Nrf2-ARE信號(hào)通路在機(jī)體氧化應(yīng)激損傷中的作用及與其他信號(hào)通路的關(guān)系

吳志紅 ，馬燕芬 ，趙 磊 ，宋利文 ，高 民

（1.內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物科學(xué)學(xué)院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010018；2.內(nèi)蒙古農(nóng)牧業(yè)科學(xué)院動(dòng)物營養(yǎng)與飼料研究所，內(nèi)蒙古呼和浩特 010031）

Nrf2-ARE信號(hào)通路在機(jī)體氧化應(yīng)激損傷中的作用及與其他信號(hào)通路的關(guān)系

吳志紅1，2，馬燕芬2，趙 磊1，2，宋利文2，高 民2

（1.內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物科學(xué)學(xué)院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010018；2.內(nèi)蒙古農(nóng)牧業(yè)科學(xué)院動(dòng)物營養(yǎng)與飼料研究所，內(nèi)蒙古呼和浩特 010031）

氧化應(yīng)激損傷與機(jī)體中多種疾病的發(fā)生與發(fā)展過程密不可分，當(dāng)機(jī)體產(chǎn)生嚴(yán)重氧化應(yīng)激時(shí)，抑制氧化應(yīng)激和清除氧自由基是治療機(jī)體產(chǎn)生疾病的重要策略。Nrf2-ARE信號(hào)通路是機(jī)體內(nèi)極為重要的內(nèi)源性防御體系，通過調(diào)控Nrf2-ARE信號(hào)通路可起到維持機(jī)體細(xì)胞內(nèi)氧化還原狀態(tài)平衡和降低氧化應(yīng)激造成損傷的作用。綜述了Nrf2-ARE信號(hào)通路調(diào)控機(jī)體抗氧化酶活性、與機(jī)體氧化應(yīng)激相關(guān)疾病的相關(guān)性及其與其他信號(hào)通路的關(guān)系，以期為深入了解Nrf2-ARE信號(hào)通路在抵抗機(jī)體產(chǎn)生氧化應(yīng)激損傷的作用和機(jī)制方面提供參考。

氧化應(yīng)激；Nrf2-ARE信號(hào)通路；PKC信號(hào)通路；MAPKs信號(hào)通路；PI3K信號(hào)通路

氧化應(yīng)激是指由機(jī)體產(chǎn)生的活性氧（reactive oxygen species，ROS）所介導(dǎo)的氧化與抗氧化物質(zhì)失衡，從而引起機(jī)體組織細(xì)胞產(chǎn)生氧化損傷。氧化應(yīng)激不僅可以直接導(dǎo)致機(jī)體細(xì)胞壞死，也可以通過激活機(jī)體內(nèi)的氧化還原信號(hào)途徑導(dǎo)致細(xì)胞衰老、凋亡，甚至壞死。目前研究已表明，機(jī)體產(chǎn)生氧化損傷是導(dǎo)致許多疾病發(fā)病的基礎(chǔ)［1］，也是機(jī)體多種疾病發(fā)病所共有的機(jī)制之一，但氧化應(yīng)激也會(huì)同時(shí)啟動(dòng)機(jī)體產(chǎn)生內(nèi)源性保護(hù)反應(yīng)，具體產(chǎn)生何種結(jié)果關(guān)鍵是看機(jī)體內(nèi)產(chǎn)生氧化應(yīng)激的程度，嚴(yán)重的氧化應(yīng)激可產(chǎn)生損傷作用，但適度的氧化應(yīng)激可動(dòng)員機(jī)體產(chǎn)生保護(hù)作用。因此，在機(jī)體產(chǎn)生嚴(yán)重的氧化應(yīng)激時(shí)，抑制氧化應(yīng)激和清除氧自由基可能是治療機(jī)體產(chǎn)生疾病的重要策略。目前多項(xiàng)研究表明，Nrf2-ARE信號(hào)通路是機(jī)體極為重要的內(nèi)源性防御體系，其中，核因子相關(guān)因子2（nuclear factor-E2-related factor 2，Nrf2）是對(duì)抗細(xì)胞產(chǎn)生氧化應(yīng)激反應(yīng)中最為關(guān)鍵的因子，Nrf2主要通過與抗氧化反應(yīng)元件（antioxidant response element，ARE）相互作用，誘導(dǎo)編碼抗氧化蛋白和Ⅱ相解毒酶的表達(dá)，從而在細(xì)胞中抵御有害刺激，發(fā)揮著對(duì)細(xì)胞重要的保護(hù)作用，例如抗腫瘤、抗應(yīng)激、抗凋亡、抗炎癥反應(yīng)以及神經(jīng)保護(hù)等作用。Nrf2-ARE信號(hào)通路可在多種組織中被激活，并有效對(duì)抗外源性有害物質(zhì)的損傷。近年來，該通路發(fā)揮抗氧化應(yīng)激的保護(hù)作用備受關(guān)注。筆者主要對(duì)Nrf2-ARE信號(hào)通路及其激活機(jī)制、調(diào)控動(dòng)物機(jī)體抗氧化酶活性、與機(jī)體氧化應(yīng)激相關(guān)疾病的相關(guān)性及其與其他信號(hào)通路的關(guān)系進(jìn)行綜述，以期為深入了解Nrf2-ARE信號(hào)通路在抵抗機(jī)體產(chǎn)生氧化應(yīng)激損傷的作用和機(jī)制方面提供參考，同時(shí)也為研發(fā)抗氧化藥物奠定相關(guān)基礎(chǔ)。

1 Nrf2-ARE信號(hào)通路及其活化

1.1 Nrf2-ARE信號(hào)通路 Nrf2是核轉(zhuǎn)錄因子的一種表達(dá)，能夠控制細(xì)胞和一系列抗氧化基因?qū)C(jī)體保護(hù)性解毒酶的表達(dá)，是細(xì)胞抵抗氧化應(yīng)激或親電試劑產(chǎn)生應(yīng)激傷害的關(guān)鍵調(diào)控機(jī)制。Nrf2屬于CNC（Cap‘n’Collar）轉(zhuǎn)錄因子家族成員，具有一個(gè)高度保守的堿性亮氨酸拉鏈（bZIP）結(jié)構(gòu)，在肝臟、腎臟、皮膚、肺、消化道等處高度表達(dá)。在生理狀態(tài)或沒有任何刺激而處于相對(duì)抑制的狀態(tài)下或低應(yīng)激狀態(tài)下，Nrf2與果蠅肌動(dòng)蛋白結(jié)合蛋白Keap1（kelch-like ECH-associated protein，Keap1）以 N 端的Neh2區(qū)域結(jié)合位于胞漿中，并通過Keap1將其錨定于由肌動(dòng)蛋白構(gòu)成的細(xì)胞骨架上，從而無法進(jìn)入細(xì)胞核發(fā)揮轉(zhuǎn)錄活性；但當(dāng)受到親電試劑或ROS的刺激時(shí)或處于氧化應(yīng)激條件時(shí)，Nrf2將會(huì)與Keap1解偶聯(lián)并在多種蛋白激酶的磷酸化作用下轉(zhuǎn)移入細(xì)胞核中，在核內(nèi)與Maf蛋白結(jié)合成異二聚體后與DNA啟動(dòng)子中的抗氧化反應(yīng)元件ARE結(jié)合，從而啟動(dòng)下游抗氧化基因和一系列Ⅱ相解毒酶的轉(zhuǎn)錄，發(fā)揮強(qiáng)大的抗氧化作用，進(jìn)而促進(jìn)細(xì)胞的存活，提高細(xì)胞的抗氧化應(yīng)激能力［2］。目前，Nrf2基因在人類、小鼠、大鼠、雞和斑馬魚體內(nèi)發(fā)現(xiàn)均有表達(dá)，因此，Nrf2在脊椎動(dòng)物中是高度保守的［3］。但Nrf2基因敲除小鼠表現(xiàn)出對(duì)外來致氧化劑非常易感，更加容易患結(jié)腸炎、腎炎、肺氣腫、腫瘤和血管性疾病等［3］。因此，激活體內(nèi)Nrf2-ARE信號(hào)通路可能是防御機(jī)體產(chǎn)生氧化應(yīng)激發(fā)生的有效措施之一。

1.2 Nrf2-ARE信號(hào)通路的激活機(jī)制 Nrf2的激活主要涉及其與Keap1的相互作用以及依賴于此的Nrf2的穩(wěn)定性。生理正常狀態(tài)下，Keap1-Nrf2復(fù)合體位于胞漿中，并結(jié)合于Cul3-Rbx E3連接酶軸心復(fù)合體上。當(dāng)Keap1親核物質(zhì)或活性氧攻擊或者Nrf2被各種磷酸化信號(hào)磷酸化作用后，Nrf2會(huì)從Keap1-Nrf2復(fù)合體中解離出來進(jìn)入細(xì)胞核中與AR啟動(dòng)子序列結(jié)合，進(jìn)而啟動(dòng)受ARE調(diào)控的下游基因的轉(zhuǎn)錄活性［4］。目前發(fā)現(xiàn)Nrf2的激活機(jī)制主要有以下幾種：第一，Nrf2-Keap1解偶聯(lián)：Keap1的IVR區(qū)中有25個(gè)半胱氨酸，他們是Nrf2-Keap1-ARE調(diào)控系統(tǒng)中首先對(duì)親電試劑或氧化劑起反應(yīng)的傳感蛋白，也是細(xì)胞內(nèi)氧化還原的感應(yīng)器與開關(guān)［5］。許多親核物質(zhì)和活性氧能夠通過影響細(xì)胞內(nèi)的氧化還原狀態(tài)而對(duì)半胱氨酸的巰基進(jìn)行修飾，從而使Keap1的構(gòu)象發(fā)生改變，引起Keap1-Nrf2復(fù)合物解偶聯(lián)，游離的Nrf2進(jìn)入細(xì)胞核內(nèi)，轉(zhuǎn)錄下游基因的表達(dá)，從而激活Nrf2信號(hào)通路。第二，Keap1介導(dǎo)的蛋白酶對(duì)Nrf2的降解作用減弱：生理狀態(tài)下，Keap1與Nrf2結(jié)合存在于胞漿中，而Keap1作為泛素化連接酶促進(jìn)Nrf2的泛素化和在蛋白酶作用下使其降解。在外界因素如親核物質(zhì)或細(xì)胞內(nèi)活性氧直接攻擊作用下造成Keap1結(jié)構(gòu)改變，使其與Nrf2的偶聯(lián)及對(duì)Nrf2的泛素化作用減弱，可以使胞漿中Nrf2含量增加，且半衰期延長［6］。第三，磷酸化信號(hào)對(duì)Nrf2的磷酸化作用：已明確Nrf2能被PKC家族中的眾多成員磷酸化使Nrf2與Keap1解離，PKC磷酸化作用位點(diǎn)位于Nrf2的第40位絲氨酸和第568 位酪氨酸［7-8］。

2 Nrf2-ARE信號(hào)通路調(diào)控動(dòng)物機(jī)體抗氧化酶活性

Nrf2-ARE信號(hào)通路調(diào)節(jié)編碼下游抗氧化蛋白和Ⅱ相解毒酶，是迄今為止發(fā)現(xiàn)的最為重要的內(nèi)源性抗氧化通路。Nrf2-ARE信號(hào)通路調(diào)節(jié)編碼的下游抗氧化酶主要包括：γ-谷氨酰半胱氨酸合成酶（γ-glutamyl cysteine synthetase，γ-GCS）、 超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化氫酶（CAT）、谷胱甘肽過氧化物酶（glutathione peroxidase，GSH-Px）、谷胱甘肽 S轉(zhuǎn)移酶（glutathione-S-transferases，GSTs）。調(diào)控的下游Ⅱ相解毒酶主要有：血紅素氧合酶-1（HO-1）、醌氧化還原酶 1［NAD（P）H-quinone oxidoreductase 1，NQO1］、谷氨酰半胱氨酸連接酶（Glutamate cysteine ligase，GCL）及 GCL 催化亞基（GCLC）和調(diào)節(jié)亞基（GCLM）等。這些酶大部分是機(jī)體抗氧化能力的重要組成部分，能夠清除體內(nèi)多種致癌物質(zhì)及其他毒性或氧化性物質(zhì)，從而消除這些物質(zhì)對(duì)DNA及生物功能蛋白的破壞，以維持機(jī)體內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)定，起到抗毒、抗氧化、抗癌、抗衰老等作用。

2.1 調(diào)控抗氧化酶 （SOD、GSH-Px、CAT、GSTs）SOD處于氧化應(yīng)激防御系統(tǒng)的第一位置，能夠通過還原反應(yīng)清除超氧陰離子自由基，將其轉(zhuǎn)化成過氧化氫，從而阻斷了自由基的連鎖反應(yīng)，保護(hù)細(xì)胞免受超氧陰離子自由基的損傷，是機(jī)體內(nèi)一種重要的抗氧化酶。當(dāng)體內(nèi)缺少SOD時(shí)會(huì)引起心擴(kuò)張、腦部神經(jīng)疾病如腦血管病和缺血性心臟病、新生兒死亡、神經(jīng)退行性疾病、醫(yī)學(xué)手術(shù)救治后繼發(fā)性損傷等，因此給人體不斷補(bǔ)充SOD具有抗衰老的特殊作用，且體內(nèi)SOD表達(dá)增高能抑制氧化應(yīng)激引起的細(xì)胞死亡和組織損傷。CAT和GSH-Px也是體內(nèi)最重要的抗氧化分子，能將過氧化氫催化分解為無毒的水分子，GSH-Px也能催化過氧化反應(yīng)中形成的脂質(zhì)過氧化物。這3種抗氧化酶的相互作用，能清除體內(nèi)的自由基，阻斷自由基的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，從而保護(hù)機(jī)體免受自由基的氧化損傷。研究表明，機(jī)體內(nèi) CAT、SOD、GSH-Px、GSTs表達(dá)水平增強(qiáng)主要是由于受到Nrf2的調(diào)控后，進(jìn)而起到維持細(xì)胞內(nèi)氧化還原狀態(tài)平衡和降低氧化應(yīng)激造成損傷的作用［9］。

2.2 調(diào)控HO-1 HO-1是一種血紅素降解的催化酶，在NADPH和細(xì)胞色素P-450還原酶及分子氧的作用下，HO-1催化血紅素降解為膽紅素、CO和鐵離子，現(xiàn)已證實(shí)HO-1及其酶解產(chǎn)物直接影響抗氧化損傷能力的變化，是機(jī)體最重要的內(nèi)源性保護(hù)體系之一。研究表明，鵝掌菜酚［10］和丹參［11］可以分別減輕小鼠成纖維細(xì)胞和巨噬細(xì)胞產(chǎn)生的氧化應(yīng)激損傷，其機(jī)制主要為鵝掌菜酚和丹參的應(yīng)用增加了Nrf2蛋白的表達(dá)，使Nrf2與Keap1解偶聯(lián)并轉(zhuǎn)移入細(xì)胞核后，增強(qiáng)了HO-1蛋白的表達(dá)；但在應(yīng)用Nrf2 siRNA之后，HO-1表達(dá)明顯下降。以上研究說明Nrf2上調(diào)了HO-1的表達(dá)從而起到抗氧化應(yīng)激損傷的作用。

2.3 調(diào)控NQO1 NQO1是機(jī)體在抵抗氧化應(yīng)激中的一種最重要的酶，它在機(jī)體細(xì)胞內(nèi)屬于Ⅱ相解毒酶，具有催化醌、醌亞胺、氮氧化合物等雙電子還原作用，從而降低機(jī)體產(chǎn)生的氧化損傷［12］。研究表明，丙炔苯丙胺可抑制由1-甲基-4-苯基吡啶離子引起的氧化應(yīng)激，其機(jī)制主要為丙炔苯丙胺通過調(diào)控細(xì)胞外信號(hào)調(diào)節(jié)激酶 （extracellular signal-regulated kinase，ERK）和磷脂酰肌醇-3-激酶/蛋白激酶B （phosphatidyl inositol 3-kinase/protein kinase B，PI3K/PKB）信號(hào)通路，通過增強(qiáng)Nrf2的表達(dá)量和核轉(zhuǎn)位，增強(qiáng)了NQO1蛋白的表達(dá)水平；但在使用Nrf2 siRNA之后，NQO1表達(dá)水平并未升高［13］。此外，高糖（10～30 mmol/L葡萄糖）水平也能顯著增加Nrf2的表達(dá)量，并且上調(diào)NQO1的表達(dá)，但Nrf2基因敲除的細(xì)胞或者Keap1過表達(dá)的細(xì)胞則無此作用［14］。以上研究說明NOQ1表達(dá)水平增強(qiáng)是受到Nrf2的調(diào)控后從而起到抗氧化應(yīng)激損傷的作用。

2.4 調(diào)控GCL及其GCLC和GCLM GCL是還原型谷胱甘肽（glutathione，GSH）的合成關(guān)鍵酶，也是Nrf2-ARE信號(hào)通路的Ⅱ相解毒酶，其合成可增加GSH的合成，但GCL全酶的結(jié)構(gòu)和活性則受到氧化應(yīng)激的顯著影響。GSH是一種含巰基的抗氧化劑，也是體內(nèi)重要的抗氧化劑和自由基清除劑，在抵御氧化應(yīng)激中發(fā)揮著重要作用，是細(xì)胞自我保護(hù)的重要物質(zhì)。在許多低等生物中，GCL是一條簡單的多鏈，但在大部分真核生物中GCL是由催化亞基GCLC和調(diào)節(jié)亞基GCLM組成的異二聚體蛋白，GCLC和GCLM是非常重要的抗氧化蛋白酶，對(duì)提高抗氧化應(yīng)激能力有重要作用。研究發(fā)現(xiàn)，GCLC和GCLM對(duì)GSH的合成起著關(guān)鍵作用，其表達(dá)下調(diào)可引起細(xì)胞GSH合成減少，導(dǎo)致ROS產(chǎn)生增多，從而導(dǎo)致細(xì)胞產(chǎn)生氧化損傷［15］，且二者分別由不同的基因所編碼。其中，GCLC的分子量較大，由637個(gè)氨基酸組成，約73 kD，包含一個(gè)活性位點(diǎn)，這個(gè)位點(diǎn)負(fù)責(zé)ATP依賴性谷氨酸γ-羧基和半胱氨酸氨基的連接形成。GCLC幾乎含有GCL所有底物的結(jié)合位點(diǎn)和催化亞基，具有GCL所有的催化活性，GSH能反饋抑制GCLC。由于GCLC在GCL催化活性中處于關(guān)鍵地位，GCLC的表達(dá)可能會(huì)有效地調(diào)節(jié)體內(nèi)GSH的表達(dá)水平，從而保護(hù)機(jī)體組織器官免受氧化應(yīng)激的損傷。但GCLC翻譯后修飾（如磷酸化作用、豆蔻?；饔?、半胱天冬酶介導(dǎo)的分裂）則對(duì)GCL活性影響較小。GCLM的分子量較小，由274個(gè)氨基酸組成，約31 kD；GCLM無催化活性，但GCLM可直接與GCLC相互作用而增加GCLC的催化活性。GCLM可降低谷氨酸和ATP的Km值（一定溫度下某酶促反應(yīng)最大反應(yīng)速度一半時(shí)的底物濃度），增加 GSH 反饋性抑制的 Ki值（抑制常數(shù)）［16］。研究發(fā)現(xiàn)，Nrf2在調(diào)控GSH穩(wěn)態(tài)方面起著關(guān)鍵作用，Nrf2-ARE信號(hào)通路能調(diào)控合成GSH所需的γ-GCS、GCLM、GCLC酶類，且Nrf2能調(diào)控以GSH為底物的GSH-Px和GST的表達(dá)水平［9］。但在Nrf2基因敲除的小鼠中發(fā)現(xiàn)，GCLC和GCLM的表達(dá)水平較野生型小鼠要低，說明Nrf2可通過增強(qiáng)GCLC和GCLM的表達(dá)水平從而起到抗氧化應(yīng)激損傷的作用［17］。

3 Nrf2-ARE信號(hào)通路與機(jī)體氧化應(yīng)激相關(guān)疾病的相關(guān)性

氧化應(yīng)激不僅直接損傷機(jī)體器官組織，還可使炎癥細(xì)胞滲出、炎前介質(zhì)基因表達(dá)增加、蛋白酶/抗蛋白酶失衡，最終導(dǎo)致疾病的發(fā)生發(fā)展，因此，糾正機(jī)體器官內(nèi)氧化/抗氧化失衡已成為防治機(jī)體產(chǎn)生疾病的途徑之一。目前已證實(shí)，Nrf2-ARE信號(hào)通路是近年來新發(fā)現(xiàn)的機(jī)體抵抗內(nèi)外界氧化和化學(xué)等刺激的防御性轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，是迄今為止最為重要的抗氧化應(yīng)激通路。Nrf2-ARE信號(hào)通路廣泛參與大多數(shù)疾病的發(fā)生與發(fā)展的生理過程，在疾病的發(fā)生及防治中起著關(guān)鍵作用，Nrf2-ARE信號(hào)通路既可以預(yù)防機(jī)體正常細(xì)胞產(chǎn)生病變，也可以促進(jìn)疾病的發(fā)生，同時(shí)也是化學(xué)預(yù)防器官產(chǎn)生癌變和治療機(jī)體多器官疾病的一個(gè)潛在靶點(diǎn)。目前的研究證明，Nrf2是一把雙刃劍，其對(duì)正常細(xì)胞和癌細(xì)胞都有保護(hù)作用，并且可能是癌細(xì)胞耐藥的原因［6］。一般機(jī)體正常細(xì)胞的生長依賴于自身的氧化還原穩(wěn)態(tài)，Nrf2是維持這種穩(wěn)態(tài)的關(guān)鍵因子，且Nrf2對(duì)全身多個(gè)器官或組織具有保護(hù)作用。但是在Nrf2介導(dǎo)的抗氧化應(yīng)激反應(yīng)不足以抵抗外源性氧化應(yīng)激的情況下，細(xì)胞內(nèi)的氧化還原穩(wěn)態(tài)就被破壞，組織細(xì)胞出現(xiàn)肥大、凋亡以及纖維化，繼而組織的形態(tài)結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，最終導(dǎo)致疾病的發(fā)生。目前已經(jīng)證明，Nrf2-ARE信號(hào)通路與中樞神經(jīng)系統(tǒng)性疾?。?8-19］、心血管系統(tǒng)性疾?。?0］、肝臟疾?。?1］、腎臟疾?。?2］、肺臟疾病［23］、腫瘤［24］、腸炎［25］、白癜風(fēng)［26］、白內(nèi)障［27］等多種氧化應(yīng)激相關(guān)疾病的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)。目前，Nrf2-ARE 信號(hào)通路的研究主要集中于鼠［21］和人［18，27］方面，在單胃動(dòng)物和反芻動(dòng)物方面的研究較少，今后需對(duì)該方面做深入研究。因此，通過調(diào)控Nrf2-ARE信號(hào)通路從而調(diào)控其下游基因的表達(dá)，可為預(yù)防和治療氧化應(yīng)激所致的機(jī)體器官組織產(chǎn)生疾病提供理論和技術(shù)依據(jù)。

4 Nrf2-ARE信號(hào)通路與其他信號(hào)通路的關(guān)系

目前已證實(shí)，蛋白激酶C（PKC）、絲裂原活化蛋白激酶（MAPKs）、磷脂酰肌醇 3 激酶（PI3K）均參與了Nrf2-ARE信號(hào)通路的激活及其依賴的基因表達(dá)調(diào)控過程，主要是通過作用于Nrf2導(dǎo)致其磷酸化，從而促使其與Keap1分離，激活Nrf2。其中，PKC通過作用于Nrf2的絲氨酸-40（Sre-40），利用使其磷酸化的方式破壞 Keap1-Nrf2的偶聯(lián)［28］；MAPKs利用直接或間接磷酸化Nrf2的方式激活Nrf2；PI3K通過絲狀肌動(dòng)蛋白重排的方式改變Nrf2結(jié)構(gòu)的方式激活Nrf2［29］。不同的蛋白激酶通過磷酸化Nrf2的不同位置，促進(jìn)Nrf2在細(xì)胞核內(nèi)的積聚或外流，從而調(diào)節(jié)Nrf2的激活與抑制。

4.1 與PKC信號(hào)通路的關(guān)系 體內(nèi)和體外的研究都表明，在氧化應(yīng)激條件下，PKC信號(hào)通路可以通過直接磷酸化的方式激活Nrf2，Nrf2磷酸化后可以促進(jìn)Nrf2向核內(nèi)轉(zhuǎn)位，直接與Keap1解聚，并促進(jìn)ARE的反式激活。當(dāng)Nrf2第40位絲氨酸突變成丙氨酸后，PKC依賴的解聚作用消失，提示Nrf2第40位的絲氨酸是PKC的作用位點(diǎn)［28］。而利用丙氨酸代替Ser-40，以上激活作用則會(huì)明顯下降［30］。因此，PKC及其上游的信號(hào)分子參與了Nrf2的活性調(diào)節(jié)。

4.2 與MAPKs信號(hào)通路的關(guān)系 MAPKs信號(hào)通路主要包括p38 MAP激酶（p38 MAP kinase）途徑、c-Jun 氨基末端激酶（c-Jun N-terminal kinase，JNK）途徑、細(xì)胞外調(diào)節(jié)蛋白激酶 （extracellular signalregulated kinase，ERK）途徑。不同的MAPKs信號(hào)通路其MAPKK激酶（MAP3K或MKKK）和MAPK激酶（MAP2K或MKK）的底物、分子間的相互連接以及支架蛋白不同［31］。MAPKs信號(hào)通路可被包括滲透壓的改變、氧化應(yīng)激、細(xì)胞因子、生長因子、抗原、毒素和藥物等在內(nèi)的多種因素激活［32-33］。目前認(rèn)為，p38和JNK屬于“應(yīng)激誘導(dǎo)”的MAPK，而ERK被認(rèn)為是與細(xì)胞增殖、轉(zhuǎn)化和分化相關(guān)的MAPK。當(dāng)機(jī)體內(nèi)ROS水平升高時(shí)，引起下游的一些細(xì)胞因子、抗氧化酶表達(dá)水平的變化，可能與激活MAPKs 信號(hào)通路有關(guān)［34-35］。

研究表明，MAPKs主要通過直接磷酸化Nrf2的方式激活Nrf2，促進(jìn)ARE的活化［36］。但也有研究表明，MAPKs對(duì)Nrf2的活性有影響，但在機(jī)體不同細(xì)胞 MAPKs信號(hào)通路中的 ERK、JNK、p38調(diào)控Nrf2活性的結(jié)果不同，原因可能為MAPKs對(duì)Nrf2的調(diào)控是間接的，因?yàn)镸APKs可直接磷酸化Nrf2，但并不顯著激活Nrf2［37］。說明不同細(xì)胞類型、外界刺激及化學(xué)異物刺激不同，對(duì)MAPKs信號(hào)通路與Nrf2間的作用機(jī)制會(huì)產(chǎn)生不同的影響?，F(xiàn)已發(fā)現(xiàn)，MAPKs與Nrf2信號(hào)通路在參與調(diào)控機(jī)體炎癥［38］、細(xì)胞凋亡［39］、黏液分泌［40-41］、氧化應(yīng)激［42］等方面具有重要作用，提示一些疾病的病理特征與MAPKs信號(hào)通路及轉(zhuǎn)錄因子Nrf2密切相關(guān)，即MAPKs信號(hào)通路對(duì)Nrf2的活性有影響。雖然MAPKs信號(hào)通路與Nrf2-ARE信號(hào)通路共同對(duì)細(xì)胞產(chǎn)生影響的具體作用機(jī)制復(fù)雜，至今尚不明確，可能與不同的細(xì)胞類型、不同的外界刺激及化學(xué)異物刺激有關(guān)，仍有待于做進(jìn)一步研究，但能夠確定的是，MAPKs信號(hào)通路與Nrf2-ARE信號(hào)通路之間存在交互作用。

4.3 與PI3K/Akt信號(hào)通路的關(guān)系 PI3K是參與細(xì)胞生長以及骨架重塑的重要激酶，其激活后可導(dǎo)致脂質(zhì)底物磷酸化而形成第二信使，并激活下游蛋白激酶B，即Akt。因此，檢測Akt的磷酸化可間接反映PI3K的激活［43］。PI3K/Akt信號(hào)通路廣泛存在于細(xì)胞中，參與細(xì)胞的生長、增殖，并抑制細(xì)胞的凋亡，且與Wnt信號(hào)通路等相交聯(lián)，共同調(diào)節(jié)細(xì)胞的生長。目前已證明，PI3K/Akt信號(hào)通路在乳腺癌［44］、卵巢癌［45］、子宮內(nèi)膜癌［46］、鼻咽癌［46］及惡性膠 質(zhì)瘤［47］等 惡 性腫瘤及 急 性 腦 缺 血［48］、帕 金 森 病［49］、阿爾茨海默病［50］等多種神經(jīng)系統(tǒng)疾病中起重要作用。其機(jī)制為細(xì)胞外受體的激活使受體酪氨酸激酶殘基磷酸化，激活PI3K，PI3K激活后的產(chǎn)物使Akt活化，活化的Akt一方面能提高細(xì)胞的RNA翻譯效率，促進(jìn)細(xì)胞生長；另一方面可使下游靶基因產(chǎn)物Nrf2磷酸化，磷酸化的Nrf2脫落進(jìn)入細(xì)胞核，啟動(dòng)下游代謝酶轉(zhuǎn)錄，從而促進(jìn)細(xì)胞內(nèi)蛋白合成，促進(jìn)細(xì)胞的增殖、分化。研究表明，PI3K/Akt-不典型蛋白激酶 C（antypical protein kinase C，aPKC）信號(hào)通路參與激活Nrf2及其對(duì)抗氧化基因的調(diào)節(jié)［51］，其機(jī)制可能是氧化應(yīng)激造成機(jī)體氧化/抗氧化失衡，通過 PI3K/Akt-aPKCι/ζ信號(hào)通路激活 Nrf2，引起Nrf2核轉(zhuǎn)位，上調(diào)谷氨酰半胱氨酸合成酶mRNA和蛋白質(zhì)的表達(dá)，提高其活性，增加谷胱甘肽合成，對(duì)抗氧化應(yīng)激，達(dá)到維持氧化/抗氧化平衡的目的［52］。由以上分析可知，PI3K信號(hào)通路對(duì)Nrf2的活性有影響，說明PI3K/Akt信號(hào)通路與Nrf2-ARE信號(hào)通路之間存在交互作用。

5 小結(jié)與展望

綜上所述，嚴(yán)重的氧化應(yīng)激不僅對(duì)機(jī)體細(xì)胞結(jié)構(gòu)產(chǎn)生損傷作用，而且還可引起多種疾病。Nrf2-ARE信號(hào)通路作為機(jī)體內(nèi)重要的抗氧化調(diào)節(jié)通路，能使細(xì)胞通過誘導(dǎo)多種編碼調(diào)節(jié)Ⅱ相解毒酶和抗氧化蛋白的基因表達(dá)，從而在細(xì)胞中抵御有害刺激，能夠維持機(jī)體細(xì)胞內(nèi)氧化還原狀態(tài)的平衡和降低氧化應(yīng)激造成的細(xì)胞損傷，對(duì)防御、減輕氧化應(yīng)激對(duì)機(jī)體的危害起著舉足輕重的保護(hù)作用。但是Nrf2的持續(xù)激活，也會(huì)產(chǎn)生很多不利的后果，特別是有關(guān)Nrf2-ARE信號(hào)通路在很多氧化應(yīng)激相關(guān)疾病中的發(fā)病機(jī)制還不是很清楚，還需在這方面開展深入研究。目前有關(guān)Nrf2-ARE信號(hào)通路在機(jī)體氧化應(yīng)激損傷中的作用及其與其他信號(hào)通路的關(guān)系的研究主要集中于醫(yī)學(xué)和大小鼠方面，在單胃動(dòng)物和反芻動(dòng)物方面的研究很少，或者可以說幾乎沒有，今后還需在這方面開展相關(guān)研究。

［1］HALLIWELL B.Oxidative stress and cancer：have we moved forward?［J］.Biochemical Journal，2007， 401（1）：1-11.

［2］MENDELSOHNME，KARASRH.Molecularand cellular basis of cardiovascular gender differences ［J］.Science，2005，308（5728）：1583-1587.

［3］KOBAYASHI M，YAMAMOTO M.Nrf2 -Keap1 regulation ofcellulardefense mechanisms against electrophiles and reactive oxygen species［J］.Advances in Enzyme Regulation，2006，46（1）：113-140.

［4］ZHANG D D.Mechanistic studies of the Nrf2-Keap1 signaling pathway ［J］.Drug Metabolism Reviews，2008，38（4）：769-789.

［5］DINKOVA-KOSTOVA A T，HOLTZCLAW W D，COLE R N，et al.Direct evidence that sulfhydryl groups of Keap1 are the sensors regulating induction of phase 2 enzymes that protect against carcinogens and oxidants［J］.Proceedings of the National Academy of Sciences USA，2002，99（18）：11908-11913.

［6］秦方園.冬凌草甲素通過激活Nrf2通路保護(hù)肝細(xì)胞的研究［D］.開封：河南大學(xué)，2009.

［7］HUANG H C，NGUYEN T，PICKETT C B.Phosphorylation of Nrf2 at Ser-40 by protein kinase C regulates antioxidant response element-mediated transcription ［J］.JournalofBiologicalChemistry，2002，277（45）：42769-42774.

［8］JAIN A K，JAISWAL A K.Phosphorylation of tyrosine 568 controls nuclear export of Nrf2 ［J］.Journal of Biological Chemistry，2006，281（17）：12132-12142.

［9］RANGASAMY T，CHO C Y，THIMMULAPPA R K，et al.Genetic ablation of Nrf2 enhances susceptibility to cigarette smoke-induced emphysema in mice［J］.Journal of Clinical Investigation，2004，114（9）：1248-1259.

［10］KIM K C，KANG K A，RUI Z，et al.Up-regulation of Nrf2-mediated heme oxygenase-1 expression by eckol，a phlorotannin compound，through activation of Erk and PI3K/Akt ［J］.International Journal of Biochemistry ＆Cell Biology，2010，42（2）：297-305.

［11］LEE S E，JEONG S I，YANG H，et al.Extract of Salvia miltiorrhiza （Danshen） induces Nrf2-mediated heme oxygenase-1 expressionasacytoprotectiveactionin RAW 264.7 macrophages［J］.Journal of Ethnopharmacology，2012，139（2）：541-548.

［12］NIOI P，HAYES J D.Contribution of NAD（P）H：quinone oxidoreductase 1 to protection against carcinogenesis，and regulation of its gene by the Nrf2 basic-region leucine zipper and the arylhydrocarbon receptor basic helix-loop-helixtranscription factors ［J］.Mutation Research， 2004，555（1/2）：149-171.

［13］XIAO H B，LV F，XU W P，et al.Deprenyl prevents MPP+-induced oxidative damage in PC12 cells by the upregulation of Nrf2-mediated NQO1 expression through the activation of PI3K/Akt and Erk ［J］.Toxicology，2011，290（2/3）：286-294.

［14］UNGVARI Z，BAILEY-DOWNS L，GAUTAM T，et al.Adaptive induction of NF-E2-related factor-2-driven antioxidant genes in endothelial cells in response to hyperglycemia ［J］.American Journal Physiology-Heart and Circulatory Physiology，2011，300 （4）：H1133-H1140.

［15］HIGUCHIY，TANIIB H，KORIYAMAC Y，etal.Arachidonic acid promotes glutamate-induced cell death associated with necrosis by 12-lipoxygenase activation in glioma cells ［J］.Life Sciences，2007，80 （20）：1856-1864.

［16］YANG Y，CHEN Y，JOHANSSON E，et al.Interaction between the catalytic and modifier subunits of glutamate -cysteine ligase ［J］.Biochemical Pharmacology，2007，74（2）：372-381.

［17］McMAHON M，ITOH K，YAMAMOTO M，et al.The Cap‘n’Collar basic leucine zipper transcription factor Nrf2（NF-E2 p45-related factor 2）controls both constitutive and inducible expression of intestinal detoxification and glutathione biosynthetic enzymes ［J］.Cancer Research，2001， 61（8）：3299-3307.

［18］SURENDRAN S，RAJASANKAR S.Parkinson′s disease：oxidative stress and therapeutic approaches ［J］.Neurochemical Sciences，2010，31（5）：531-540.

［19］KANNINEN K，MALM T M，JYRKK?NEN H K，et al.Nuclear factor erythroid 2-related factor 2 protects againstbeta amyloid ［J］.Molecular and Cellular Neuroscience，2008，39（3）：302-313.

［20］MAULIK S K，KUMAR S.Oxidative stress and cardiac hypertrophy：a review ［J］.Toxicology Mechanisms and Methods，2012，22（5）：359-366.

［21］KUDOH K，UCHINAMI H，YOSHIOKA M，et al.Nrf2 activation protects the liver from ischemia/reperfusion injury in mice ［J］.Annals of Surgery，2014，260 （1）：118-127.

［22］CHUNG S J，YOON H E，KIM S J，et al.Oleanolic acid attenuates renal fibrosis in mice with unilateral ureteral obstruction via facilitating nuclear translocation of Nrf2［J］.Annals of Nutrition and Metabolism（Lond），2014，11（1）：2.

［23］CHIO J Y，KWUN M J，KIM K H，et al.Protective effect of the fruit hull of Gleditsia sinensis on LPS-induced acute lung injury is associated with Nrf2 activation ［J］.Evidence-based Complementary and Alternative Medicine，2012，doi：10.1155/2012/974713.

［24］DUONG H Q，YI Y W，KANG H J，et al.Inhibition of Nrf2 by PIK-75 augments sensitivity of pancreatic cancer cells to gemcitabine ［J］.International Journal of Oncology，2014，44（3）：959-969.

［25］LAU W L，LIU S M，PAHLEVAN S，et al.Role of Nrf2 dysfunction in uremia-associated intestinal inflammation and epithelial barrier disruption ［J］.Digestive Diseases and Sciences，2015，60（5）：1215-1222.

［26］PARSAD D，PANDHI R，JUNEJA A.Effectiveness of oral Ginkgo biloba in treating limited，slowly spreading vitiligo ［J］.Clinical and Experimental Dermatology，2003，28（3）：285-287.

［27］GAO Y X，YAN Y，HUANG T F.Human age-related cataracts：Epigenetic suppression of the nuclear factor erythroid 2-related factor 2-mediated antioxidant system［J］.Molecular Medicine Reports，2015，11 （2）：1442-1447.

［28］HUANG H C，NGUYEN T，PICKETT C B.Phosphorylation of Nrf2 at Ser-40 by protein kinase C regulates antioxidant response element-mediated transcription ［J］.JournalofBiologicalChemistry，2002，277（45）：42769-42774.

［29］ITOH K，TONG K I，YAMAMOTO M.Molecular mechanism activating Nrf2-Keap1 pathway in regulation of adaptive response to electrophiles ［J］.Free Radical Biology and Medicine，2004，36（10）： 1208-1213.

［30］ISHIKAWA M，NUMAZAWA S，YOSHIDA T.Redox regulation of the transcriptional repressor Bachl［J］.Free Radical Biology and Medicine，2005，38 （10）：1344-1352.

［31］MORRISON D K，DAVIS R J.Regulation of MAP kinase signaling modules by scaffold proteins in mammals［J］.Annual Review of Cell and Developmental Biology，2003，19（19）：91-118.

［32］KYRIAKIS J M，AYRUCH J.Mammalian mitogenactivated protein kinase signal transduction pathways activated by stress and inflammation ［J］.Physiological Reviews，2001，81（2）：807-869.

［33］MUNSHI A，RAMESH R.Mitogen-activatedprotein kinases and their role in radiation response ［J］.Genes Cancer，2013，4（9/10）：401-408.

［34］KALBINA I，STRID A.The role of NADPH oxidase and MAP kinase phosphatase in UV-B-dependent gene expression in Arabidopsis ［J］.Plant Cell and Environment，2006，29（9）：1783-1793.

［35］YU C，RAHINANI M，DENT P，et al.The hierarchical relationship between MAPK signaling and ROS generation in human leukemia cells undergoing apoptosis in response to the proteasome inhibitor Bortezomib ［J］.Experimental Cell Research，2004，295（2）：555-566.

［36］YU R，CHEN C，MO Y Y，et al.Activation of mitogenactivated protein kinase pathways induces antioxidant response element-mediated gene expression via a Nrf2-dependent mechanism ［J］.Journal of Biological Chemistry，2000，275（51）：39907-39913.

［37］SUN Z，HUANG Z，ZHANG D D.Phosphorylation of Nrf2 atmultiple sitesby MAP kinaseshasa limited contribution in modulating the Nrf2 -dependent antioxidant response［J］.PLoS One，2009，4（8）：e6588.

［38］HRISTOVA M，SPIESS P C，KASAHARA D I，et al.The tobacco smoke component，acrolein，suppresses innate macrophage responses by direct alkylation of c-Jun N-terminal kinase［J］.American Journal of Respiratory Cell and Molecular Biology，2012，46（1）：23-33.

［39］HSU C L，WU Y L，TANG G J，et al.Ginkgo biloba extract confers protection from cigarette smoke extract-induced apoptosis in human lung endothelial cells：Role of heme oxygenase-1 ［J］.Pulmonary Pharmacology Therapeutics，2009，22（4）：286-296.

［40］CHO H Y，GLADWELL W，YAMAMOTO M，et al.Exacerbated airway toxicity of environmental oxidant ozone in mice deficient in Nrf2［J］.Oxidative Medicine and Cellular Longevity，2013，doi： 10.1155/2013/254069.

［41］YU H，LI Q，KOLOSOV V P，et al.Regulation of cigarette smoke-induced mucin expression by neuregulin1β/ErbB3 signalling in human airway epithelial cells［J］.Basic Clinical Pharmacology Toxicology，2011，109（1）：63-72.

［42］GOVEN D，BOUTTEN A，LECON-MALAS V，et al.Prolonged cigarette smoke exposure decreases heme oxygenase-1 and alters Nrf2 and Bach1 expression in human macrophages：roles of the MAP kinases ERK1/2 and JNK［J］.FEBS Letters，2009，583（21）：3508-3518.

［43］MO L，YANG C，GU M，et al.PI3K/Akt signaling pathway-induced heme oxygenase-1 upregulation mediates the adaptive cytoprotection of hydrogen peroxide preconditioning against oxidative injury in PC12 cells［J］.International Journal of Molecular Medicine，2012，30 （2）：314-320.

［44］LEVINE D A，BOGOMOLNIY F，YEE C J，et al.Frequent mutation of the PIK3CA gene in ovarian and breast cancer ［J］.Clinical Cancer Research，2005，11（8）：2875-2878.

［45］ODA K，STOKOE D，TAKETANI Y，et al.High frequency of coexistent mutations of PIK3CA and PTEN genes in endometrial carcinoma［J］.Cancer Research，2005，65（23）：10669-10673.

［46］OR Y Y，HUI A B，TAM K Y，et al.Characterization of chromosome 3q and 12q amplicons in nasopharyngeal carcinoma cell lines［J］.International Journal of Oncology，2005，26（1）： 49-56.

［47］KNOBBECB，TRAMPE-KIESLICHA，REIFENBERGER G.Genetic alteration and expression of the phosphoinositol-3-kinase/Akt pathway genes PIK3CA and PIKE in human glioblastomas ［J］.Neuropathology and Applied Neurobiology，2005，31（5）：486-490.

［48］NOSHITA N，LEWéN A，SUGAWARA T，et al.Evidence of phosphorylation of Akt and neuronal survival after transient focal cerebral ischemia in mice［J］.Journal of Cerebral Blood Flow and Metabolism，2001，21（12）：1442-1450.

［49］SHIMOKE K，CHIBA H.Nerve growth factor prevents 1-methyl-4-phenyl-1，2，3，6-tetrahydropyridine-induced cell death via the Akt pathway by suppressing caspase-3-like activity using PC12 cells：relevance to therapeutical application for Parkinson′s disease ［J］.Journal of Neuroscience Research，2001，63 （5）：402-409.

［50］ZHANG L，XING G Q，BARKER J L，et al.Alpha-lipoic acid protects rat cortical neurons against cell death induced by amyloid and hydrogen peroxide through the Akt signaling pathway［J］.Neurosci Lett，2001，312（3）：125-128.

［51］江剛，戴愛國，胡瑞成.Nrf2調(diào)控γ-谷氨酰半胱氨酸合成酶表達(dá)與慢性阻塞性肺疾?。跩］.國際呼吸雜志，2007，27（4）：265-269.

［52］江剛，戴愛國.PI3K/Akt-aPKCι/ζ-Nrf2 調(diào)控大鼠氣道上皮細(xì)胞γ-谷氨酰半胱氨酸合成酶表達(dá)［J］.中國應(yīng)用生理學(xué)雜志，2011，27（1）：115-119.

Role of Nrf2-ARE Pathway in Oxidative Stress Injury and Its Relationship with Other Signaling Pathways

WU Zhi-hong1，2，MA Yan-fen2，ZHAO Lei1，2，SONG Li-wen2，GAO Min2
（1.College of Animal Science，Inner Mongolia Agricultural University，Hohhot 010018，China；2.Institute of Animal Nutrition and Feed，Inner Mongolia Academy of Agricultural and Animal Husbandry Sciences， Hohhot 010031，China）

Oxidative stress injury is considered to be closely associated with development of a variety of diseases in the body.When oxidative stress is severe,the inhibiting of oxidative stress and scavenging of oxygen free radical can be served as an important strategy for treatment of related diseases.Nrf2-ARE signaling pathway is an extremely important endogenous defense system in the body,which can maintain the balance of redox state in the cell and reduce the injuries produced by oxidative stress by regulating Nrf2-ARE signaling pathways.The role of Nrf2-ARE pathway in regulating antioxidant enzymes activity,the association of Nrf2-ARE pathway with the emergence of oxidative stress related diseases,and the relationship of Nrf2-ARE pathway with other signaling pathways were reviewed in this article,so as to provide a reference for a better understanding of the role of Nrf2-ARE signaling pathway in resisting oxidation stress injury in the body as well as of related mechanisms.

oxidative stress；Nrf2-ARE signaling pathway；PKC signaling pathway；MAPKs signaling pathway； PI3K signaling pathway

Q257

A文章順序編號(hào)1672-5190（2016）03-0042-07

2016－03－10

項(xiàng)目來源：國家自然科學(xué)基金（31460616）；內(nèi)蒙古自然科學(xué)基金（2014BS0348）；內(nèi)蒙古農(nóng)牧業(yè)科學(xué)院青年創(chuàng)新基金（2015QNJJM07）；現(xiàn)代農(nóng)業(yè)（奶牛）產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系專項(xiàng)資金（CARS-37）。

吳志紅（1992—），女，碩士研究生，主要研究方向?yàn)閯?dòng)物營養(yǎng)與飼料科學(xué)。

高民（1962—），男，研究員，博士，碩士生導(dǎo)師，主要研究方向?yàn)榉雌c動(dòng)物營養(yǎng)調(diào)控理論與技術(shù)。馬燕芬（1979—），女，副研究員，博士，主要研究方向?yàn)閯?dòng)物營養(yǎng)調(diào)控理論與技術(shù)。

（責(zé)任編輯：慕宗杰）