Nrf2在促進(jìn)腫瘤生長(zhǎng)及化學(xué)治療耐藥中的作用*

蘇昌亮，張慶華，黃磊

(1.華中科技大學(xué)同濟(jì)醫(yī)學(xué)院附屬同濟(jì)醫(yī)院第二臨床學(xué)院，武漢 430030；2.華中科技大學(xué)同濟(jì)醫(yī)學(xué)院附屬武漢中心醫(yī)院婦產(chǎn)科，武漢 430014)

·藥學(xué)進(jìn)展·

Nrf2在促進(jìn)腫瘤生長(zhǎng)及化學(xué)治療耐藥中的作用*

蘇昌亮1，張慶華2，黃磊2

(1.華中科技大學(xué)同濟(jì)醫(yī)學(xué)院附屬同濟(jì)醫(yī)院第二臨床學(xué)院，武漢 430030；2.華中科技大學(xué)同濟(jì)醫(yī)學(xué)院附屬武漢中心醫(yī)院婦產(chǎn)科，武漢 430014)

化學(xué)治療(化療)在腫瘤的綜合治療中占據(jù)著不可替代的地位，但化療耐藥已經(jīng)成為臨床治療的主要障礙。核轉(zhuǎn)錄因子E2相關(guān)因子2(nuclear factor erythroid 2-related factor 2，Nrf2)是Nrf2-Keapl-ARE信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路中調(diào)控氧化應(yīng)激反應(yīng)的關(guān)鍵性轉(zhuǎn)錄因子。近年來(lái)研究發(fā)現(xiàn)，Nrf2能促腫瘤生長(zhǎng)，與化療耐藥相關(guān)。該文綜述了Nrf2與化療耐藥的研究進(jìn)展。

核因子E2相關(guān)因子2；腫瘤；耐藥，化學(xué)治療；信號(hào)通路

惡性腫瘤綜合治療包括手術(shù)、化學(xué)治療(化療)、放射治療(放療)及生物治療等。化療能鞏固手術(shù)治療效果，殺滅殘余腫瘤細(xì)胞。腫瘤治療技術(shù)的提高使得患者5年生存率和生存期顯著增加，部分早期惡性腫瘤通過(guò)綜合治療可以治愈。但化療耐藥是困擾臨床治療的難點(diǎn)，也是導(dǎo)致腫瘤復(fù)發(fā)、轉(zhuǎn)移和預(yù)后差的重要原因之一，包括固有耐藥和獲得性耐藥。癌細(xì)胞對(duì)化療藥物做出最初的反應(yīng)后形成的耐藥為獲得性耐藥，常常出現(xiàn)于化療后復(fù)發(fā)的腫瘤患者。核轉(zhuǎn)錄因子E2相關(guān)因子2(nuclear factor erythroid 2-related factor 2，Nrf2)是介導(dǎo)細(xì)胞防御反應(yīng)的重要轉(zhuǎn)錄因子，協(xié)助抵抗氧化應(yīng)激損傷，保護(hù)細(xì)胞免受化學(xué)物質(zhì)的損害，一度成為化學(xué)預(yù)防研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)。但隨著研究的深入，發(fā)現(xiàn)Nrf2不僅促進(jìn)腫瘤形成和生長(zhǎng)，還降低腫瘤細(xì)胞對(duì)化療的敏感性，誘導(dǎo)化療耐藥[1]。

1 Nrf2-Keap1-ARE通路

1.1 通路的構(gòu)成 Nrf2-Keap1-ARE通路由Nrf2、胞質(zhì)蛋白Kelch 樣環(huán)氧氯丙烷相關(guān)蛋白-1(Kelch-like ECH-associated protein 1，Keap1) 、抗氧化反應(yīng)元件(antioxidant response element，ARE)組成。Nrf2是相對(duì)分子質(zhì)量為66 000的大分子蛋白物質(zhì)，由Moi等克隆和分離出來(lái)，廣泛表達(dá)于肝臟、腎臟、肌肉、肺等各種組織器官[2]。Nrf2是含有堿性亮氨酸拉鏈的帽和領(lǐng)核轉(zhuǎn)錄因子中的一員，是Ⅱ相解毒酶表達(dá)的主要調(diào)控轉(zhuǎn)錄因子。ARE是Nrf2作用的位點(diǎn)，經(jīng)Nrf2作用后可啟動(dòng)包括Ⅱ相解毒/抗氧化酶有谷胱甘肽S -轉(zhuǎn)移酶、醌氧化還原酶、γ-谷氨酰半胱氨酸合成酶、醛-酮還原酶家族1、葡萄糖醛酸轉(zhuǎn)移酶等基因表達(dá)。這些酶類可以使外來(lái)物質(zhì)失活、解毒從而保護(hù)細(xì)胞，因此，Nrf2曾被認(rèn)為是化學(xué)防癌的理想作用靶標(biāo)[3]。

Keap1含有多個(gè)作用區(qū)域，在N末端區(qū)域和C末端區(qū)域分別含有BTB /POZ區(qū)，與相關(guān)解毒基因的表達(dá)具有緊密的關(guān)系。BTB/ POZ區(qū)可與Nrf2形成二聚復(fù)合體，負(fù)責(zé)Keap1與Nrf2、肌動(dòng)蛋白微絲直互相作用[4]。干預(yù)區(qū)(intervening region，IVR區(qū))富含半胱氨酸，調(diào)節(jié)蛋白功能狀態(tài)，與親電化合物及氧化劑進(jìn)行反應(yīng)相關(guān)，對(duì)于Nrf2泛素化及穩(wěn)定至關(guān)重要。Keap1的C末端區(qū)域可能與其自身活性和抑制Nrf2作用有關(guān)。Keap1是E3連接酶(Cullin-3)的特異性底物銜接蛋白，可以將之直接與Nrf2連接。

1.2 通路的調(diào)節(jié) 正常情況下，Nrf2主要存在于胞質(zhì)，少量在細(xì)胞核中起到維持基本轉(zhuǎn)錄水平的作用。胞質(zhì)中的Nrf2通常固定于胞質(zhì)肌動(dòng)蛋白上[4]，處于相對(duì)活性抑制狀態(tài)。氧化應(yīng)激時(shí)，刺激物質(zhì)可以降低Cullin-3活性，引起Keap1與Nrf2解離。被釋放的Nrf2易位到細(xì)胞核并與ARE和Maf蛋白結(jié)合，激活下游解毒/抗氧化基因表達(dá)，提高細(xì)胞對(duì)氧化劑等有害物質(zhì)的適應(yīng)能力。作用后期，氧化還原恢復(fù)平衡，Keap1易位到細(xì)胞核內(nèi)，與Nrf2結(jié)合并促使Nrf2與ARE分離，并在核轉(zhuǎn)出信號(hào)系統(tǒng)協(xié)助下將Nrf2運(yùn)回胞質(zhì)[5]。借助BTB區(qū)及Kelch區(qū)分別與Cullin-3和Nrf2作用形成Keap1-Cullin3-Rbx1復(fù)合物，Keap1將Nrf2泛素化。泛素化后的Nrf2半衰期縮短，在基質(zhì)中被26S蛋白酶體降解，從而導(dǎo)致信號(hào)通路的關(guān)閉。

2 Nrf2與腫瘤

2.1 Nrf2與腫瘤生長(zhǎng) Nrf2被證實(shí)在多種類型的腫瘤中表達(dá)，并且與腫瘤的生長(zhǎng)和轉(zhuǎn)移相關(guān)。STACY等[6]對(duì)47例頭頸部鱗狀細(xì)胞癌患者的樣本進(jìn)行檢測(cè)時(shí)發(fā)現(xiàn)，與正常黏膜相比，實(shí)驗(yàn)組中Nrf2的表達(dá)增加91.5%。JIANG等[7]在20例良性腫瘤中并未檢測(cè)到Nrf2的表達(dá)，但發(fā)現(xiàn)89.1%(41/46)子宮內(nèi)膜漿液癌樣本Nrf2表達(dá)陽(yáng)性，與27.5%(14/51)子宮內(nèi)膜樣癌樣本Nrf2表達(dá)陽(yáng)性比較，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。YANG等[8]發(fā)現(xiàn)腫瘤病例都有不同程度的Nrf2的表達(dá)，其中56.7%(34/60)高水平表達(dá)。Nrf2會(huì)影響癌細(xì)胞的生長(zhǎng)，E-鈣粘蛋白可限制Nrf2在胞核內(nèi)的定位與轉(zhuǎn)錄活性，丟失后可活化Nrf2，促進(jìn)腫瘤的生長(zhǎng)和轉(zhuǎn)移[9]。

2.2 Nrf2與腫瘤預(yù)后 研究表明，Nrf2的表達(dá)與惡性腫瘤患者預(yù)后相關(guān)。與成骨細(xì)胞骨肉瘤相比，Nrf2更傾向于在非成骨細(xì)胞骨肉瘤中表達(dá)，其表達(dá)陽(yáng)性往往意味著較差的預(yù)后和無(wú)病生存期相關(guān)，可用于預(yù)測(cè)骨肉瘤的預(yù)后[10]。YANG等[8]發(fā)現(xiàn)Nrf2陽(yáng)性染色率高(75%～100%)患者對(duì)化療藥物的反應(yīng)較陽(yáng)性染色率低的患者更差，高百分比陽(yáng)性染色往往提示預(yù)后較差。

3 Nrf2與化療耐藥

Nrf2一度被認(rèn)為在腫瘤的化學(xué)預(yù)防中可以發(fā)揮重要的作用，但是近來(lái)許多研究表明它與腫瘤化療耐藥呈正相關(guān)。Keap1發(fā)生突變可使非小細(xì)胞肺癌Nrf2活性及下游親電子試劑/藥物解毒作用通路活性增加，導(dǎo)致腫瘤表現(xiàn)出耐藥性[11]。化療藥物氟尿嘧啶激活Nrf2/抗氧化反應(yīng)信號(hào)通路，引起人結(jié)腸癌HT-29細(xì)胞耐藥性增加[12]。Nrf2誘導(dǎo)劑異硫氰酸酯蘿卜硫素和綠茶多酚作用于人乳腺癌細(xì)胞系，顯著降低化療藥物紫杉醇、多柔比星的治療作用[13]；而Nrf2抑制藥鴉膽子苦醇能增加Nrf2的泛素化，增加其降解率，縮短N(yùn)rf2半衰期，增強(qiáng)順鉑對(duì)肺癌A549細(xì)胞毒作用[14]。通過(guò)特定小干擾核糖核酸(small interfering RNA，siRNA)敲除Nrf2能保護(hù)子宮內(nèi)膜漿液癌細(xì)胞的衍生細(xì)胞免于順鉑和紫杉醇的細(xì)胞毒作用，其在基因水平的表達(dá)抑制能促進(jìn)腫瘤細(xì)胞凋亡，減少腫瘤細(xì)胞分化，從而提高化療敏感性[7]。

4 耐藥機(jī)制

4.1 Nrf2與耐藥相關(guān)蛋白 1970年，研究者發(fā)現(xiàn)腫瘤細(xì)胞不僅對(duì)同一類型的藥物有耐藥性，而且對(duì)結(jié)構(gòu)與作用機(jī)制不同的藥物也產(chǎn)生交叉抗藥性，即所謂的多藥耐藥。它涉及兩個(gè)重要機(jī)制：第一，細(xì)胞外排泵的活性增加，如多藥耐藥性相關(guān)蛋白；第二，細(xì)胞解毒能力加強(qiáng)，諸如谷胱甘肽-S-轉(zhuǎn)移酶等Ⅱ相結(jié)合酶的解毒作用。用調(diào)節(jié)Ⅱ、Ⅲ相代謝酶的萊菔硫酸和化療藥物共同作用于Caco-2細(xì)胞系引起Nrf2核易位，導(dǎo)致奎寧還原酶、谷胱甘肽-S-轉(zhuǎn)移酶同工酶GSTA3、多藥耐藥蛋白1等活性和表達(dá)增加[15]。同樣結(jié)果也見(jiàn)于SHEN等[16]結(jié)腸直腸癌多重耐藥研究，Nrf2激活后可抑制多藥耐藥蛋白2的表達(dá)，增加化療藥物在細(xì)胞內(nèi)的積累，逆轉(zhuǎn)細(xì)胞耐藥。

4.2 Nrf2與谷胱甘肽(glutathione，GSH) 化療藥物能與GSH結(jié)合而被解毒，而抑制Nrf2提高化療敏感性可能與GSH調(diào)控相關(guān)。早在1999年，ZHANG等報(bào)道了GSH及相關(guān)蛋白酶與化療耐藥的相關(guān)性。谷胱甘肽酶參與順鉑生化代謝過(guò)程，GSH的濃度及GSH依賴酶的活性增加可降低化療藥物的作用，影響肺癌治療的預(yù)后[17]。卵巢癌細(xì)胞系SK-OV對(duì)順鉑極具耐藥性，其細(xì)胞內(nèi)GSH含量25倍于鼠胚胎纖維組織母細(xì)胞，在轉(zhuǎn)染Nrf2-短發(fā)夾RNA(short hairpin RNA，shRNA)后，GSH大量消耗加強(qiáng)了順鉑細(xì)胞毒作用和抗癌治療的氧化應(yīng)激作用[18]。MA等[19]發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)染Nrf2-shRNA 的CaSki細(xì)胞系對(duì)包括順鉑在內(nèi)的化療藥物敏感性顯著增加，GSH含量降低，推測(cè)化療敏感性增加是通過(guò)降低GSH的濃度實(shí)現(xiàn)的。Nrf2阻滯藥黃酮類木犀草素作用于非小細(xì)胞肺癌細(xì)胞A549，大量消耗GSH后，癌細(xì)胞A549表現(xiàn)出對(duì)奧沙利鉑、博萊霉素和多柔比星較高的化療敏感性[20]。

4.3 Nrf2與氧濃度 實(shí)體腫瘤處于低氧狀態(tài)，腫瘤血管生成受阻會(huì)導(dǎo)致腫瘤供氧不足，低氧誘導(dǎo)因子1-α(hypoxia-inducible factor 1 alpha，HIF-1α)在超過(guò)70%的實(shí)體腫瘤中呈高表達(dá)，抑制其表達(dá)可增加在人卵巢癌化療敏感性[21]。基因敲除Nrf2的小鼠體外結(jié)腸腫瘤，可以阻止HIF-1α在細(xì)胞內(nèi)的積累、血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子及其他的HIF-1α靶基因的表達(dá)，使腫瘤血管生成以及腫瘤的生長(zhǎng)受到抑制[22]。清除活性氧簇(reactive oxygen species，ROS)或者敲除Nrf2阻滯卵泡刺激素(follicle-stimulating hormone，F(xiàn)SH) -ROS-Nrf2-HIF-1α信號(hào)通路時(shí)，卵巢上皮癌細(xì)胞表達(dá)血管內(nèi)皮細(xì)胞生長(zhǎng)因子下降，降低了 FSH促進(jìn)腫瘤血管形成作用[23]。高濃度氧可激活細(xì)胞內(nèi)超氧化物歧化酶，降解自由基，從而減輕藥物的細(xì)胞毒作用。因此，Nrf2與缺氧對(duì)化療藥物作用的敏感性值得進(jìn)一步探究。

4.4 Nrf2與過(guò)氧化物酶體增殖物激活受體γ(peroxisome proliferators activator receptors gamma，PPARγ) PPARγ是一個(gè)核激素受體，被大量文獻(xiàn)證實(shí)可控制腫瘤進(jìn)展[24]。Nrf2是調(diào)節(jié)PPARγ相關(guān)基因表達(dá)的關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子，ZHAN等[25]發(fā)現(xiàn)用Nrf2 shRNA處理過(guò)的A549腫瘤細(xì)胞低表達(dá)PPARγ，而經(jīng)過(guò)Keap1 shRNA轉(zhuǎn)導(dǎo)的細(xì)胞系PPARγ表達(dá)增加，對(duì)三氧化二砷、依托泊苷和多柔比星細(xì)胞毒作用有更高的敏感性。PPARγ阻滯細(xì)胞的增殖及增進(jìn)分化，降低了癌細(xì)胞的自我更新潛能，從而提高了化療藥物的殺傷作用。

5 展望

通過(guò)深入對(duì)Nrf2與腫瘤生長(zhǎng)、預(yù)后及腫瘤化療耐藥之間相關(guān)機(jī)制的研究，了解該通路對(duì)細(xì)胞凋亡、細(xì)胞周期及耐藥相關(guān)蛋白等下游靶基因的調(diào)控。一方面可以為臨床提供腫瘤預(yù)后靶標(biāo)，化療藥敏靶標(biāo)；另一方面可以探索與調(diào)控該通路有關(guān)的小分子抑制物和開(kāi)發(fā)新型的耐藥逆轉(zhuǎn)藥物提供理論基礎(chǔ)，能預(yù)測(cè)腫瘤原發(fā)性耐藥，抑制甚至逆轉(zhuǎn)腫瘤化療耐藥，提高化療敏感性，改善惡性腫瘤患者的5年生存率及總體預(yù)后。

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DOI 10.3870/yydb.2015.03.020

2014-01-23

2014-02-25

*國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(81101950)；武漢市臨床醫(yī)學(xué)科研項(xiàng)目(WX12A10)

蘇昌亮(1989-)男，湖南茶陵人，學(xué)士，主要研究方向：腫瘤治療及耐藥。E-mail：suchangliang2008@163.com。

黃磊(1976-)，女，湖北黃岡人，主任醫(yī)師，博士，從事婦科腫瘤尤其是化療耐藥方面基礎(chǔ)及臨床研究。E-mail：hl8354439@aliyun.com。

R979.1；R73.3

A

1004-0781(2015)03-0354-04