Nrf2-Keap1抗氧化系统与肝脏疾病

研究生课程论文（作业）封面（2014 至2015 学年度第1 学期）

课程名称：兽医内科学专题

课程编号：206332

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年级：2014级

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提交日期：2014年11月25日

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开课---结课：第 1 周---第18 周

评阅日期：年月日

东北农业大学研究生部制

Nrf2-Keap1抗氧化系统与肝脏疾病

（东北农业大学动物医学院，黑龙江哈尔滨150030）

摘要

氧化应激与肝脏疾病关系密切。Nrf2-Keap1是细胞抵御氧化应激的一个重要调控系统，可诱导抗氧化酶及Ⅱ相解毒酶的表达，清除活性氧族，减轻细胞凋亡，本文对Nrf2-Keap1抗氧化系统进行概述，探讨其与肝脏疾病的联系。

关键词：Nrf2-Keap1；氧化应激；肝脏

Nrf2-Keap1 Antioxidant System and Liver Disease （College of veterinanry Medicine,Northeast Agricultural University,Harbin 150030,China）

Abstract

Oxidative stress and liver disease are closely related. Nrf2-Keap1 is an important regulatory system cells against oxidative stress, and can induce the expression of phaseⅡdetoxifying enzymes, scavenging reactive oxygen species, reducing apoptosis, This article mainly reviewed Nrf2-Keap1 antioxidant system, discussing its links with liver disease.

Key words: Nrf2-Keap1; oxidative stress; liver

引言

Nrf2是一个由氧化应激介导的转录因子，伴随一系列下游目的基因以保护细胞。有研究表明Nrf2-Keap1抗氧化系统能增加肝脏抵抗氧化应激的能力[1]。

1 Nrf2的概述

Nrf2首次从人类白血病细胞系（K562）的互补DNA文库中克隆出来，属于帽和领（Cap'n'Collar，CNC）转录因子家族成员，是一个由2.2kb的碱基对编码的相对分子质量为66000的蛋白质。Nrf2基因区域含有6个功能区，分别被命名为Nehl-6，Keap1是其特异性受体，正常情况下Nrf2作用被Keapl抑制，在氧化应激等情况下与Keapl解离被激活，Nehl 区中有一个亮氨酸拉链结构bZIP，bZIP与小Maf蛋白（small Mafproteins，包括MafG、MafK、MafF）形成异二聚体，识别抗氧化反应元件（ARE）上DNA基序（GCTGAGTCA）并与之结合，启动ARE调控的第Ⅱ相解毒酶及抗氧化酶基因表达，增加细胞对氧化应激和亲电子化学物质的抗性[2-6]。

2 Keap1的概述

Keap1即Kelch样环氧氯丙烷相关蛋白1，也被称作INrf2。Keapl最初描述在胞质中锚定于肌动蛋白，对Nrf2起着重要的负调节作用。在生理状态下，Nrf2的N末端上Neh2结构与Keap1的C末端上Kelch重复区域结合，铆合在肌动蛋白细胞骨架上。Keap1有三个主要的区，N末端BTB区、一个连接片段（IVR）以及C末端肌动蛋白结合区（DGR）。Keap1的N末端，与其他BTB家族蛋白相似，是Cullin依赖性E3泛素连接酶的作用底物，可致使Nrf2泛素化并最终被Cullin依赖性E3泛素连接酶降解，所以BTB域是Cul3/Rbx1诱导Nrf2降解时的中间接合物[7]。Keap1的C末端DGR区，对铆定Nrf2起重要作用[8]。

3 Nrf2与Keap1的相互作用

Keap1在哺乳动物细胞中以同源二聚体形式存在，并以这种形式与一个单分子Nrf2结合。对于Nrf2与Keap1的结合，近来的研究提出了一个“铰链与门闩（hinge and latch）”的相互作用理论。实验研究发现，Nrf2上Neh2域中存在2个不同的Keap1结合位点，即保守的29DLG31和79ETGE83基序，其可与Keap1上DGR域中一个独立重叠的部位紧密结合，从而保证泛素的有效转移和Nrf2被蛋白酶体降解；在正常情况下，Keap1与高亲和力的ETGE 基序结合后，可使Nrf2相对自由地移动，类似于“铰链”，而同时与低亲和力的DLG域结合后，严格限制了Nrf2使其靶赖氨酸处于与泛素结合的最佳位置，类似于“门闩”；而在化学/

氧化应激条件下，由于Keap1失去与DLG的“门闩”式结合，导致Nrf2泛素化受阻，且同时因Nrf2上靶赖氨酸的位置出现偏差，Nrf2不再能被蛋白酶体降解，但可能由于ETGE的“铰链”式连接仍存在，致使Keap1与Nrf2的结合处于饱和状态，任何新合成的Nrf2得以在细胞核蓄积，并激活细胞保护性基因，从而对细胞应激起解毒作用。

3.1 Keap1上的氨基酸残基

大量研究数据表明，Keap1上某些确定的半胱氨酸残基可能是诱导Nrf2和细胞保护性酶等亲电子化合物的靶标。靶标定点突变实验显示，Keap1上Cys-151、-273和-288对Keap1功能发挥起至关重要的作用，这些半胱氨酸残基也可能就是Nrf2等亲电子诱导剂的靶标，其中，Cys-151位于Keap1的BTB域，在化学或氧化应激条件下，可使Nrf2的抑制和泛素化减少，是诱导Nrf2从Keap1中释放的关键靶位，而Cys-273和-288处于Keap1上半胱氨酸丰富的插入区（IVR），在生理条件下其抑制Keap1活性的作用十分必要，在Keap1上Cys-273和-288发生突变的细胞中，Nrf2活化分子的反应性降低或消除[9]。此外，新近的研究发现，Keap1上还有其他靶位的作用也可将Nrf2从抑制中解除而激活。例如，Keap1对Nrf2的抑制作用还依赖于其是否能形成二聚体，Keap1上104位保守的丝氨酸残基（Ser-104）在二聚化过程中起重要作用，其突变将导致Keap1二聚体的解离和Nrf2的释放；而Keap1上141位酪氨酸（Tyr-141）的磷酸化和脱磷酸化也能调节Keap1的稳定性和降解，Tyr-141的磷酸化是Keap1维持稳定所必需的，Tyr-141的脱磷酸化则会导致Nrf2的释放。

3.2 Nrf2的磷酸化

半胱氨酸残基的存在是Nrf2活化分子的一个共同特征，而磷酸化信号传导通路的激活也可能刺激Nrf2依赖性细胞防御，如可促进蛋白高度磷酸化的蛋白磷酸酶抑制剂冈田酸在HepG2细胞中能刺激Nrf2的核蓄积和ARE受体转基因的激活[10]。许多研究显示，作为对Nrf2功能的一个调节性影响，磷酸化过程可通过药理上抑制特异性蛋白激酶而起作用，这将减弱Nrf2被已知的活性分子的诱导；抑制一条蛋白激酶通路确实对多种细胞信号传导过程有显著影响，并可能影响Nrf2信号传导通路的完整性[11]。而另有研究显示，蛋白激酶C(protein kinaseC，PKC)、细胞外信号调节激酶（extracellular signal-regulated kinase，ERK）、PKR样内质网激酶（protein kinase R-like endoplasmic reticulum kinase，PERK）、磷脂酰肌醇3激酶（Phosphatidylinositol 3-kinase，PI3K）等的磷酸化作用会促进Nrf2和Keap1的解离[12]。目前，研究得比较透彻的是，PKC致使Nrf2上Neh2域的Ser-40磷酸化，能导致Nrf2与Keap1的解离；Nrf2的翻译后修饰也会诱导激活ARE[13]。但最近有实验研究表明，酪氨