Keap1－Nrf2－ARE信号通路与2型糖尿病氧化应激相关性研究进展

Keap1-Nrf2-ARE信号通路与2型糖尿病氧化应激相关性研究进展

宋媛李虹闫海震赵仓焕欧仕益1

(暨南大学附属第一医院，广东广州510632)

关键词〔〕Keap1-Nrf2-ARE信号通路；2型糖尿病；氧化应激

中图分类号〔〕R587.1〔

基金项目：暨南大学附属第一医院科研培育

1暨南大学理工学院

第一作者：宋媛(1979-)，女，博士，主治医师，主要从事中药药性理论的分子生物学研究。

研究表明糖尿病(DM)病因和发病机制与遗传、环境、病毒感染、肥胖、种族、营养物质代谢和内分泌失调等因素有关〔1，2〕。Keap1-Nrf2-ARE信号通路是近年来抗氧化研究领域的热点，以Keap1-Nrf2-ARE信号通路介导多种抗氧化基因和Ⅱ相解毒酶的转录，被认为是抗氧化机制中最重要的通路。激活Keap1-Nrf2-ARE信号通路，减少活性氧(ROS)的产生，改善氧化应激(OS)诱导的胰岛素抵抗(IR)，以纠正DM高糖因素导致的组织细胞生化功能紊乱，发挥其抗OS、抗慢性炎症反应的细胞保护功能，在DM发生发展中起着非常重要的作用，本文对Keap1-Nrf2-ARE信号通路与DM OS相关性作一综述。

1Keap1-Nrf2-ARE信号通路与OS

Keap1-Nrf2-ARE信号通路的核心分子包括核转录因子红细胞系-2p45(NF-E2)相关因子-2(Nrf2)、抗氧化反应元件(ARE)和Kelch样环氧氯丙烷相关蛋白-1(Keap1)。

1.1Nrf2、Keap1与ARE〔3～7〕Nrf2分子量为66 kD，属于转录因子cap'n'collar(CNC)家族成员，含有一高度保守的碱性亮氨酸拉链(bZIP)结构，在肝脏、肾脏、肺、消化道等器官高表达，是新近发现的一种对OS非常敏感的基因转录因子，也是细胞OS反应中的关键因子和中枢调节者。它是ARE的激活因子，在抵抗外来刺激、 保护机体功能和ARE介导的抗氧化基因表达中发挥极其重要的作用。

Keap1是分子量为69 kD的细胞质蛋白伴侣分子，有5个主要结构域，是调控Nrf2所必需的结构域。Keap1主要调控Nrf2的转录活性，对Nrf2的功能起负性调控作用。

ARE存在于胞核中，是一个特异的DNA启动子结合序列，位于谷胱甘肽S-转移酶(GST)、烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(磷酸)〔NAD(P)H〕：醌氧化还原酶1(NQO1)、谷氨酰半胱氨酸连接酶(GCL)、过氧化氢酶(CAT)、超氧化物歧化酶(SOD)、血红素氧化酶(HO)-1等Ⅱ相解毒酶和抗氧化酶基因的5'端启动序列，这一序列能被多种氧化性和亲电性化合物激活，从而启动Ⅱ相解毒酶和抗氧化酶基因的表达，保护由OS引起的组织损伤。

1.2Keap1-Nrf2-ARE信号通路的激活和作用

1.2.1通路的激活生理状态下，Nrf2与Keap1耦联并与胞质肌动蛋白结合被锚定在细胞质，处于一种非游离并且不断降解的非活性状态，通常Nrf2表达量维持在较低水平，从而使保护细胞的酶类和抗氧化物处于基础表达水平，细胞处于稳定状态。当受到ROS、亲电子物质、上游信号通路-促分裂原活化蛋白激酶(MAPKs)、蛋白激酶C(PKC)和磷脂酰肌醇-3-激酶(PI3K)的刺激时，Nrf2与Keap1解离，Nrf2被激活，转移入核，与核中小分子肌腱纤维瘤蛋白(Maf)结合形成异二聚体后并与ARE结合，从而启动受ARE调控的Ⅱ相解毒酶、氧化还原酶类和转运蛋白基因的转录(见图1)，提高细胞的抗OS及损伤修复能力，从而避免很多疾病的发生和发展，其中Ⅱ相解毒酶和氧化还原酶是目前的研究热点，但其详细的调控机制尚未阐明〔8，9〕。Nrf2与Keap1解耦联是Nrf2 激活的重要环节，主要通过两种途径：一是活性氧或亲电子化合物的直接作用；二是磷酸化蛋白的作用。研究表明MAPKs〔细胞外信号调节激酶(ERK)、p38、c-jun氨基末端激酶(JNK)〕、PKC、PI3K等也参与调控Keap1-Nrf2-ARE信号通路的激活及其相关基因的表达〔10〕。

图1　OS激活Nrf2/ARE信号通路示意图

1.2.2通路的作用OS产生的ROS直接或间接地损伤细胞内蛋白质、脂质、核酸等大分子物质的生理功能，是众多疾病发生发展的病理生理基础。机体在应对ROS损害时形成了一套复杂的抗OS系统，近年来研究表明，Keap1-Nrf2-ARE信号通路在细胞抗OS和外源性有毒物质诱导的主要防御机制中发挥着极其重要的作用，是迄今为止发现的最为重要的内源性抗OS通路〔11～13〕。在Nrf2基因敲除小鼠的基础及诱导性抗氧化基因表达明显降低，而OS损伤明显增强，提示Keap1-Nrf2-ARE通路是调节细胞内氧化还原状态的关键〔14〕。研究表明，Keap1-Nrf2-ARE信号通路具有抗氧化、抗炎、抗细胞凋亡、抗组织损伤、免疫调节、解毒等作用，通过对该通路的调节，在抗肿瘤、抗动脉粥样硬化、抗衰老及心脏、肝脏、神经保护等发挥多面的作用〔15～17〕。可见，Keap1-Nrf2-ARE信号通路的激活，无疑是对抗OS引起组织损伤的重要途径。Keap1-Nrf2-ARE信号通路现已成为多种疾病防治的新靶点，也是近年来研究的热点〔12，13〕。

2Keap1-Nrf2-ARE信号通路与2型DM(T2DM)

Nrf2介导内源性抗氧化物表达被认为是机体防御DM引起OS损伤的重要机制〔18〕，一定程度上，过量的ROS可能促进DM及其相关疾病的发生。DM高糖状态下，细胞内的葡萄糖氧化增加，线粒体产生过多的超氧化物引起组织细胞OS损伤，OS可通过活化OS相关通路引起IR。激活Keap1-Nrf2-ARE通路可减轻糖尿病高血糖引起的OS损伤，改善OS诱导的IR。

2.1与糖代谢异常的关系高糖诱导线粒体内电子传递呼吸链产生超氧化物过多，是造成OS引起DM、IR和心血管并发症的重要原因。激活Keap1-Nrf2-ARE通路可作用于糖代谢异常引起的OS损伤，发挥其保护功能。Cheng等〔19〕研究发现，抑制Keap1-Nrf2-ARE通路活性会引起内皮细胞功能紊乱，IR及血管生成紊乱。持续的高糖加剧氧化还原的异常调节，通过正反馈加重了DM的并发症，表明Keap1-Nrf2-ARE信号通号在DM中起关键作用。Nrf2是保护防止发生DM并发症的重要因子。He等〔20〕研究发现，Nrf2+/+的心肌细胞在高糖处理下的ROS水平要远低于Nrf2-/-产生的ROS水平，且呈时间和浓度依赖性，并观察到NQO1和HO-1 mRNA与蛋白表达的上调，而在Nrf2-/-心肌细胞中并无此现象，以上结果提示，Keap1-Nrf2-ARE是DM中调节ROS的一个关键通路。调节Nrf2可能有希望预防和治疗DM及其并发症发生。

2.2与IR的关系生理状态下，胰岛素与胰岛素受体结合，通过促进胰岛素受体底物(IRS)酪氨酸磷酸化而发挥作用。OS可通过活化OS敏感性信号通路引起IR。研究表明，葡萄糖氧化酶(GO)预处理肝细胞与葡萄糖相互作用生成过量的ROS引起细胞OS损伤，诱导IR。姜黄素通过诱导Nrf2核转位，使ROS生成减少，从而减轻OS诱导的IR〔21〕。提示通过促进Nrf2核转位并与ARE结合，发挥Keap1-Nrf2-ARE通路抗OS作用，改善OS诱导的细胞IR。

3展望

近年来研究表明，Nrf2在抗氧化损伤中起关键作用，能维持细胞内氧化还原平衡，使细胞免受损伤。但Nrf2持续激活，也会产生诸多不利影响，如肿瘤，动脉硬化等。综上所述，探索具有选择性的细胞内Nrf2活化剂Keap1的抑制剂等可能为临床治疗T2DM开辟新的途径，Keap1-Nrf2-ARE信号通路可能是防治T2DM一个非常有前景的潜在靶点。

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〔2013-12-19修回〕

(编辑赵慧玲/张慧)