Nrf2 在口腔医学领域的研究进展

胡丹丹， 程楚男， 苏俭生

（上海牙组织修复与再生工程技术研究中心，同济大学口腔医学院，同济大学附属口腔医院口腔修复教研室，上海 200072）

自1994 年Moi 等[1]发现核因子E2 相关因子2（Nrf2）以来，对Nrf2 的生物学研究便不断深入。Nrf2参与了不同的细胞过程，如氧化应激反应、线粒体呼吸、mRNA 翻译、自噬等[2]。 Nrf2 位于一个复杂调控网络的中心，在免疫炎症反应中发挥着重要的防御作用，且参与调节癌症的发生与发展。 Nrf2 的进一步研究对于人类的健康具有重大意义， 本文就Nrf2 在口腔疾病方面的研究进展进行总结。

1 Nrf2 概述

Nrf2 作为转录因子家族中的重要成员，是一种分子量为66 kDa 的模块化蛋白。 Nrf2 具有7 个Nrf2-ech 同源结构域（Neh1~Neh7），且每一个结构域具有不同的功能[3]（图1）。

图1 Nrf2 的结构示意图Figure 1 Schematic diagram of the structure of Nrf2

Nrf2 含有高度保守的碱性亮氨酸拉链结构，广泛存在于机体各个器官如肝、肾、肺等，是细胞调节氧化还原平衡的关键转录因子[4]。 在正常生理情况下，Nrf2 蛋白主要通过其N 端与Kelch 样ECH 联合蛋白1（Kelch-like ECH-associated protein1，Keap1）特异性结合于细胞质中，此时Nrf2 在胞质中处于非活性状态， 并通过泛素化蛋白酶体途径迅速被降解。 当细胞受到氧化应激时，Nrf2 与Keap1 解偶联，Nrf2 磷酸化转运进入细胞核，进而识别并结合抗氧化反应元件（antioxidant response element，ARE），启动下游靶基因如抗氧化基因的转录，包括过氧化氢酶、超氧化物歧化酶、血红素加氧酶-1、谷胱甘肽-S-转移酶、谷氨酸半胱氨酸连接酶等，从而介导细胞发挥抗氧化及抗毒性物质损伤的作用[5]。

2 Nrf2 在口腔医学领域的研究进展

2.1 Nrf2 与牙周炎

牙周炎是一种由菌斑生物膜介导的，以破坏牙周组织为特征的炎症性疾病[6]。 在牙周组织破坏过程中，氧化应激发挥着重要作用，同时大量细胞参与其中，如巨噬细胞、成骨细胞、牙周膜细胞等。 活性氧（reactive oxygen species，ROS）持续释放到细胞外环境中，Nrf2 是否是促进抗氧化物质产生和减少牙周破坏的潜在药物靶点，是近年来人们关注的新方向。

2.1.1 牙周膜细胞 牙周膜是由大量胶原纤维构成的致密结缔组织，对于牙槽骨的改建具有重要作用，恢复牙周膜细胞的活性对于治疗牙周炎至关重要[7]。 Ying 等[8]探 讨 低 强 度 脉 冲 超 声（low-intensity pulsed ultrasound，LIPUS）对牙周炎氧化应激的保护作用及其机制，结果显示，LIPUS 通过调节人牙周膜原代细胞的PI3K-Akt/Nrf2 信号通路减轻氧化应激，从而调节牙槽骨稳态。 此外，Liu 等[9]探究在牙周炎氧化微环境中，Nrf2 介导的牙周膜干细胞（periodontal ligament stem cells，PDLSCs）抗凋亡的新机制，结果表明Nrf2 可通过激活氧化酶来调节氧化应激和减轻牙周膜干细胞的细胞凋亡。 此外，Jia 等[10]发现二甲双胍可激活牙周膜干细胞中的Nrf2 信号通路，而siRNA 敲除Nrf2 可削弱二甲双胍的保护作用。这些研究结果显示，二甲双胍可能通过调节Nrf2 信号通路促进牙周膜干细胞的成骨分化，保护其免受氧化应激诱导的损伤。

2.1.2 牙龈成纤维细胞 牙龈成纤维细胞作为牙龈结缔组织和牙周膜中的主要细胞， 担负着重要的生理功能。 近年来的研究发现， 维生素D 类似物（eldecalcitol，ED-71）、 异鼠李素及白藜芦醇等药物能够有效地保护人牙龈成纤维细胞（human gingival fibroblasts，HGFs）， 免受脂多糖诱导的炎症反应和焦亡。 研究发现，ED-71 可通过激活Nrf2/HO-1 通路对脂多糖诱导的炎性小体依赖性HGFs 细胞焦亡产生治疗作用[11]。 异鼠李素与ED-71 具有相似的生物学活性[12]。 此外，Bhattarai 等[13]研究发现白藜芦醇具有抑制牙周炎介导的组织损伤的潜力，其细胞实验和动物实验均显示， 当应用药物白藜芦醇后，Nrf2和HO-I 均升高，因而研究者猜测，此药物可能通过激活Nrf2 信号通路，产生抗炎作用。

2.1.3 巨噬细胞 巨噬细胞作为机体固有免疫中不可或缺的组成部分，在炎症调控、促进组织的修复再生等方面发挥着重要的作用。 Nrf2 作为机体对抗ROS 的保护机制， 控制着多种抗氧化酶基因表达。 而相反，作为Nrf2 的竞争对手，BTB-CNC 同源体1（BTB and CNC homology 1，Bach1）则抑制了抗氧化酶的表达[14]。 此前研究已证明，核因子κB 配体受体激活因子诱导Bach1 核输入，并减弱Nrf2 介导的抗氧化酶的表达，从而增强细胞内ROS 信号和破骨形成[15]。

此外，多种药物实验证实Nrf2 与巨噬细胞密切相关。Li 等[16]发现丹皮酚可通过Nrf2 信号通路明显抑制巨噬细胞的破骨分化。 黄酮苷类化合物橙皮素具有抗炎和抗氧化活性， 其通过抑制NF-κB 和MAPK 信号激活Nrf2 信号通路， 抑制破骨形成[17]。富马酸二甲酯可以通过激活巨噬细胞中Nrf2 信号通路减少ROS 生成，从而抑制破骨形成和骨破坏[18]。

2.1.4 成骨细胞 成骨细胞是促进牙槽骨损伤修复的关键。Narimiya 等[19]在体外实验中发现，小鼠胚胎成骨细胞前体细胞在LPS 刺激下，白细胞介素-6（interleukin- 6，IL-6）的表达增加，而用Nrf2 活化剂处理后，IL-6 的mRNA 和蛋白水平降低。 Nrf2 通过抑制促进破骨形成的IL-6 的表达，直接抑制破骨形成。

以上的研究结果均提示，激活Nrf2 信号通路可能是牙周炎治疗保护的有效辅助手段。

2.2 Nrf2 与牙髓根尖周病

牙髓根尖周病是一种由多种微生物感染引起的、发生在牙髓根尖周组织的炎症性疾病。 其发病机制极其复杂, 尤其是各种细胞因子及转录因子在根尖周炎中的作用, 一直都是国内外学者研究的热点问题[20]。 牙髓干细胞（human dental pulp stem cells，hDPSCs）能够分化为多系的成体干细胞。 吲哚-3-乙酸（indole-3-acetic acid，IAA）是生长素中最重要的分子之一，Kim 等[21]用IAA 处理hDPSCs，结果显示其可以增强Nrf2 和HO-1 的表达， 该研究提示IAA可激活Nrf2-ARE 通路，从而保护hDPSCs 免受H2O2诱导的氧化损伤，增强细胞活力。

2.3 Nrf2 与口腔癌

研究表明，Nrf2 和肿瘤的发生有关， 进而推动肿瘤进展、转移及抗肿瘤治疗的耐药性[22]。更好地了解Nrf2 调控口腔鳞状细胞癌 （oral squamous cell carcinomas，OSCC）生长的分子机制可能为有效地治疗OSCC 提供优化方案[22]。

贾宝超等[23]探究了Nrf2、HO-1、Keap1 蛋白表达在OSCC 发生、发展中可能存在的作用，结果发现Nrf2、HO-1、Keap1 在OSCC 中高表达,且与淋巴结转移情况、组织分化程度相关[24]。 付洁等[25]研究不同浓度三氧化二砷对人OSCC Nrf2 通路的激活作用，结果显示其呈现剂量依赖性，说明三氧化二砷可激活Nrf2 信号通路，促进抗氧化基因表达。 进一步的研究发现，白桑脱脂种子提取物中的单宁酸，可以和Keap1/Nrf2 受体结合， 从而抑制OSCC 的增 殖[26]。Panigrahi 等[27]发现植物凝集素（abrus agglutinin，AGG）可以通过自噬降解p62 降低Nrf2 的表达，从而显著抑制肿瘤生长。

这些研究结果均提示，Nrf2 与口腔癌的发生、发展密切相关， 提示未来有可能将Nrf2、HO-1、Keap1 的检测用于OSCC 早期预防、诊断、恶性程度的评估及治疗中。

2.4 Nrf2 与颞下颌关节炎

颞下颌关节炎（temporomandibular joint osteoarthritis，TMJOA）是颞下颌关节的一种常见疾病，是一种由炎症和氧化应激引起的复杂多因素疾病[28]。 姜黄素已被报道具有抗炎和抗氧化特性， 因此，Jiang等[29]将姜黄素应用于颞下颌关节软骨细胞中抗炎、抗氧化的机制研究中，结果表明，姜黄素抑制了TMJ软骨细胞的炎症反应， 其中Nrf2/ARE 信号通路是抑制氧化应激和基质降解的关键信号通路，因此姜黄素有望用于治疗颞下颌关节炎。

2.5 Nrf2 与唾液腺衰老

唾液是维持口腔稳态和功能的重要液体。 唾液功能下降（失活）通常发生在老年人，其会导致口腔及全身疾病，因此维持唾液腺功能是人体健康的重要要求之一。

为了阐明Nrf2 激活对涎腺衰老表型进展的影响，Wati 等[30]的最新研究比较了Keap1 敲低小鼠和野生型小鼠下颌下腺中激活的Nrf2 作用的差异，结果显示，年轻的小鼠没有表现出2 种基因型之间的任何明显差异，而在年老的小鼠中则表现出明显的差异。该结果提示Nrf2 激活对唾液腺具有抗衰老作用，作者认为，适当激活Nrf2 对于维持健康的唾液腺状况和预防老年人的唾液减少是有效的。

综上所述， 近年来随着研究的不断深入，Nrf2与口腔疾病的相关研究日益增多，Nrf2 在口腔疾病发生、发展中的重要作用也越发明晰。 但为了明确Nrf2 在口腔健康和疾病中双重作用的具体机制和功能基础，仍需要进行大量深入的探究。 目前的研究已证实，Nrf2 在不同疾病模型中均具有特定的抗氧化作用。 因此，在可预见的未来，Nrf2 仍是口腔领域研究的热点。