Nrf2/ARE在抗光老化中的作用及机制研究进展

陈劲奕，秦　琴，孙珂岱，杨　航，谭　杨，龚南棚，雷　霞

Nrf2/ARE在抗光老化中的作用及机制研究进展

陈劲奕，秦琴，孙珂岱，杨航，谭杨，龚南棚，雷霞

光老化是皮肤长期暴露于紫外线，引起的慢性损伤。既往研究表明氧化应激是造成皮肤急慢性炎症的主要原因，甚至引起细胞突变，以致肿瘤的形成，而紫外线的照射是引起氧化应激主要原因之一。当紫外线照射下产生过多的活性氧（reactive oxygen species，ROS），超过机体清除能力，可影响相关信号通路传导，导致光老化和癌变。最近的研究提示NF-E2相关因子2 （NF-E2 related factor2，Nrf2）是参与细胞氧化应激反应的关键因子，通过结合下游的抗氧化反应元件（antioxidant response element，ARE）在细胞防御保护中发挥重要作用，能有效抵御紫外线照射引起的皮肤损伤。该文就Nrf2/ARE在抗光老化中的作用及相关机制的研究作一综述。

Nrf2；抗氧化反应元件；活性氧；光老化；紫外线

陈劲奕

1　Nrf 2的概述

NF-E2相关因子2（Nrf 2）于1994年被发现[1]，为一种含有亮氨酸拉链（basicleucinezipper，bZIP）的转录因子，目前被认为是属于帽和领（Cap‘n’collar，CNC）转录因子家族成员中活性最强的转录调节因子，由7个不同功能区组成，分别被命名为Nehl～Neh7[2]。Neh7为近期发现，可特异性地与维A酸X受体α（retinoidX receptor alpha，RXRα）作用，从而抑制Nrf2-ARE信号通路。研究表明Nrf2的活性受细胞质内结合蛋白keap1的调控。生理条件下，细胞质中的Nrf2与keap1结构中的双甘氨酸序列（double glycine repeat，DGR）结合形成二聚体，从而使其活性被抑制。一旦受到内外界自由基和化学物质刺激时，Nrf2从Keap1结合位点脱落，与Maf蛋白（包括 MafG、MafK、MafF）结合形成异二聚体被诱导激活，活化的Nrf2进入细胞核与抗氧化反应元件（antioxidant response element，ARE）结合，启动多种抗氧化蛋白基因和Ⅱ相解毒酶基因的转录与翻译，促使上述相关蛋白表达上调。该信号通路的激活可有效清除体内产生的自由基、对抗致癌中间物，参与抗氧化蛋白酶及Ⅱ相代谢酶基因的表达与调控，以抵抗内外界的有害刺激, 在机体抗氧化应激方面具有重要作用[3]。

2　Nrf2的在光老化中的作用

2.1紫外线通过氧化还原损伤诱导光老化的形成

光老化是由于皮肤长期暴露于紫外线下而产生的慢性炎症，临床上主要表现为皮肤质地、皮肤色素以及皮肤血管的改变，甚至出现各种皮肤癌前期病变和皮肤癌，如日光性角化病、鳞状细胞癌、恶性黑素瘤等；组织学上表现为表皮和真皮有序结构的异常及细胞外基质（extracellular matrices，Ecm）改变，表皮下基底带Ⅳ型和Ⅶ型胶原减少，弹性组织变性，真皮厚度下降，长期紫外线照射为其主要原因[5]。紫外线（ultraviolet，UV）导致皮肤光老化机制十分复杂，大量研究表明氧化应激是UV造成皮肤损伤的重要原因。目前认为其主要机制如下：当皮肤受到UV辐射时，可诱导皮肤内存在的大量天然UV色基分子（包括色氨酸、反式尿刊酸、酪氨酸、核黄素等）吸收UV光子能量后处于激发状态，并与皮肤中的分子氧发生氧化还原反应，在多种酶和过渡金属离子参与下形成活性氧（ROS）[6]。

ROS是一组具有一个或多个未配对电子的原子或分子，包括超氧阴离子(superoxideanion，O2-)、单线态氧(singlet oxygen，1O2)、过氧化氢（hydrogen peroxide，H2O2）、羟自由基（hydroxyl radical，HO-）等。ROS可诱导细胞发生氧化反应。目前认为在正常情况下，体内ROS 的产生和清除处于动态平衡。而其主要的原因为机体本身存在相对完善的抗氧化系统，包括多种酶性及非酶性抗氧化物质，前者包括谷胱甘肽还原酶(glutathione reductase，GR)、谷胱甘肽过氧化物酶(glutathion peroxidase，GP)、过氧化氢酶(hydrogen peroxidas，CAT)及超氧化歧化酶（superoxide dismutase，SOD）等[7]，后者包括维生素C、维生素E、尿酸、辅酶Q等。然而，UV反复照射导致线粒体功能损害，损害的线粒体存在电子传递和氧化磷酸化功能缺陷，因而在能量代谢中产生大量ROS使皮肤中ROS浓度过度升高[8]，超过细胞自身可调节的清除能力时，高水平的ROS等氧化物可引起角质层和真皮层内细胞脂质、核酸、蛋白质等大分子损伤，影响相关信号通路传导，导致光老化和癌变。ROS可激活多种生长受体和细胞生长因子，进而激活促分裂原活化蛋白激酶（mitogen-activated protein kinase，MAPK）通路，最终作用于转录因子AP-1。AP-1主要由C-Jun和C-Fos以及相关蛋白构成，主要通过三个方面参与ROS引起的光老化：诱导基质蛋白金属酶（Matrix Protein metalloenzyme，MMPs）的合成，降解细胞外基质(胶原蛋白和弹力蛋白) 及抑制胶原蛋白的合成；间接阻断转化生长因子（transforming growth factor，TGF-B）通路，使得TGF-B刺激成纤维细胞增生，增加细胞外基质蛋白合成和分泌的功能受到抑制，从而引起皮肤老化；ā抑制细胞周期调控蛋白如p53的表达，进而下调上述细胞因子表达降低，负向调节细胞凋亡，导致细胞癌变[10]。Kawaguchi等[11]研究报道，成纤维细胞经UV照射后，在活性氧作用下，成纤维细胞内MMP-2 mRNA转录上调，而金属蛋白酶组织抑制剂的mRNA转录下降，由此说明活性氧可通过增加MMP-2的水平，从而降解基质导致光老化。因此，通过降低ROS水平，能减少UV对皮肤的氧化损伤作用。

2.2Nrf2/ARE通过抑制ROS阻止光老化的形成

ARE是一个特异的DNA-启动子结合序列，由16个核苷酸组成，其中5个是可变的，因此ARE在基因组中呈现多样性，能被多种氧化性和亲电性化合物激活，从而启动Ⅱ相解毒酶多种抗氧化酶基因的转录与翻译，保护细胞组织正常功能[12]。如SOD、醌氧化还原酶1（nicotinamide quinone oxidoreductase1，NQO1）、γ-谷氨酸合成酶（γ-glutamylcysteine synthethase，γ-GCS）以及血红素加氧酶1（heme oxygenase-1，HO-1）等，促使上述相关蛋白表达上调。Nrf2/ARE信号通路可产生抗氧化还原反应，保护细胞和组织免受氧化应激的损伤，从而激活人体自身的抗老化防御系统[4]。

SOD是一种主要的抗氧化酶，可清除超氧化阴离子，分为Cu 、Zn、Mn及Fe型。其中，锰-超氧化物歧化酶（MnSOD）是氧化磷酸化、UV照射和炎症过程抵御过氧化自由基损伤的第一道防线。SOD的高表达可以抑制氧化应激引起的细胞死亡和组织损伤。研究发现，MnSOD缺陷的杂交小鼠在紫外线照射下，可迅速出现线粒体氧化损伤的累积[13]。

NQO1是一种调节细胞内物质处于氧化还原状态的黄素酶。染色体免疫沉淀分析证实Nrf2结合于NQO1基因的ARE序列，可激活NQO1蛋白表达[14]。相关文献报道[15]，丙炔苯丙胺在l-甲基-4-苯基吡啶离子（l-methyl-4-phenylpyridinum ion，MPP+）氧化应激时，通过细胞外信号调节激酶（extracellular signalregulatedkinase，ERK）和磷脂酰肌醇-3-激酶/蛋白激酶B（phosphatidylinositol 3-kinase/protein kinase B，PI3K/PKB）信号通路，可增强Nrf2的表达和核转位，从而使NQO1蛋白表达上调；然而予以Nrf2siRNA干预后，未观察到上述现象。由此证实Nrf2可促进NQO1的表达上调，从而发挥抗氧化应激损伤的作用。

γ-GCS 是体内还原型谷胱甘肽（reduced glutathione，GSH）合成的限速酶，是一个由重链亚单位和轻链亚单位组成的二聚体。轻链对重链的活性起调节作用，但无催化活性，重链具有全酶的催化功能。研究表明激活Nrf2活性可上调γ-GCS的表达。喂给Nrf2+/+小鼠吡唑后，其肝γ-GCS、谷胱甘肽S转移酶（glutathione S transferase，GST）、HO-1表达较Nrf2-/-小鼠明显上调，并可降低小鼠肝脏的氧化应激损伤[16]。

HO-1可催化血红素生成胆红素、CO和铁离子，是血红素降解的限速酶。现已证实HO-1及其酶解产物直接影响机体抗氧化损伤能力，是机体最重要的内源性保护机制之一[17]。近年研究发现，HO-1及其酶解产物除了抗氧化功能，还具有抗炎、扩血管、改善组织微循环等作用。Lee等[18]研究表明HO-1的表达受到Nrf2的调控，并伴随着Nrf2蛋白表达的增加和核转位，其调控的抗氧化蛋白HO-1表达明显增强，而在应用Nrf2siRNA之后，HO-1表达明显下降。

3　抗光老化药物/植物/治疗中Nrf2的作用

目前研究认为Nrf2的激活与多种因素有关，主要包括Nrf2/keap1的解离机制和Nrf2跨核膜转运机制。而Nrf2-keap1的解离与释放受Nrf2自身稳定性、Keap1构象改变、亲电子试剂[19]、氧化应激[20]和Nrf2的磷酸化[21]调控。由此表明，激活Nrf2/ARE通路可通过阻止Nrf2与Keap1结合，从而减弱Keap介导的蛋白酶对Nrf2的降解。Nrf2 激活剂包括植物来源的天然产物和人工合成的化学药品。而目前关于Nrf2 激活剂在皮肤光老化方面的研究主要定位于植物来源的天然产物。该产物中含有蛋白质、氨基酸、脂类、多糖类、维生素、微量元素以及有机酸等多种营养物质。其特点是分子量小，可快速渗入皮肤细胞，作用温和，具有较强清除体内自由基、提高SOD活性等抗氧化能力，从而提高皮肤自身代谢活力，延缓衰老，是皮肤细胞天然激活剂，故将其应用于皮肤光老化的治疗是目前研究的一大热点，目前研究较多的Nrf2植物激活剂包括儿茶素、莱菔硫烷黄芩、姜黄素、乳香提取物、杜仲等，以上不同的植物激活剂可通过活化机体内不同的途径，激活细胞内抗氧化防御系统达到较强抗氧化作用。

4　总结/展望

综上所述，光老化是皮肤科的常见疾病之一，影响患者的生活质量。最近大量研究表明Nrf2/ARE通路通过清除体内过多的自由基、提高SOD的水平等方式抵抗内外界有害刺激，发挥抗氧化还原能力，抑制皮肤光老化。随着机制的发现，以Nrf2为中心的药物也相继被探讨，但仅局限于动物模型研究中，尚未用于临床患者的治疗中，故需要进一步的研究来完善，也为临床工作者的治疗提供了新的思路与参考。

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（本文编辑敖俊红）

Research progress on the role and mechanism of Nrf2/ARE in photoaging resistance

CHEN Jin-yi，QIN Qin，SUN Ke-dai，et al
Department of Dermatology, the third Affiliated Hospital, the Third Military Medical University, Chongqing 400042, China

Photoaging is a chronic injury that is caused by long term exposure to ultraviolet radiation. Previous research showed that oxidative stress damage was the main cause of acute or chronic inflammation in the skin, even cell mutation, and UV irradiation is one of the most damaging factor to induce oxidative stress damage. Long term exposure to UV causes excessive ROS production, which is beyond the scavenging ability of our bodies. These ROS can affect the related signal pathway, lead to light aging and cancer. Recent studies reported that Nrf2(NF-E2, NF-E2 related factor 2) was the key factor involved in cell oxidative stress reaction. Nrf2 could combine the oxidation reaction of downstream components(antioxidant response element, ARE) and play an important role in cell defense protection, and then effectively resist skin damage caused by UV irradiation. This article was a review about the role of Nrf2/ARE in photoaging resistance and its related mechanism.

Nrf2；Antioxidant response element；Reactive oxygen species；Photoaging；Ultraviolet [J Pract Dermatol, 2016, 6(5):319-321]

R34；R334+.5

A

1674-1293(2016)05-0319-03

10.11786/sypfbxzz.1674-1293.20160510

国家自然科学基金资助项目（81573071）

400042 重庆，第三军医大学第三附属医院野战外科研究所皮肤科（陈劲奕，秦琴，孙珂岱，杨航，谭杨，龚南棚，雷霞）

陈劲奕，在读研究生，住院医师，研究方向：光生物学，皮肤光老化，E-mail: 351899389@qq.com

雷霞，E-mail: leixia1979@sina.com

（2016-05-05

2016-07-20）