中药调节Nrf2在肿瘤防治中的研究

张琳琳，贾 维*，郑翠侠

（1.上海中医药大学附属上海市中西医结合医院，上海 200082；2.上海市杨浦区中心医院，上海 200082）

癌症（恶性肿瘤）是全球最严峻的公共健康问题之一。已成为世界范围内首要的疾病致死原因，极大的威胁着人类的健康和生命。据国际癌症研究中心发表的全球癌症统计报告显示：2018 年全球新增癌症18 078 957 例，发病率达到236.9/10 万。肿瘤亦为临床难治病，2018 年新增癌症死亡人数9 555 027 例，死亡率达125.2/10 万[1]。据预测，到2030 年，每年将有3 000 万人死于癌症[2]。大量研究发现：抗氧化应激信号通路Keap1-Nrf2/ARE 与多种肿瘤的发生发展密切相关[3]。且有多项研究表明我国传统中草药及提取物在调控Nrf2，防治肿瘤方面有着独特的优势。

1 Keap1-Nrf2/ARE 通路

Keap1-Nrf2/ARE 信号通路是迄今为止发现的最为重要的内源性抗氧化应激信号通路，同时也是维持细胞内氧化还原稳态的中枢调节者。包括Nrf2、Keap1、ARE 三个主要成员，其中Nrf2 是CNC（cap'n'collar）家族中活性最强的转录因子,包含7 个Neh（Nrf2-ECH homology）同源结构域，即Neh1-Neh7，共同调控Nrf2 稳定性及转录活性[4]，其中Neh2 能够通过DLG和ETDE 基序与Keap1 的Kelch 结构域结合，进而降解Nrf2，实现对Nrf2 活性调控。Kelch 样环氧氯丙烷相关蛋白-1（Keap1）是一个富半胱氨酸的蛋白质，是Cul3 依赖的E3 泛素连接酶的底物调节蛋白，其与Nrf2 连接后，对Nrf2 的活性起到负向的调节作用[5]。

生理状况下，Keap1 在细胞质中以二聚体形式与Nrf2 结合，使之成为E3 泛素连接酶的适配底物，促进Nrf2 泛素化，进而被26S 蛋白酶体降解，使Nrf2 处于一种非活性状态。当受到外界有害刺激及氧化应激时，Nrf2 与Keap1 解离和释放，同时减弱Keap1 介导的蛋白酶对Nrf2 的降解作用[6]。Nrf2 进入细胞核内增多，并与Maf 蛋白形成异二聚体，进而与ARE 抗氧化反应原件相结合，启动Nrf2 的下游靶基因II 相解毒酶和抗氧化蛋白的转录及表达，发挥细胞解毒及清除有害物质的能力[7]，预防肿瘤。有大量研究表明，在肿瘤细胞中存在多种遗传物质的改变以及高度氧化应激的状态，此时Nrf2 具有较高的活性，Nrf2 持续异常激活可引起其在癌细胞中的积聚，导致Nrf2 下游产物，包括HO-1、NQO1、GCLC、GSR、TXN 等抗氧化和解毒相关基因增多，进而增强癌细胞抗损伤作用，有助于肿瘤细胞发展[8-9]。

2 Keap1-Nrf2/ARE 信号通路在稳态中的作用

中医早在春秋战国时期就有阴阳平衡理论，如《素问·生气通天论篇》云：“阴平阳秘，精神乃治，阴阳离决，精气乃绝”。《素问·至真要大论》中曰：“谨察其阴阳所在而调之，以平为期”。提出维持阴阳动态平衡才能保持最佳的健康状态，反之则易成病。中医学理论中阴阳平衡实质即为现代医学中机体内环境稳态[10]，而内环境稳态核心内涵为机体氧化还原平衡。机体在氧化与抗氧化间维持相对稳定的氧化还原状态，以维持机体的内环境稳定[11]。Keap1-Nrf2/ARE 系统是抗氧化还原干扰的主要诱导防御机制，能够协调和平衡细胞内的氧化应激反应，对于维持机体内氧化还原动态平衡，使细胞处于稳定状态具有重要的作用。

3 调控Nrf2 的肿瘤防御机制

Nrf2 可以保护细胞免受致癌物和细胞内外活性氧（ROS）诱导的DNA 损伤以及脂质、碳水化合物和蛋白质的破坏[12-14]，保护细胞免受致突变和有毒的代谢物损害，预防肿瘤发生。因此，当Nrf2 的细胞保护作用消失时，会导致许多应激性损伤。大量的体外和体内研究表明，Nrf2 的瞬时激活对化学致癌物的代谢转化和排泄有益[15]，而Nrf2 功能缺失小鼠II 相解毒酶，如谷氨酰半胱氨酸连接酶（GCL）、谷胱甘肽s-转移酶（GST）和NAD（P）H:醌氧化还原酶1（NQO1）水平显著降低。当此小鼠暴露在氧化应激及有害刺激环境时，肾、肝、心、眼、脑等组织会受到广泛损伤[16]。Nrf2 缺失会导致机体对致癌物和化学毒物表现出更高的敏感性。此外，已有大量研究表明在大鼠和人类中，Nrf2 的表达会随着年龄的增长而降低[17-19]，这在一定程度上可以解释衰老对癌症的敏感性增加。

许多中药提取物可通过Keap1-Nrf2/ARE 信号通路对肿瘤起到预防作用[20]。如姜黄素、萝卜硫素、表没食子儿茶素—没食子酸酯、白藜芦醇、肉桂基化合物等可诱导Nrf2 表达。通过直接影响Keap1 结合Nrf2 的能力，促进Nrf2 活化转录进入细胞核，激活NQO1、GST 等Ⅱ相解毒酶，保护细胞免受致癌物质损伤，起到细胞保护的作用[21-23]。

4 降低Nrf2 过度表达抑制肿瘤

4.1 抑制肿瘤细胞的增殖生长 肿瘤细胞中通常具有较正常细胞高的基础ROS 水平，适度升高的ROS 有利于肿瘤的生存、发展，而当ROS 水平过高，可使肿瘤细胞先于正常细胞达到毒性阈值，导致癌细胞死亡。因此通过直接诱导肿瘤细胞内ROS 的产生或抑制抗氧化酶系统间接升高ROS，可选择性杀伤肿瘤细胞。大量研究[24-26]发现香叶木素、齐墩果酸、毛兰素等对Nrf2-ARE 信号通路有较强抑制活性，通过上调A549细胞中Keap1 的表达，引起Nrf2 被泛素化降解增多，转位入核减少，Nrf2 与ARE 抗氧化反应原件的结合减少，使得抗氧化信号传递受阻，进而致使ROS 在A549 细胞中大量累积，最终引起肿瘤细胞凋亡。

4.2 抑制肿瘤细胞的迁移与侵袭 E-钙黏素下调可直接影响上皮间质转化（EMT）相关蛋白vimentin、slug、L1CAM 的表达，上皮间质转化是指机体在特定状态下，由上皮细胞向间质细胞转化的瞬时可逆的过程。因此E-钙黏素蛋白的水平直接影响细胞间的黏连、重排、间质转化和迁移，是肿瘤细胞发生侵袭、转移的重要机制之一[27]。李祎[28]研究显示：鸦胆子苦醇可显著降低Nrf2，并上调E-钙粘素表达水平，从而降低细胞黏附性以及侵袭性作用。其认为Nrf2 与E-钙粘素蛋白表达存在相关性。Nrf2 增加或钙黏蛋白减少，都可促使细胞形态改变，迁移能力增强，而鸦胆子苦醇可以通过此作用抑制肿瘤细胞迁移与侵袭。

4.3 逆转肿瘤细胞耐药和辐射抗性 肿瘤细胞对化疗和放疗产生耐药性是影响患者预后的主要原因。化疗药物耐药及辐射抗性产生由多种原因引起，包括药物靶点改变，药物流出增加，代谢解毒抗癌成分增加，药物积累减少等[29]。许多在化疗和放疗耐药性中发挥作用的基因与Nrf2都有关联，直接或间接受Nrf2调控。Nrf2 的持续激活降低了放疗和化疗诱导的细胞毒性，增强了癌细胞的耐药性[30]。

肿瘤细胞中Nrf2 大量入核，一方面引起谷胱甘肽、血红素加氧酶1、醌氧化还原酶1 等抗氧化基因表达水平升高，使肿瘤细胞增殖加快、代谢紊乱[31]，另一方面引起药物流出泵相关基因、解毒酶及多药耐药相关蛋白（MRP）的表达增加，增强肿瘤细胞对化疗药物的耐受，介导肿瘤细胞多药耐药的产生[32]。有学者研究发现汉黄芩苷、茉莉酸甲酯、香叶木素可抑制Nrf2/ARE 通路，增强癌细胞或成瘤小鼠对化疗药的敏感性[33-34,24]。因此，抑制Nrf2 信号通路作为逆转耐药的潜在靶点，可被视为提高传统治疗效果的新策略。放疗主要通过电离辐射（IR）使自由基和ROS 形成，直接或间接地引起肿瘤细胞DNA 核苷酸修饰、单链和双链DNA 断裂（SSBs 和DSBs），进而使肿瘤细胞损伤，从而诱导其凋亡[35]。Nrf2 的下游基因包括种类繁多的抗氧化酶，能有效清除机体内过多的自由基[36]，过渡活化的Nrf2 会使肿瘤细胞产生辐射抵抗。大量研究发现对放疗不敏感的肿瘤在治疗过程中都出现了抗氧化酶超表达的现象[37]。SUN X H 等[38]通过研究发现A549 细胞系在受到电离辐射后，Nrf2 蛋白增多并且向细胞核聚集；当使用鸦胆子苦醇（Brusatol）之后，可以有效抑制Nrf2 蛋白增多和核内聚集，使肺癌细胞的增殖被抑制，并逐渐死亡。其认为Brusatol 可通过抑制Nrf2的表达来增强A549肺癌细胞的辐射敏感性。

5 小结

综上所述，机体总是在氧化和抗氧化之间保持相对恒定的氧化还原状态，以维持内环境的稳定，而氧化还原稳态失衡和肿瘤的发生发展密切相关。Nrf2 在调控细胞氧化应激反应及维持细胞内氧化还原稳态中发挥重要作用。某些中药有效成分通过瞬时上调 Nrf2的表达，启动细胞保护机制；有些中药又可以中断Nrf2 过表达抑制肿瘤生长。不论是瞬时上调还是下调Nrf2 表达，其目的都是维持细胞内环境稳态。因此在机体氧化还原过程中寻求一种动态平衡状态对于今后全面探究Nrf2 对于肿瘤的作用具有重大意义。