Nrf2在促進腫瘤生長及化學治療耐藥中的作用*

蘇昌亮，張慶華，黃磊

(1.華中科技大學同濟醫學院附屬同濟醫院第二臨床學院，武漢 430030；2.華中科技大學同濟醫學院附屬武漢中心醫院婦產科，武漢 430014)

·藥學進展·

Nrf2在促進腫瘤生長及化學治療耐藥中的作用*

蘇昌亮1，張慶華2，黃磊2

(1.華中科技大學同濟醫學院附屬同濟醫院第二臨床學院，武漢 430030；2.華中科技大學同濟醫學院附屬武漢中心醫院婦產科，武漢 430014)

化學治療(化療)在腫瘤的綜合治療中占據著不可替代的地位，但化療耐藥已經成為臨床治療的主要障礙。核轉錄因子E2相關因子2(nuclear factor erythroid 2-related factor 2，Nrf2)是Nrf2-Keapl-ARE信號轉導通路中調控氧化應激反應的關鍵性轉錄因子。近年來研究發現，Nrf2能促腫瘤生長，與化療耐藥相關。該文綜述了Nrf2與化療耐藥的研究進展。

核因子E2相關因子2；腫瘤；耐藥，化學治療；信號通路

惡性腫瘤綜合治療包括手術、化學治療(化療)、放射治療(放療)及生物治療等。化療能鞏固手術治療效果，殺滅殘余腫瘤細胞。腫瘤治療技術的提高使得患者5年生存率和生存期顯著增加，部分早期惡性腫瘤通過綜合治療可以治愈。但化療耐藥是困擾臨床治療的難點，也是導致腫瘤復發、轉移和預后差的重要原因之一，包括固有耐藥和獲得性耐藥。癌細胞對化療藥物做出最初的反應后形成的耐藥為獲得性耐藥，常常出現于化療后復發的腫瘤患者。核轉錄因子E2相關因子2(nuclear factor erythroid 2-related factor 2，Nrf2)是介導細胞防御反應的重要轉錄因子，協助抵抗氧化應激損傷，保護細胞免受化學物質的損害，一度成為化學預防研究領域的熱點。但隨著研究的深入，發現Nrf2不僅促進腫瘤形成和生長，還降低腫瘤細胞對化療的敏感性，誘導化療耐藥[1]。

1 Nrf2-Keap1-ARE通路

1.1 通路的構成 Nrf2-Keap1-ARE通路由Nrf2、胞質蛋白Kelch 樣環氧氯丙烷相關蛋白-1(Kelch-like ECH-associated protein 1，Keap1) 、抗氧化反應元件(antioxidant response element，ARE)組成。Nrf2是相對分子質量為66 000的大分子蛋白物質，由Moi等克隆和分離出來，廣泛表達于肝臟、腎臟、肌肉、肺等各種組織器官[2]。Nrf2是含有堿性亮氨酸拉鏈的帽和領核轉錄因子中的一員，是Ⅱ相解毒酶表達的主要調控轉錄因子。ARE是Nrf2作用的位點，經Nrf2作用后可啟動包括Ⅱ相解毒/抗氧化酶有谷胱甘肽S -轉移酶、醌氧化還原酶、γ-谷氨酰半胱氨酸合成酶、醛-酮還原酶家族1、葡萄糖醛酸轉移酶等基因表達。這些酶類可以使外來物質失活、解毒從而保護細胞，因此，Nrf2曾被認為是化學防癌的理想作用靶標[3]。

Keap1含有多個作用區域，在N末端區域和C末端區域分別含有BTB /POZ區，與相關解毒基因的表達具有緊密的關系。BTB/ POZ區可與Nrf2形成二聚復合體，負責Keap1與Nrf2、肌動蛋白微絲直互相作用[4]。干預區(intervening region，IVR區)富含半胱氨酸，調節蛋白功能狀態，與親電化合物及氧化劑進行反應相關，對于Nrf2泛素化及穩定至關重要。Keap1的C末端區域可能與其自身活性和抑制Nrf2作用有關。Keap1是E3連接酶(Cullin-3)的特異性底物銜接蛋白，可以將之直接與Nrf2連接。

1.2 通路的調節 正常情況下，Nrf2主要存在于胞質，少量在細胞核中起到維持基本轉錄水平的作用。胞質中的Nrf2通常固定于胞質肌動蛋白上[4]，處于相對活性抑制狀態。氧化應激時，刺激物質可以降低Cullin-3活性，引起Keap1與Nrf2解離。被釋放的Nrf2易位到細胞核并與ARE和Maf蛋白結合，激活下游解毒/抗氧化基因表達，提高細胞對氧化劑等有害物質的適應能力。作用后期，氧化還原恢復平衡，Keap1易位到細胞核內，與Nrf2結合并促使Nrf2與ARE分離，并在核轉出信號系統協助下將Nrf2運回胞質[5]。借助BTB區及Kelch區分別與Cullin-3和Nrf2作用形成Keap1-Cullin3-Rbx1復合物，Keap1將Nrf2泛素化。泛素化后的Nrf2半衰期縮短，在基質中被26S蛋白酶體降解，從而導致信號通路的關閉。

2 Nrf2與腫瘤

2.1 Nrf2與腫瘤生長 Nrf2被證實在多種類型的腫瘤中表達，并且與腫瘤的生長和轉移相關。STACY等[6]對47例頭頸部鱗狀細胞癌患者的樣本進行檢測時發現，與正常黏膜相比，實驗組中Nrf2的表達增加91.5%。JIANG等[7]在20例良性腫瘤中并未檢測到Nrf2的表達，但發現89.1%(41/46)子宮內膜漿液癌樣本Nrf2表達陽性，與27.5%(14/51)子宮內膜樣癌樣本Nrf2表達陽性比較，差異有統計學意義。YANG等[8]發現腫瘤病例都有不同程度的Nrf2的表達，其中56.7%(34/60)高水平表達。Nrf2會影響癌細胞的生長，E-鈣粘蛋白可限制Nrf2在胞核內的定位與轉錄活性，丟失后可活化Nrf2，促進腫瘤的生長和轉移[9]。

2.2 Nrf2與腫瘤預后 研究表明，Nrf2的表達與惡性腫瘤患者預后相關。與成骨細胞骨肉瘤相比，Nrf2更傾向于在非成骨細胞骨肉瘤中表達，其表達陽性往往意味著較差的預后和無病生存期相關，可用于預測骨肉瘤的預后[10]。YANG等[8]發現Nrf2陽性染色率高(75%～100%)患者對化療藥物的反應較陽性染色率低的患者更差，高百分比陽性染色往往提示預后較差。

3 Nrf2與化療耐藥

Nrf2一度被認為在腫瘤的化學預防中可以發揮重要的作用，但是近來許多研究表明它與腫瘤化療耐藥呈正相關。Keap1發生突變可使非小細胞肺癌Nrf2活性及下游親電子試劑/藥物解毒作用通路活性增加，導致腫瘤表現出耐藥性[11]。化療藥物氟尿嘧啶激活Nrf2/抗氧化反應信號通路，引起人結腸癌HT-29細胞耐藥性增加[12]。Nrf2誘導劑異硫氰酸酯蘿卜硫素和綠茶多酚作用于人乳腺癌細胞系，顯著降低化療藥物紫杉醇、多柔比星的治療作用[13]；而Nrf2抑制藥鴉膽子苦醇能增加Nrf2的泛素化，增加其降解率，縮短Nrf2半衰期，增強順鉑對肺癌A549細胞毒作用[14]。通過特定小干擾核糖核酸(small interfering RNA，siRNA)敲除Nrf2能保護子宮內膜漿液癌細胞的衍生細胞免于順鉑和紫杉醇的細胞毒作用，其在基因水平的表達抑制能促進腫瘤細胞凋亡，減少腫瘤細胞分化，從而提高化療敏感性[7]。

4 耐藥機制

4.1 Nrf2與耐藥相關蛋白 1970年，研究者發現腫瘤細胞不僅對同一類型的藥物有耐藥性，而且對結構與作用機制不同的藥物也產生交叉抗藥性，即所謂的多藥耐藥。它涉及兩個重要機制：第一，細胞外排泵的活性增加，如多藥耐藥性相關蛋白；第二，細胞解毒能力加強，諸如谷胱甘肽-S-轉移酶等Ⅱ相結合酶的解毒作用。用調節Ⅱ、Ⅲ相代謝酶的萊菔硫酸和化療藥物共同作用于Caco-2細胞系引起Nrf2核易位，導致奎寧還原酶、谷胱甘肽-S-轉移酶同工酶GSTA3、多藥耐藥蛋白1等活性和表達增加[15]。同樣結果也見于SHEN等[16]結腸直腸癌多重耐藥研究，Nrf2激活后可抑制多藥耐藥蛋白2的表達，增加化療藥物在細胞內的積累，逆轉細胞耐藥。

4.2 Nrf2與谷胱甘肽(glutathione，GSH) 化療藥物能與GSH結合而被解毒，而抑制Nrf2提高化療敏感性可能與GSH調控相關。早在1999年，ZHANG等報道了GSH及相關蛋白酶與化療耐藥的相關性。谷胱甘肽酶參與順鉑生化代謝過程，GSH的濃度及GSH依賴酶的活性增加可降低化療藥物的作用，影響肺癌治療的預后[17]。卵巢癌細胞系SK-OV對順鉑極具耐藥性，其細胞內GSH含量25倍于鼠胚胎纖維組織母細胞，在轉染Nrf2-短發夾RNA(short hairpin RNA，shRNA)后，GSH大量消耗加強了順鉑細胞毒作用和抗癌治療的氧化應激作用[18]。MA等[19]發現轉染Nrf2-shRNA 的CaSki細胞系對包括順鉑在內的化療藥物敏感性顯著增加，GSH含量降低，推測化療敏感性增加是通過降低GSH的濃度實現的。Nrf2阻滯藥黃酮類木犀草素作用于非小細胞肺癌細胞A549，大量消耗GSH后，癌細胞A549表現出對奧沙利鉑、博萊霉素和多柔比星較高的化療敏感性[20]。

4.3 Nrf2與氧濃度 實體腫瘤處于低氧狀態，腫瘤血管生成受阻會導致腫瘤供氧不足，低氧誘導因子1-α(hypoxia-inducible factor 1 alpha，HIF-1α)在超過70%的實體腫瘤中呈高表達，抑制其表達可增加在人卵巢癌化療敏感性[21]。基因敲除Nrf2的小鼠體外結腸腫瘤，可以阻止HIF-1α在細胞內的積累、血管內皮生長因子及其他的HIF-1α靶基因的表達，使腫瘤血管生成以及腫瘤的生長受到抑制[22]。清除活性氧簇(reactive oxygen species，ROS)或者敲除Nrf2阻滯卵泡刺激素(follicle-stimulating hormone，FSH) -ROS-Nrf2-HIF-1α信號通路時，卵巢上皮癌細胞表達血管內皮細胞生長因子下降，降低了 FSH促進腫瘤血管形成作用[23]。高濃度氧可激活細胞內超氧化物歧化酶，降解自由基，從而減輕藥物的細胞毒作用。因此，Nrf2與缺氧對化療藥物作用的敏感性值得進一步探究。

4.4 Nrf2與過氧化物酶體增殖物激活受體γ(peroxisome proliferators activator receptors gamma，PPARγ) PPARγ是一個核激素受體，被大量文獻證實可控制腫瘤進展[24]。Nrf2是調節PPARγ相關基因表達的關鍵轉錄因子，ZHAN等[25]發現用Nrf2 shRNA處理過的A549腫瘤細胞低表達PPARγ，而經過Keap1 shRNA轉導的細胞系PPARγ表達增加，對三氧化二砷、依托泊苷和多柔比星細胞毒作用有更高的敏感性。PPARγ阻滯細胞的增殖及增進分化，降低了癌細胞的自我更新潛能，從而提高了化療藥物的殺傷作用。

5 展望

通過深入對Nrf2與腫瘤生長、預后及腫瘤化療耐藥之間相關機制的研究，了解該通路對細胞凋亡、細胞周期及耐藥相關蛋白等下游靶基因的調控。一方面可以為臨床提供腫瘤預后靶標，化療藥敏靶標；另一方面可以探索與調控該通路有關的小分子抑制物和開發新型的耐藥逆轉藥物提供理論基礎，能預測腫瘤原發性耐藥，抑制甚至逆轉腫瘤化療耐藥，提高化療敏感性，改善惡性腫瘤患者的5年生存率及總體預后。

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DOI 10.3870/yydb.2015.03.020

2014-01-23

2014-02-25

*國家自然科學基金資助項目(81101950)；武漢市臨床醫學科研項目(WX12A10)

蘇昌亮(1989-)男，湖南茶陵人，學士，主要研究方向：腫瘤治療及耐藥。E-mail：suchangliang2008@163.com。

黃磊(1976-)，女，湖北黃岡人，主任醫師，博士，從事婦科腫瘤尤其是化療耐藥方面基礎及臨床研究。E-mail：hl8354439@aliyun.com。

R979.1；R73.3

A

1004-0781(2015)03-0354-04