用，起到转录活化的作用。Neh6区域富含丝氨酸，是Keap1依赖的Nrf-2降解的调控区域。Keap1包含4个主要的功能域：1）N末端序列NTR（N-terminal region）；2）BTB（broad complex，tram⁃track and brica-brac region）二聚化作用区域是Keap1与泛素Cul3作用的结构域；3）富含丝氨酸的IVR（in⁃tervening region），其中C273和C288与抑制Nrf-2活性相关；4）DC区域包括6个Kelch重复结构域DGR（double-glycine-riched region）和C端区域CTR（C-terminal region）受Nrf-2/ARE调控的靶基因。Nrf-2/ ARE信号通路功能主要有抗氧化、抗凋亡、免疫调节、促肿瘤细胞耐药、Nrf-2促进肿瘤的产生。当氧化应激时，Keap1与Nrf-2解绑定，解绑后进入细胞核内与Maf蛋白结合再激活抗氧化应激ARE区域，以转录翻译下游蛋白，从而起到上述功能。当氧化还原达到平衡后，类固醇受体辅活化子家族SRC基因将Nrf-2蛋白排出细胞核与Keap1重新绑定［2-3］。

2 Nrf-2/ARE通路受自身信号的调控

有研究通过构建变异型Keap1-C288s细胞，不仅证明了Keap1的突变对于Nrf-2及其下游蛋白有影响，且证明Keap1与Nrf-2结合区（氧化应激感应区）位于288位的半胱氨酸。该研究表明当Keap1突变时，Nrf-2及下游蛋白表达受到明显的影响［4］。有研究显示Keap1突变蛋白捆绑及泛素化Nrf-2，但却不促进其降解或者抑制Nrf-2的转录激活功能［5］。也有研究表明Keap1基因的甲基化同样会对Nrf-2/ARE信号通路有影响［6］。因此Nrf-2/ARE信号通路的激活受多种信号调控。

3 Nrf-2/ARE信号受肿瘤相关信号的调控

3.1 PI3K信号对Nrf-2/ARE通路的调控

有研究证实当使用P13K抑制剂LY294002后，THI-28诱导的Akt磷酸化会被明显抑制，而且HO-1的表达被明显抑制，因HO-1为Nrf-2/ARE信号通路所调控，从而推断P13K/Akt通路对于Nrf-2具有调控作用［7］。更深一步实验表明，在阿托伐他汀处理的BM⁃DCs（骨髓来源细胞）中阿托伐他汀可以呈时间依赖性促进Akt的磷酸化，使用P13K抑制剂LY294002处理后阿托伐他汀所诱导的Akt磷酸化及Nrf-2在细胞核内的聚集会被明显抑制，同时使用Nrf-2激动剂SUL处理阿托伐他汀处理的BMDCs细胞，未能发现Akt的磷酸化，证实阿托伐他汀是通过P13K/Akt/Nrf-2信号通路来影响细胞的抗氧化活性［8］。游晓星等［9］证明PI3K是Btk的下游通路。然后采用PI3K抑制剂LY294002处理后，Nrf-2核转位和DNA结合活性显著降低，这表明Nrf-2和PI3K参与Nrf-2的激活，而Nrf-2 siRNA作用后，HO-1表达明显降低，表明HO-1的表达最终受Btk/PI3K/Nrf-2的调控。鹿角缩酮类化合物-B亦可以通过P13K/Akt/Nrf-2信号通路调节HO-1表达［10］，均说明Nrf-2/ARE信号通路受P13K等肿瘤相关信号的调控。

3.2 ERK信号对Nrf-2/ARE通路的调控

有研究表明ERK/Nrf-2通路的激活对于LXA4ME（脂氧素A4甲酯）在大脑慢性缺血缺氧灌注损伤的神经保护中是有利的［11］。该研究发现2，4-DDE（2，4-癸二烯醛）处理的巨噬细胞内的ERKMAPK被激活，同时有类似的文献报道，因此推断2，4-DDE介导的FABP4表达是由Nrf-2/ARE信号通路介导，但首先Nrf-2/ARE信号通路的激活需要ERKMAPK信号通路的激活，证明ERK信号通路与Nrf-2的激活时具有相关性，但尚未明确具体机制。实验证实氧化应激可以激活信号分子如MAPKs、NF-κB和Nrf-2等［12］。在小鼠淋巴瘤细胞（EL-4）的凋亡实验中发现敲除ERK基因可以提高辐射诱导的凋亡率，且证实Nrf-2信号共同参与辐射诱导的细胞凋亡［12］。但对于ERK是否直接调控Nrf-2基因尚不清楚。有研究证明金丝桃苷［13］可以通过增加HO-1基因的激活和上调HO-1蛋白的表达，从而增强细胞抗氧化防御功能。金丝桃苷调节HO-1蛋白的表达是通过调节其上游基因Nrf-2基因转录，而且金丝桃苷调节Nrf-2的转录呈剂量依赖性。而当加入ERK的抑制剂SB203580时，显著抑制Nrf-2基因转录从而降低HO-1蛋白的表达，表明ERK可以调控Nrf-2基因。同样有类似实验证实，萘醌可以提高Nrf-2上游ERK的磷酸化，而且ERK的激活是通过增加细胞内钙离子的浓度来实现的，结果显示萘醌可以通过激活多种细胞存活机制包括CA2+-ERK1/2-Nrf-2信号通路。检测萘醌在淋巴细胞中是否诱导ERK的磷酸化，可以观察到淋巴细胞中的ERK磷酸化程度与加入其中的萘醌呈时间依赖性。同时发现当加入ERK抑制剂后可以完全消除萘醌介导的辐射保护作用［14］。但也有不同的研究发现MEK抑制剂U0126未抑制Nrf-2蛋白表达［15］。另有研究初代小鼠ROS代谢水平时，测量致癌基因K-Ras B-Raf、Myc等，发现ROS被这些致癌基因所抑制。K-Ras（G12D）B-Raf（V19E）、Myc（ERT2）均可增加Nrf-2的转录，并且平稳提高Nrf-2的抗氧化能力，从而降低细胞内的ROS水平稳定细胞内环境［16］。这些研究表明ERK抑制剂可以抑制Nrf-2基因转录，但对于是否抑制Nrf-2蛋白的表达尚需实验验证。ERK肿瘤信号对于Nrf-2/ ARE具有调控作用，但具体机制仍需探索。

3.3 p38信号对于Nrf-2/ARE通路的调控

有研究证实在香烟浸出物（CSE）诱导的BEAS-2B凋亡细胞中Nrf-2、ASK-1、p38均被激活，当加入抗氧化剂（NAC）消除ROS的作用时，可以反转CSE造成的激活作用。当沉默BEAS-2B中p38基因时，CSE诱导的BEAS-2B细胞凋亡率明显降低。为了进一步探讨分子机制，检测中当加入p38的抑制剂SB203580，其结果显示p38抑制剂抑制了Nrf-2蛋白表达，同时沉默p38基因明确Nrf-2是被ROS调控的p38所激活［15］。另有研究显示在蛋白酶体抑制剂所激活的p38同样可以被p38 MAPK抑制剂SB203580所抑制，同时检测发现Nrf-2蛋白表达显著降低，HO-1蛋白也同样明显减低，沉默p38以后同样发现Nrf-2蛋白及HO-1蛋白表达显著降低［17-18］。另有金丝桃苷研究中，p38抑制剂PD98059同样可以抑制金丝桃苷所诱导的Nrf-2蛋白的表达［13］。发现p38信号对于Nrf-2/ARE信号通路的影响具有显著地调控作用，并显著地调控Nrf-2信号通路下游蛋白表达。

3.4 P62信号对于Nrf-2/ARE信号通路的调控

在缺血再灌注实验中发现含有ARE抗氧化反应区域的（P62/ZIP）mRNA及蛋白表达均增加，再设置实验参数后发现Nrf-2表达增高的同时P62/ZIP mRNA表达增高，提示P62/ZIPmRNA的表达可能是源于Nrf-2的激活［19］。在感染了鼠伤寒细菌的成纤维细胞（MEFs）中证实了P62上的351位丝氨酸的磷酸化会诱导Keap1移位，从而释放Nrf-2；并再次在带有P62的野生型MEFs中发现Nrf-2及下游蛋白的高表达，从而证明P62以鼠伤寒细菌为桥梁间接激活Nrf-2蛋白的移位，从而激活Nrf-2/ARE信号通路［20］。

但也有不同观点，有研究显示SPBP是一种转录共调节蛋白，当用萝卜硫素处理海拉细胞时，发现SPBP在萝卜硫素诱导处理8 h后有一个表达高峰，而Nrf-2、P62的表达与SPBP呈正相关。并发现Nrf-2与SPBP共同激活P62启动子，从而促进P62蛋白的表达［21］。

这项研究与之前研究所提P62调节Nrf-2表达相矛盾，据此可以假设认定其中可能存在一个负反馈的机制。即当P62调控Nrf-2的表达到一定水平时，Nrf-2蛋白开始负反馈调节P62蛋白的表达。具体负反馈机制目前尚不清楚。对于P62/Nrf-2信号通路的研究，为细胞自噬在调控氧化应激中的作用提供研究基础。

3.5 PKA/CREB信号对于Nrf-2/ARE的调控

研究发现戈米辛可以激活Nrf-2/ARE信号通路，且能被腺苷环化酶抑制剂（ddAdo）和PKA抑制剂（H-89）所抑制，引起下游蛋白HO-1和NQO-1的表达减少。表明戈米辛促进cAMP/PKA/CREB/Nrf-2介导的二相解毒酶、抗氧化蛋白激活，并且调控神经炎症分子的生成。同样在五味子素中发现Nrf-2/ARE信号通路受PKA/CREB信号的作用，证实Nrf-2/ARE信号通路受PKA/CREB信号的影响［22-23］。Nrf-2也被一些其他肿瘤信号通路所调控，如PKC信号［24-25］通路、Jnk通路［26］等。

4 结语

Nrf-2/ARE通路是一抗氧化应激通路，其在抗氧化应激方面的作用及机制，就是Nrf-2/ARE信号通路在肿瘤发生、发展的过程中起作用，除Keap 1突变、甲基化等调控Nrf-2/ARE信号通路外，还有多种肿瘤信号对于此通路有影响。研究中除应考虑Keap1突变、甲基化等因素对于细胞的影响，还应考虑多种肿瘤相关信号对于此通路的影响，自身信号及肿瘤相关信号共同作用导致肿瘤发生、发展。

因Keap1是否变异、有无修饰对于细胞同样有影响，所以如何去除因Keap1变异、修饰对研究带来的影响，且Nrf-2/ARE信号通路受多种肿瘤相关信号的影响，哪些是促进、哪些是抑制Nrf-2/ARE信号通路的激活，有待更深入的探究。

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（2015-04-27收稿）

（2015-06-08修回）

（编辑：杨红欣）

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