Nrf2在促进肿瘤生长及化学治疗耐药中的作用*

苏昌亮，张庆华，黄磊

(1.华中科技大学同济医学院附属同济医院第二临床学院，武汉 430030；2.华中科技大学同济医学院附属武汉中心医院妇产科，武汉 430014)

·药学进展·

Nrf2在促进肿瘤生长及化学治疗耐药中的作用*

苏昌亮1，张庆华2，黄磊2

(1.华中科技大学同济医学院附属同济医院第二临床学院，武汉 430030；2.华中科技大学同济医学院附属武汉中心医院妇产科，武汉 430014)

化学治疗(化疗)在肿瘤的综合治疗中占据着不可替代的地位，但化疗耐药已经成为临床治疗的主要障碍。核转录因子E2相关因子2(nuclear factor erythroid 2-related factor 2，Nrf2)是Nrf2-Keapl-ARE信号转导通路中调控氧化应激反应的关键性转录因子。近年来研究发现，Nrf2能促肿瘤生长，与化疗耐药相关。该文综述了Nrf2与化疗耐药的研究进展。

核因子E2相关因子2；肿瘤；耐药，化学治疗；信号通路

恶性肿瘤综合治疗包括手术、化学治疗(化疗)、放射治疗(放疗)及生物治疗等。化疗能巩固手术治疗效果，杀灭残余肿瘤细胞。肿瘤治疗技术的提高使得患者5年生存率和生存期显著增加，部分早期恶性肿瘤通过综合治疗可以治愈。但化疗耐药是困扰临床治疗的难点，也是导致肿瘤复发、转移和预后差的重要原因之一，包括固有耐药和获得性耐药。癌细胞对化疗药物做出最初的反应后形成的耐药为获得性耐药，常常出现于化疗后复发的肿瘤患者。核转录因子E2相关因子2(nuclear factor erythroid 2-related factor 2，Nrf2)是介导细胞防御反应的重要转录因子，协助抵抗氧化应激损伤，保护细胞免受化学物质的损害，一度成为化学预防研究领域的热点。但随着研究的深入，发现Nrf2不仅促进肿瘤形成和生长，还降低肿瘤细胞对化疗的敏感性，诱导化疗耐药[1]。

1 Nrf2-Keap1-ARE通路

1.1 通路的构成 Nrf2-Keap1-ARE通路由Nrf2、胞质蛋白Kelch 样环氧氯丙烷相关蛋白-1(Kelch-like ECH-associated protein 1，Keap1) 、抗氧化反应元件(antioxidant response element，ARE)组成。Nrf2是相对分子质量为66 000的大分子蛋白物质，由Moi等克隆和分离出来，广泛表达于肝脏、肾脏、肌肉、肺等各种组织器官[2]。Nrf2是含有碱性亮氨酸拉链的帽和领核转录因子中的一员，是Ⅱ相解毒酶表达的主要调控转录因子。ARE是Nrf2作用的位点，经Nrf2作用后可启动包括Ⅱ相解毒/抗氧化酶有谷胱甘肽S -转移酶、醌氧化还原酶、γ-谷氨酰半胱氨酸合成酶、醛-酮还原酶家族1、葡萄糖醛酸转移酶等基因表达。这些酶类可以使外来物质失活、解毒从而保护细胞，因此，Nrf2曾被认为是化学防癌的理想作用靶标[3]。

Keap1含有多个作用区域，在N末端区域和C末端区域分别含有BTB /POZ区，与相关解毒基因的表达具有紧密的关系。BTB/ POZ区可与Nrf2形成二聚复合体，负责Keap1与Nrf2、肌动蛋白微丝直互相作用[4]。干预区(intervening region，IVR区)富含半胱氨酸，调节蛋白功能状态，与亲电化合物及氧化剂进行反应相关，对于Nrf2泛素化及稳定至关重要。Keap1的C末端区域可能与其自身活性和抑制Nrf2作用有关。Keap1是E3连接酶(Cullin-3)的特异性底物衔接蛋白，可以将之直接与Nrf2连接。

1.2 通路的调节 正常情况下，Nrf2主要存在于胞质，少量在细胞核中起到维持基本转录水平的作用。胞质中的Nrf2通常固定于胞质肌动蛋白上[4]，处于相对活性抑制状态。氧化应激时，刺激物质可以降低Cullin-3活性，引起Keap1与Nrf2解离。被释放的Nrf2易位到细胞核并与ARE和Maf蛋白结合，激活下游解毒/抗氧化基因表达，提高细胞对氧化剂等有害物质的适应能力。作用后期，氧化还原恢复平衡，Keap1易位到细胞核内，与Nrf2结合并促使Nrf2与ARE分离，并在核转出信号系统协助下将Nrf2运回胞质[5]。借助BTB区及Kelch区分别与Cullin-3和Nrf2作用形成Keap1-Cullin3-Rbx1复合物，Keap1将Nrf2泛素化。泛素化后的Nrf2半衰期缩短，在基质中被26S蛋白酶体降解，从而导致信号通路的关闭。

2 Nrf2与肿瘤

2.1 Nrf2与肿瘤生长 Nrf2被证实在多种类型的肿瘤中表达，并且与肿瘤的生长和转移相关。STACY等[6]对47例头颈部鳞状细胞癌患者的样本进行检测时发现，与正常黏膜相比，实验组中Nrf2的表达增加91.5%。JIANG等[7]在20例良性肿瘤中并未检测到Nrf2的表达，但发现89.1%(41/46)子宫内膜浆液癌样本Nrf2表达阳性，与27.5%(14/51)子宫内膜样癌样本Nrf2表达阳性比较，差异有统计学意义。YANG等[8]发现肿瘤病例都有不同程度的Nrf2的表达，其中56.7%(34/60)高水平表达。Nrf2会影响癌细胞的生长，E-钙粘蛋白可限制Nrf2在胞核内的定位与转录活性，丢失后可活化Nrf2，促进肿瘤的生长和转移[9]。

2.2 Nrf2与肿瘤预后 研究表明，Nrf2的表达与恶性肿瘤患者预后相关。与成骨细胞骨肉瘤相比，Nrf2更倾向于在非成骨细胞骨肉瘤中表达，其表达阳性往往意味着较差的预后和无病生存期相关，可用于预测骨肉瘤的预后[10]。YANG等[8]发现Nrf2阳性染色率高(75%～100%)患者对化疗药物的反应较阳性染色率低的患者更差，高百分比阳性染色往往提示预后较差。

3 Nrf2与化疗耐药

Nrf2一度被认为在肿瘤的化学预防中可以发挥重要的作用，但是近来许多研究表明它与肿瘤化疗耐药呈正相关。Keap1发生突变可使非小细胞肺癌Nrf2活性及下游亲电子试剂/药物解毒作用通路活性增加，导致肿瘤表现出耐药性[11]。化疗药物氟尿嘧啶激活Nrf2/抗氧化反应信号通路，引起人结肠癌HT-29细胞耐药性增加[12]。Nrf2诱导剂异硫氰酸酯萝卜硫素和绿茶多酚作用于人乳腺癌细胞系，显著降低化疗药物紫杉醇、多柔比星的治疗作用[13]；而Nrf2抑制药鸦胆子苦醇能增加Nrf2的泛素化，增加其降解率，缩短Nrf2半衰期，增强顺铂对肺癌A549细胞毒作用[14]。通过特定小干扰核糖核酸(small interfering RNA，siRNA)敲除Nrf2能保护子宫内膜浆液癌细胞的衍生细胞免于顺铂和紫杉醇的细胞毒作用，其在基因水平的表达抑制能促进肿瘤细胞凋亡，减少肿瘤细胞分化，从而提高化疗敏感性[7]。

4 耐药机制

4.1 Nrf2与耐药相关蛋白 1970年，研究者发现肿瘤细胞不仅对同一类型的药物有耐药性，而且对结构与作用机制不同的药物也产生交叉抗药性，即所谓的多药耐药。它涉及两个重要机制：第一，细胞外排泵的活性增加，如多药耐药性相关蛋白；第二，细胞解毒能力加强，诸如谷胱甘肽-S-转移酶等Ⅱ相结合酶的解毒作用。用调节Ⅱ、Ⅲ相代谢酶的莱菔硫酸和化疗药物共同作用于Caco-2细胞系引起Nrf2核易位，导致奎宁还原酶、谷胱甘肽-S-转移酶同工酶GSTA3、多药耐药蛋白1等活性和表达增加[15]。同样结果也见于SHEN等[16]结肠直肠癌多重耐药研究，Nrf2激活后可抑制多药耐药蛋白2的表达，增加化疗药物在细胞内的积累，逆转细胞耐药。

4.2 Nrf2与谷胱甘肽(glutathione，GSH) 化疗药物能与GSH结合而被解毒，而抑制Nrf2提高化疗敏感性可能与GSH调控相关。早在1999年，ZHANG等报道了GSH及相关蛋白酶与化疗耐药的相关性。谷胱甘肽酶参与顺铂生化代谢过程，GSH的浓度及GSH依赖酶的活性增加可降低化疗药物的作用，影响肺癌治疗的预后[17]。卵巢癌细胞系SK-OV对顺铂极具耐药性，其细胞内GSH含量25倍于鼠胚胎纤维组织母细胞，在转染Nrf2-短发夹RNA(short hairpin RNA，shRNA)后，GSH大量消耗加强了顺铂细胞毒作用和抗癌治疗的氧化应激作用[18]。MA等[19]发现转染Nrf2-shRNA 的CaSki细胞系对包括顺铂在内的化疗药物敏感性显著增加，GSH含量降低，推测化疗敏感性增加是通过降低GSH的浓度实现的。Nrf2阻滞药黄酮类木犀草素作用于非小细胞肺癌细胞A549，大量消耗GSH后，癌细胞A549表现出对奥沙利铂、博莱霉素和多柔比星较高的化疗敏感性[20]。

4.3 Nrf2与氧浓度 实体肿瘤处于低氧状态，肿瘤血管生成受阻会导致肿瘤供氧不足，低氧诱导因子1-α(hypoxia-inducible factor 1 alpha，HIF-1α)在超过70%的实体肿瘤中呈高表达，抑制其表达可增加在人卵巢癌化疗敏感性[21]。基因敲除Nrf2的小鼠体外结肠肿瘤，可以阻止HIF-1α在细胞内的积累、血管内皮生长因子及其他的HIF-1α靶基因的表达，使肿瘤血管生成以及肿瘤的生长受到抑制[22]。清除活性氧簇(reactive oxygen species，ROS)或者敲除Nrf2阻滞卵泡刺激素(follicle-stimulating hormone，FSH) -ROS-Nrf2-HIF-1α信号通路时，卵巢上皮癌细胞表达血管内皮细胞生长因子下降，降低了 FSH促进肿瘤血管形成作用[23]。高浓度氧可激活细胞内超氧化物歧化酶，降解自由基，从而减轻药物的细胞毒作用。因此，Nrf2与缺氧对化疗药物作用的敏感性值得进一步探究。

4.4 Nrf2与过氧化物酶体增殖物激活受体γ(peroxisome proliferators activator receptors gamma，PPARγ) PPARγ是一个核激素受体，被大量文献证实可控制肿瘤进展[24]。Nrf2是调节PPARγ相关基因表达的关键转录因子，ZHAN等[25]发现用Nrf2 shRNA处理过的A549肿瘤细胞低表达PPARγ，而经过Keap1 shRNA转导的细胞系PPARγ表达增加，对三氧化二砷、依托泊苷和多柔比星细胞毒作用有更高的敏感性。PPARγ阻滞细胞的增殖及增进分化，降低了癌细胞的自我更新潜能，从而提高了化疗药物的杀伤作用。

5 展望

通过深入对Nrf2与肿瘤生长、预后及肿瘤化疗耐药之间相关机制的研究，了解该通路对细胞凋亡、细胞周期及耐药相关蛋白等下游靶基因的调控。一方面可以为临床提供肿瘤预后靶标，化疗药敏靶标；另一方面可以探索与调控该通路有关的小分子抑制物和开发新型的耐药逆转药物提供理论基础，能预测肿瘤原发性耐药，抑制甚至逆转肿瘤化疗耐药，提高化疗敏感性，改善恶性肿瘤患者的5年生存率及总体预后。

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DOI 10.3870/yydb.2015.03.020

2014-01-23

2014-02-25

*国家自然科学基金资助项目(81101950)；武汉市临床医学科研项目(WX12A10)

苏昌亮(1989-)男，湖南茶陵人，学士，主要研究方向：肿瘤治疗及耐药。E-mail：suchangliang2008@163.com。

黄磊(1976-)，女，湖北黄冈人，主任医师，博士，从事妇科肿瘤尤其是化疗耐药方面基础及临床研究。E-mail：hl8354439@aliyun.com。

R979.1；R73.3

A

1004-0781(2015)03-0354-04