白癜风氧化应激发病机制的研究进展

赵晓菲　刘国艳

白癜风氧化应激发病机制的研究进展

赵晓菲刘国艳

白癜风发病机制复杂，涉及遗传、免疫、氧化应激、功能性黑素细胞凋亡和（或）丢失、神经体液等假说。本文将对Keap1/Nrf2/ARE信号转导通路与氧化应激进行综述。

白癜风； 氧化应激； Keap1/Nrf2/ARE信号通路

白癜风是最常见的一种色素脱失性皮肤病，影响着全世界0.5%～1%的人口。该病发病机制复杂，涉及遗传、免疫、氧化应激、功能性黑素细胞凋亡和丢失、神经精神等学说。目前白癜风与氧化应激的相关性研究结果显示氧化应激在遗传易感个体可能为始动因素。

1　氧化应激与白癜风的相关性研究

氧化应激是指机体在遭受各种有害因素刺激下，体内高活性分子如活性氧自由基（reactive oxygen species，ROS）产生过多，氧化程度超出氧化物的清除，氧化系统和抗氧化系统失衡，从而导致组织损伤。

近年来有关白癜风氧化应激的研究结果显示，白癜风患者血浆中丙二醛、超氧化物歧化酶、谷胱甘肽过氧化物酶等抗氧化酶存在异常，与健康人相比有统计学意义［2］，因此白癜风患者血浆中存在氧化-抗氧化失衡，且进展期白癜风患者血浆中氧化-抗氧化失衡较稳定期加剧（丙二醛与谷胱甘肽过氧化物酶呈显著负相关，丙二醛与超氧化物歧化酶呈显著正相关）［3］。此外，在黑素合成过程中，酪氨酸酶作为酪氨酸代谢的关键酶表现出一定的二酚酶（过氧化氢合成）和过氧化氢酶（过氧化氢降解）活性，提示黑素合成可能跟高活性氧有关［4］。以上均证明氧化应激不仅与白癜风的发病密切相关，而且与白癜风的病情活动性也具相关性。因此专家提出活性氧可作为监测白癜风病情活动性的指标［5］。

ROS可以攻击黑素细胞，干扰其正常代谢、增殖和分化，引起细胞凋亡、缺陷，继而暴露隐蔽肽段释放隐蔽抗原或产生新的自身抗原，打破机体的免疫耐受，诱发免疫反应，形成瀑布式效应［6］。另外，氧化应激还可增加黑素合成中间毒性产物，从而促进儿茶酚胺释放，引起黑素细胞免疫性损伤［7］。研究发现，高水平ROS会使诸多细胞因子数量增加，如IL-2、Bcl-2，它们分别可上调抗凋亡蛋白的表达及使T细胞抗凋亡［8］。因此自身免疫和氧化应激协同加重了氧化应激损伤［9］。过氧化氢（H2O2）可产生羟自由基，引起脂质过氧化反应，还可以自由穿过各种细胞膜和核膜，因此危害性最大［10］。以H2O2为首的ROS可灭活多种抗氧化酶类，包括过氧化氢酶、谷胱甘肽S转移酶、乙酰胆碱酯酶及甲硫氨酸硫氧化物还原酶等，从而进一步加剧了ROS的聚集，形成恶性循环。H2O2氧化钙调节蛋白后会影响其与钙离子的结合，导致钙稳态失衡以及苯丙氨酸摄取障碍，从而影响到黑素合成。ROS干扰6R-L-红-5、6、7、8-四氢生物喋呤（（6R）-L-erythro-5，6，7，8-tetrahydrobiopterin，6BH4）生物合成及再循环的过程，导致6BH4的同分异构体蓄积，从而竞争性抑制苯丙氨酸羟化酶，干扰黑素的合成。H2O2可使黑素小体蛋白断裂，生成具有免疫反应性的多肽，如未能及时清除，则氧化修饰后的蛋白片段可能成为半抗原，具有强的免疫原性。H2O2可以攻击包括线粒体在内的内生物膜系统，使线粒体膜电位降低，最终激活线粒体依赖的凋亡通路，引起细胞调亡。H2O2还可使诸多细胞因子加强应答，如肿瘤坏死因子（TNFα），转化生长因子-β1（TGFβ1），这对黑素合成有潜在的抑制作用。

2　Keap1/Nrf2/ARE信号传导通路与氧化应激的关系

Keap1/Nrf2/ARE信号通路是目前研究发现的最重要的抗氧化应激通路。转录因子NF-E2相关因子2（NF-E2-related factor2，Nrf2）是一种含有亮氨酸拉链基本结构的转录因子，是自身抗氧化应激调节因子，主要表达于肝脏、肾脏等代谢和解毒组织中，以及其它持续暴露的组织如皮肤、肺、消化道等，普遍表达于各种细胞［11］。Nrf2包括6个高度保守的环氧丙氯烷（epichlorohydrin，EHC）相关蛋白同源结构域（Nrf2 -EHC homology，Neh），分别被命名为Neh1-6［12］。Neh1为碱性亮氨酸拉链基本序列，是Nrf2与小Maf蛋白（smallMafproteins）形成异二聚体并与抗氧化反应元件（anti-oxidant response element，ARE）结合的区域［13］。抗氧化反应元件（ARE）是一个特异的DNA -启动子结合序列，位于超氧化物岐化酶（SOD）等保护性基因的5'端的启动序列。Kelch样ECH相关蛋白1（Kelch-like ECH-associated pro-tein1，Keap1）是Kelch家族多区域阻遏蛋白，正常情况下锚定于胞浆、栓在肌动蛋白细胞骨架上。Neh2能与之结合并被其负性调节，生理条件下Nrf2在细胞质中与其结合，并不断地以Keap1介导的蛋白酶体泛素化反应的方式所降解，这种内生Nrf2的消除是相当快速的，从而表达稳定性和非活性状态，抑制Nrf2从胞浆进入胞核内激活下游信号。

当受到氧化应激的刺激、亲电子物质作用，Keap1构象改变，Keapl上的两个半胱氨酸位点C273和C288被同时修饰，致使Keapl与Nrf2解偶联；也可通过激酶通路，包括MAPK，PI3K，PCK等直接磷酸化Nrf2，促使其与Keap1分离，激活Nrf2［14］；同时还可能减弱Keap1介导的蛋白酶对Nrf2的降解作用。活化的Nrf2从Keap1解离后进入细胞核，在核内与Maf蛋白结合成异二聚体后与ARE结合，启动下游II相解毒酶、抗氧化蛋白类、泛素酶以及蛋白酶体的基因表达。Keap1/Nrf2/ARE信号通路通过调节这些下游基因的表达来减轻ROS和亲电子物质引起的细胞损伤，维持机体氧化-抗氧化的生理平衡。Nrf2蛋白作为一种转录因子，也可以通过结合其自身基因5'端的ARE序列，调节其蛋白的转录活性［15］。激活的Nrf2-ARE信号通路还可以抑制由泛素介导的Nrf2蛋白降解，稳定Nrf2蛋白在细胞质的浓度，增强Nrf2蛋白的转录活性。这说明Nrf2的激活可以形成一种正反馈调节机制，进一步加强其调节保护性基因的转录活性。随后，Keap1进入细胞核内，与Nrf2一起出核并使Nrf2在胞浆内持续被蛋白酶降解，Nrf2水平下降，激活终止［16］。

3　Keap1/Nrf2/ARE信号传导通路与白癜风的关系研究

Keap1/Nrf2/ARE信号传导通路与多种疾病发生具有相关性，例如糖尿病、老年性退行性病变、肿瘤等，而其与白癜风发病关系的研究相对较少。Marrot等［17］在研究中使用3种Nrf2通路激活剂、太阳光和紫外线A刺激人黑素细胞和角质形成细胞，通过RTPCR方法检测相关抗氧化基因（HO-1，NQO-1和γGCL）的表达水平，结果证实人角质形成细胞和黑素细胞中均存在Nrf2-ARE通路，并且发现在不同的细胞中、不同的刺激因素下，该通路下游抗氧化基因的表达变化也不尽相同。国内Guan等［18］的研究发现Nrf2启动子区-650基因多态性与白癜风发生、发展相关，同时利用激光共聚焦显微镜观察白癜风患者皮损处Nrf2的表达及定位情况，结果发现白癜风患者皮损处Nrf2主要位于胞浆中，提示白癜风患者皮损处Nrf2入核明显减少［19］，这表明在白癜风患者黑素细胞中Nrf2的核转录活性受到抑制从而导致黑素细胞的功能失调或破坏。同时大量的研究发现与Nrf2磷酸化相关的MAPK、PKC和PI3K三条蛋白激酶途径的异常均与白癜风的发病有关。这些研究提示Keap1/Nrf2/ARE信号通路可能参与了白癜风的发生和发展。

研究表明，白癜风患者抗氧化系统破坏导致黑素细胞更容易受到自由基介导的损伤［20］。在氧化应激条件下，黑素细胞降低Nrf2核转位和转录活性，导致HO-1等抗氧化酶表达减少，从而导致黑素细胞死亡［21］。HO-1被称为热休克蛋白32（heat shock protein，HSP32），是血红素降解的限速酶，通过Nrf2-ARE通路保护黑素细胞免受氧化应激的损伤［22］。Nrf2是调控HO-1表达的主要转录因子，参与了保护人黑素细胞避免H2O2诱导的氧化应激损伤。Tanaka等［23］在神经退行性疾病中的研究显示，激活Nrf2可保护PC12细胞避免凋亡，黑素细胞与神经细胞均起源于外胚层神经嵴，因而具有相似的生物学特性，提示激活Nrf2也可保护黑素细胞避免凋亡。现研究，皮下注射光损伤保护剂可以引起黑素细胞和角质形成细胞中Nrf2水平增高，从而降低ROS水平和局部炎症。因此，对Nrf2-ARE信号通路进行干预有望成为治疗白癜风的手段之一［24］。

4　结语

氧化应激机制参与了白癜风的发生与发展，且与病情活动性相关。Keap1/Nrf2/ARE信号传导通路作为主要的抗氧化应激通路，在受到氧化应激作用时被激活，通过调节一系列抗氧化蛋白的生成来减轻细胞损伤。该通路在白癜风患者体内存在异常，而Nrf2-ARE抗氧化系统是调控多种抗氧化酶转录表达的关键内源性通路，Keap1/Nrf2/ARE信号传导通路是否作为白癜风的重要抗氧化通路发挥作用，以及针对该通路的调控能否作为白癜风抗氧化治疗的有效方法，尚待进一步的研究。寻找更多的白癜风氧化-抗氧化失衡的证据，并进一步阐明其发病机制，对白癜风的抗氧化治疗具有重要意义。

［1］Taïeb A，Picardo M.The definition and assessment of vitiligo:a consensus report of the vitiligo european task force［J］. Pigment Cell Research，2007，20（1）:27-35.

［2］Agrawal S，Kumar A，Dhali TK，et al.Comparison of Oxidant-Antioxidant Status in Patients with Vitiligo and Healthy Population［J］.Kathmandu Univ Med，2014，46（2）:133-137.

［3］Yildirim M，Baysal V，Inaloz HS，et al.The role of oxidants and antioxidants in generalized vitiligo at tissue level［J］.J Eur Acad Dermatol Venereol，2004，18（6）:683-686.

［4］Tang L，Li J，Lin X，et al.Oxidation levels differentially impact melanocytes:low versus high concentration of hydrogen peroxide promotes melanin synthesis and melanosome transfer［J］.Dermatology，2012，224（2）:145-153.

［5］Pradhan R，De S，Choudhary N，et al.Can systemically generated reactive oxygen species help to monitor disease activity in generalized vitiligo？A pilot study［J］.Indian J Dermatol，2014，59（6）:547-551.

［6］Guerra L，Dellambra E，Brescia S，et al.Vitiligo:pathogenetic hypotheses and targets for current therapies［J］.Curr Drug Metab，2010，11（5）:451-467.

［7］Laddha NC，Dwivedi M，Mansuri MS，et al.Vitiligo:interplay between oxidative stress and immune system［J］.Exp Dermatol，2013，22（4）:245-250.

［8］Clemens MJ，Van venrooij WJ，Van de Putte LB.Apoptosis and autoimmunity［J］.Cell Death Differ，2000，7（1）:131-133.

［9］Laddha NC，Dwivedi M，Mansuri MS，et al.Role of oxidative stress and autoimmunity in onset and progression of vitiligo［J］.Exp Dermatol，2014，23（5）:352-353.

［10］Boh EE.Role of reactive oxygen species in dermatologic diseases［J］.Clin Dermatol，1996，14（4）:343-352.

［11］Kim T，Mars WM，Stolz DB，et al.Extracellular matrix remodeling at the early stages of liver regeneration in the rat［J］.Hepatology，1997，26（4）:896-904.

［12］Zhang DD.Mechanistic studies of the Nrf2-Keap1 signaling pathway［J］.Drug Detabolism Reviews，2006，38（4）:769-789.

［13］刘文博，谭晓斌，贾晓斌，等.基于Nrf2通路的中药化学预防肿瘤的研究思路［J］.中草药，2011，42（7）:1429-1434.

［14］Marrot L，Jones C，Perez P，et al.The significance of Nrf2 pathway in（photo）-oxidative stress response in melanocytes and keratinocytes of the human epidermis［J］.Pigment Cell Melanoma Res，2008，21（1）:79-88.

［15］Guan CP，Zhou MN，Xu AE，et al.The susceptibility to vitiligo is associated with NF-E2-related factor2（Nrf2）gene polymorphisms:a study on Chinese Han population［J］.Exp Dermatol，2008，17（12）:1059-1062.

［16］Sun Z，Zhang S，Chan JY，et al.Keap1 controls postinduction repression of the Nrf2-mediated antioxidant response by escorting nuclear export of Nrf2［J］.Mol Cell Biol，2007，27（18）:6334-6349.

［17］Tkachev VO，Menshchikova EB，Zenkov NK.Mechanism of the Nrf2/Keap1/ARE signaling system［J］.Biochemistry（Moscow），2011，76（4）:407-422.

［18］Kwak MK，Itoh K，Yamamoto M，et al.Enhanced expression of the transcription factor Nrf2 by cancer chemopreventive agents:role of antioxidant response element-like sequences in the nrf2 promoter［J］.Mol Cell Biol，2002，22（9）:2883-2892.

［19］Guan CP，Wei XD，Chen HY，et al.Abnormal nuclear translocation of nuclear factor-E2 related factor 2 in the lesion of vitiligo［J］.Zhonghua Yi Xue Za Zhi，2008，88（34）:2403-2406.

［20］Meierjohann S.Oxidative stress in melanocyte senescence and melanoma transformation［J］.Eur J Bell Biol，2014，93（1）:36-41.

［21］Jian Z，Li K，Song P，et al.Impaired activation of the Nrf2 -ARE signaling pathway undermines H2O2-induced oxidative stress response:a possible mechanism for melanocyte degeneration in vitiligo［J］.J Invest Dermatol，2014，134（8）:2221-2230.

［22］Jian Z，Li K，Liu L，et al.Heme oxygenase-1 protects human melanocytes from H2O2-induced oxidative stress via the Nrf2-ARE pathway［J］.J Invest Dermatol，2011，131（7）:1420-1427.

［23］Tanaka A，Hamada N，Fujita Y，et al.A novel kavalactone derivative protects against H2O2-induced PC12 cell death via Nrf2/ARE activation［J］.Bioorg Med Chem，2010，18（9）:3133-3139.

［24］Biolcati G，Aurizi C，Barbieri L，et al.Efficacy of the melanocortin analogue Nle4-D-Phe7-α-melanocyte-stimulating hormone in the treatment of patients with Hailey-Hailey disease［J］.Clini Exp Dermatol，2014，39（2）:168-175.

（收稿:2015-06-09 修回:2015-07-10）

Update of the oxidative stress in the pathogenesis of vitiligo

ZHAO Xiaofei，LIU Guoyan.
Weifang Medical College，Weifang，Shandong 261000，China
Corresponding author:LIU Guoyan，E-mail:wfliuguoyan@126.com

［Abstract］Pathogenesis of vitiligo is complex，involving genetic，immunity，oxidative stress，apoptosis of functional melanocytes and（or）loss and neurohormonal hypothesis，etc.Keap1/Nrf2/ARE pathway associated with oxidative stress was reviewed in this paper.

vitiligo；oxidative stress；Keap1/Nrf2/ARE signal pathway

山东省自然科学基金（编号:ZR2013HL068）潍坊医学院附属医院科技创新基金项目（编号: K12CX1009）

潍坊医学院，山东潍坊，261000

刘国艳，E-mail:wfliuguoyan@126.com