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調(diào)控NRF2用于治療疾病：時(shí)機(jī)就是一切
發(fā)表于：2020-03-25 作者：admin 來(lái)源：本站 點(diǎn)擊量：12806
關(guān)鍵詞
癌癥，臨床試驗(yàn)，疾病，KEAP1，NRF2，治療學(xué)
摘要
轉(zhuǎn)錄因子核因子紅系2（NF-E2）相關(guān)因子2（NRF2）是氧化還原、代謝和蛋白質(zhì)穩(wěn)態(tài)的中樞調(diào)節(jié)因子，在多種信號(hào)級(jí)聯(lián)放大通路中存在。盡管對(duì)NRF2信號(hào)復(fù)雜性的理解不斷加深，但臨床上只有一種作用于NRF2的治療藥物，富馬酸二甲酯，用于治療多發(fā)性硬化癥。關(guān)于新療法的發(fā)現(xiàn)令人困惑的是，NRF2水平的變化很大程度上取決于生理和病理環(huán)境。因此，正確定時(shí)和有針對(duì)性地操縱NRF2通路對(duì)于創(chuàng)建有效的治療方案至關(guān)重要。本文總結(jié)了NRF2的調(diào)節(jié)和其下游靶點(diǎn)。此外，我們還討論了NRF2在癌癥、神經(jīng)退行性病變、糖尿病以及心血管、腎臟和肝臟疾病中的作用，特別強(qiáng)調(diào)了基于NFR2的治療方法，包括那些已進(jìn)入臨床試驗(yàn)的方法。
引言
轉(zhuǎn)錄因子核因子紅系2（NF-E2）相關(guān)因子2（NRF2）最初被認(rèn)為是氧化還原穩(wěn)態(tài)的主要調(diào)節(jié)因子，但它還是多組細(xì)胞功能的關(guān)鍵中介。通過(guò)對(duì)新的調(diào)節(jié)因子、靶基因和疾病背景的持續(xù)鑒定，已經(jīng)表明NRF2不僅在氧化還原穩(wěn)態(tài)中起作用，而且在藥物/異生物質(zhì)代謝，DNA修復(fù)，線粒體功能，鐵、脂類(lèi)和碳水化合物代謝，蛋白質(zhì)平衡和增殖中也起作用，所有這些作用都有助于細(xì)胞存活（1）。盡管已確定NRF2的益處，但仔細(xì)調(diào)節(jié)NRF2途徑對(duì)疾病預(yù)防的極端重要性日漸清晰。由于詳細(xì)的機(jī)理研究揭示了NRF2生理學(xué)和病理學(xué)之間的復(fù)雜相互作用，對(duì)依賴(lài)上下游調(diào)節(jié)NRF2信號(hào)級(jí)聯(lián)通路的新化合物的需求不斷增長(zhǎng)。
由于新的研究揭示了NRF2信號(hào)網(wǎng)絡(luò)之前未被重視的復(fù)雜性，基于NRF2的療法不斷出現(xiàn)；然而，療法從實(shí)驗(yàn)室到臨床的進(jìn)展仍然滯后。除此之外，NRF2直接或間接發(fā)揮作用的病理環(huán)境數(shù)量正在迅速增加。本綜述總結(jié)了目前已確定的NRF2的調(diào)節(jié)子和下游靶點(diǎn)，與其他信號(hào)通路的相互作用，以及在癌癥和其他疾病中的作用。本綜述還強(qiáng)調(diào)了目前已經(jīng)發(fā)展到臨床階段的療法，以及其他可以發(fā)展成治療和預(yù)防疾病的NRF2藥理學(xué)調(diào)節(jié)劑。
NRF2信號(hào)通路綜述
NRF2領(lǐng)域的關(guān)鍵發(fā)現(xiàn)：歷史視角
對(duì)NRF2的研究相對(duì)較新，大部分關(guān)鍵發(fā)現(xiàn)都發(fā)生在過(guò)去的40年中（圖1）。盡管NRF2于1994年首次被克隆，但抗氧化反應(yīng)的轉(zhuǎn)錄控制的最初概念出現(xiàn)在20世紀(jì)70年代，當(dāng)時(shí)數(shù)項(xiàng)研究表明，酚類(lèi)抗氧化劑的抗癌作用源于增加II相解毒酶的活化，例如谷胱甘肽-S-轉(zhuǎn)移酶（GST）（2, 3）。雖然當(dāng)時(shí)還不清楚GST是否由NRF2調(diào)控，但這首先證明解毒活性中間產(chǎn)物的酶的激活可用于預(yù)防化學(xué)致癌作用，這些酶中許多現(xiàn)已被確定為NRF2轉(zhuǎn)錄靶點(diǎn)。1989年發(fā)現(xiàn)了一種蛋白質(zhì)NF-E2，其結(jié)合的保守序列包含激活蛋白1（AP-1）的核心模體（4）。NF-E2是6種哺乳動(dòng)物cap’n’collar轉(zhuǎn)錄因子（堿性亮氨酸拉鏈轉(zhuǎn)錄因子）中的第一種被發(fā)現(xiàn)與此模體結(jié)合的轉(zhuǎn)錄因子，該模體與其他因子NRF1（5）、NRF2（6）、NRF3（7）、Bach1（8）和Bach2（9）的結(jié)合相繼被鑒定。之后在大鼠GST-Ya基因的啟動(dòng)子中鑒定出該NF-E2/AP-1序列，并響應(yīng)叔丁基對(duì)苯二酚（t-bhq），由此產(chǎn)生了術(shù)語(yǔ)抗氧化劑反應(yīng)元件（ARE）（10）。隨后發(fā)現(xiàn)大量的巰基反應(yīng)性化學(xué)物可誘導(dǎo)ARE驅(qū)動(dòng)的基因表達(dá)，提示II相解毒酶的轉(zhuǎn)錄對(duì)親電試劑（11）敏感，這是目前許多已鑒定的NRF2活化劑的一個(gè)關(guān)鍵功能特征。
20世紀(jì)90年代中期到后期進(jìn)行了許多研究，詳細(xì)描述了驅(qū)動(dòng)NRF2信號(hào)傳導(dǎo)的分子相互作用，并表征了NRF2的結(jié)構(gòu)域（12）。結(jié)果表明NRF2與smallMAF（sMAF）蛋白二聚，激活含ARE元件基因的轉(zhuǎn)錄（13），并確定Kelch樣ECH相關(guān)蛋白1（KEAP1）（14）在蛋白質(zhì)水平上對(duì)NRF2進(jìn)行負(fù)向調(diào)節(jié)。此外，第一只NRF2−/−小鼠誕生且正常發(fā)育（15），但在其腸道和肝臟中的GST和NAD（P）H:醌氧化還原酶（NQO1）水平與服用酚類(lèi)抗氧化劑（13）后的野生型小鼠相比顯著降低。此外，NRF2−/−小鼠在證明NRF2在化學(xué)預(yù)防中起直接作用至關(guān)重要，因?yàn)樵贜RF2−/−小鼠（16）中，奧替普拉（Oltipraz，一種二硫雜環(huán)戊硫酮）的化學(xué)保護(hù)作用丟失。
一旦NRF2的化學(xué)保護(hù)作用被提出，該領(lǐng)域就轉(zhuǎn)向了識(shí)別激活NRF2通路的方法。由于重要II相解毒酶的許多激動(dòng)劑都是親電試劑，因此NRF2的氧化還原敏感性被認(rèn)為是由能夠感知氧化/親電應(yīng)激的調(diào)控子賦予。2002年體外實(shí)驗(yàn)表明，KEAP1通過(guò)特定的半胱氨酸殘基感知親電應(yīng)激，同時(shí)將親電誘導(dǎo)劑加和至巰基，破壞了KEAP1-NRF2相互作用（17）。一年后，在細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)不同的KEAP1半胱氨酸對(duì)不同的誘導(dǎo)物敏感，這一概念被稱(chēng)為半胱氨酸代碼（18）。與此同時(shí)，研究表明，KEAP1招募了Cullin 3環(huán)盒1（CUL3-RBX1）E3泛素連接酶復(fù)合物，靶向泛素化NRF2的7個(gè)關(guān)鍵賴(lài)氨酸殘基，降解NRF2（19，20）。不久之后，人們發(fā)現(xiàn)糖原合成酶激酶β（GSK3-β）磷酸化NRF2關(guān)鍵殘基是一種不依賴(lài)KEAP1降解NRF2的途徑，其觸發(fā)了S相激酶結(jié)合蛋白1-Cullin1-Rbx1/β-轉(zhuǎn)導(dǎo)素重復(fù)序列包含蛋白（SCF/β-TrCP）E3連接酶復(fù)合物（21，22）的募集。
2006年發(fā)現(xiàn)KEAP1在非小細(xì)胞肺癌中發(fā)生突變并導(dǎo)致NRF2水平長(zhǎng)期升高，首次證明NRF2可能有助于癌癥進(jìn)展和耐藥性，后來(lái)被稱(chēng)為NRF2的黑暗面（23，24）。這導(dǎo)致了研究高NRF2表達(dá)在癌癥中作用的領(lǐng)域發(fā)生了轉(zhuǎn)變，而抑制NRF2可能是治療某些癌癥的前提。另一個(gè)與NRF2黑暗面相關(guān)的里程碑性發(fā)現(xiàn)是自噬功能障礙引起p62依賴(lài)性的KEAP1隔離，導(dǎo)致NRF2以一種非正常、不依賴(lài)半胱氨酸的方式長(zhǎng)時(shí)間激活（25，26）。隨著NRF2研究領(lǐng)域的不斷擴(kuò)大，我們對(duì)這條通路復(fù)雜性的理解也在不斷推進(jìn)。
圖1 在過(guò)去40年中，在NRF2研究領(lǐng)域的關(guān)鍵發(fā)現(xiàn)?？s寫(xiě)：ARE，抗氧化反應(yīng)元件；ER，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)。
負(fù)調(diào)節(jié)子和激活NRF2的模式
NRF2的調(diào)節(jié)主要通過(guò)控制維持NRF2蛋白水平來(lái)實(shí)現(xiàn)。三種E3泛素連接酶復(fù)合物負(fù)責(zé)NRF2、CUL3-RBX1-KEAP1復(fù)合物、SCF/β-TrCP復(fù)合物和HRD1復(fù)合物的泛素化和降解。每一種E3泛素連接酶復(fù)合物都能在特定亞細(xì)胞間室內(nèi)的不同刺激下調(diào)控NRF2的降解。細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中的CUL3-RBX1-KEAP1復(fù)合物響應(yīng)親電/氧化應(yīng)激。細(xì)胞核或細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中的SCF/β-TrCP復(fù)合物對(duì)代謝變化更敏感，由GSK3-β調(diào)節(jié)。HRD1定位于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)（ER），并且被證實(shí)僅在ER應(yīng)激期間泛素化NRF2（27）。值得注意的是，其他信號(hào)通路、表觀遺傳因子和翻譯后修飾（PTMs）也同樣調(diào)節(jié)NRF2。此外，通過(guò)靶向NRF2的負(fù)調(diào)控可以實(shí)現(xiàn)NRF2通路的激活或抑制（圖2）。
圖2 NRF2的調(diào)節(jié)和可能激活模式的示意圖。NRF2在轉(zhuǎn)錄后和翻譯后水平以及通過(guò)表觀遺傳因子和與其他信號(hào)通路的相互作用進(jìn)行調(diào)節(jié)。NRF2蛋白水平的調(diào)節(jié)可以通過(guò)激活或抑制CUL3-RBX1-KEAP1復(fù)合物、SCF/β-TrCP復(fù)合物或HRD1來(lái)實(shí)現(xiàn)。關(guān)鍵半胱氨酸的親電/氧化修飾、含ETGE的蛋白質(zhì)的競(jìng)爭(zhēng)性結(jié)合、蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)相互作用抑制劑、p62/SQSTM1、mTOR抑制劑和CUL環(huán)E3連接酶抑制劑（例如MLN4924）的水平升高都可能破壞KEAP1-NRF2相互作用。KEAP1啟動(dòng)子的高甲基化也可以增加NRF2的表達(dá)。SCF/β-TrCP-NRF2相互作用可通過(guò)胰島素/生長(zhǎng)因子或GSK3-β、CUL環(huán)E3連接酶、PI3K-AKT-PKC、mTOR、ERK/p38 MAPK和WNT抑制劑進(jìn)行調(diào)節(jié)。HRD1抑制劑（例如LS-102）可用于防止NRF2內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激相關(guān)降解?？s寫(xiě)：ER，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)；ROS，活性氧。
NRF2靶基因
目前已經(jīng)鑒定出超過(guò)250個(gè)NRF2靶基因，其參與了多種細(xì)胞過(guò)程，包括氧化還原調(diào)節(jié)、I-III相藥物/異生物質(zhì)代謝、蛋白質(zhì)穩(wěn)態(tài)、DNA修復(fù)、碳水化合物和脂質(zhì)代謝、鐵穩(wěn)態(tài)、轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)和線粒體功能（圖3）。
圖3 由Nrf2靶基因驅(qū)動(dòng)的細(xì)胞通路。NRF2與sMAF蛋白異二聚體化，啟動(dòng)含抗氧化反應(yīng)元件靶基因的轉(zhuǎn)錄。已證實(shí)的NRF2靶基因參與了蛋白酶體組裝、自噬、防止細(xì)胞凋亡、維持氧化還原平衡、脂質(zhì)和碳水化合物代謝、血紅素代謝、鐵穩(wěn)態(tài)、藥物/異生物質(zhì)代謝的所有三相、其他轉(zhuǎn)錄因子的轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)和DNA修復(fù)。代表性靶基因包含在每個(gè)轉(zhuǎn)錄應(yīng)答下面的括號(hào)中?？s寫(xiě)：GSH，谷胱甘肽。
氧化還原調(diào)控。也許最著名的功能是維持氧化還原平衡，主要是通過(guò)谷胱甘肽和基于巰基抗氧化酶的合成和氧化還原循環(huán)。例如，負(fù)責(zé)谷胱甘肽（GSH）從頭合成的谷氨酸-半胱氨酸連接酶（GCL）的催化和調(diào)節(jié)亞單位（GCLC和GCLM）是NRF2靶基因。此外，利用谷胱甘肽減少過(guò)氧化物的谷胱甘肽過(guò)氧化物酶（GPX2和GPX4）、減少氧化態(tài)谷胱甘肽的谷胱甘還原酶（GSR）和直接減少過(guò)氧化物的過(guò)氧氧化還原蛋白（PRDX1和PRDX6）均是NRF2靶基因（28）。通過(guò)硫氧還蛋白1和硫氧還蛋白還原酶1（TXN1和TXNRD1）的協(xié)同作用減少氧化的蛋白巰基，與通過(guò)xCT轉(zhuǎn)運(yùn)體（SLC7A11）導(dǎo)入對(duì)谷胱甘肽產(chǎn)生至關(guān)重要的半胱氨酸，也都由NRF2轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)（28）。
藥物/異生物質(zhì)代謝。NRF2調(diào)節(jié)藥物/異生物質(zhì)代謝的所有三相。參與I相代謝的NRF2靶點(diǎn)的例子是醛酮還原酶家族成員（例如AKR1C1、AKR1B1和ARK1B10）（29）、醛脫氫酶家族成員（例如ALDH1A1、ALDH3A1和ALDH7A1）（30）和NQO1（13），這些酶都參與將毒物/藥物還原為活性代謝物。這使得包括GSTs（例如GSTA1-4和GSTM1-4）（31）和UDP葡萄糖醛酸轉(zhuǎn)移酶（例如UGT1A1和UGT2B7）（32，33）在內(nèi)的II相NRF2轉(zhuǎn)錄靶點(diǎn)分別與GSH或葡萄糖醛酸結(jié)合。最后，NRF2還調(diào)節(jié)III相膜轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白（ATP結(jié)合盒家族成員/多藥耐藥蛋白，例如ABCC1–5和ABCG2）（34，35）的轉(zhuǎn)錄，而這些轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白將異生物質(zhì)/藥物從細(xì)胞中排出。
蛋白質(zhì)穩(wěn)態(tài)。NRF2下游基因通過(guò)自噬和泛素-蛋白酶體系統(tǒng)參與維持蛋白穩(wěn)態(tài)。最近發(fā)現(xiàn)一些自噬起始蛋白，包括自噬相關(guān)（ATG）5和7，以及unc-51樣自噬激活激酶（ULK）1和2，被認(rèn)定含有AREs（36）。NRF2可直接調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)翻譯和自噬的主調(diào)節(jié)子mTOR（37）。此外，p62/SQSTM1作為一種以泛素化蛋白質(zhì)為靶點(diǎn)進(jìn)行自噬降解的蛋白質(zhì)，也是NRF2靶點(diǎn)。NRF2還控制蛋白酶體亞單位[例如蛋白酶體亞單位α1（PSMA1）和蛋白酶體亞單位β5（PSMB5）]（38）以及蛋白酶體成熟蛋白（POMP）（39）的表達(dá)，其對(duì)蛋白酶體組裝至關(guān)重要。
脂質(zhì)、碳水化合物和鐵代謝。NRF2調(diào)節(jié)多種葡萄糖和脂肪酸合成代謝所必需的代謝酶。戊糖磷酸途徑酶，包括葡萄糖-6-磷酸脫氫酶（G6PD）、6-磷酸葡萄糖酸脫氫酶（PGD）和轉(zhuǎn)醛酶（TALDO1），在NADPH再生過(guò)程中起著關(guān)鍵作用，且均為NRF2靶基因（40）。NRF2還調(diào)節(jié)蘋(píng)果酸酶（ME1）和異檸檬酸脫氫酶1（IDH1）這兩種關(guān)鍵三羧酸循環(huán)酶的表達(dá)（40，41）。脂類(lèi)分解代謝受NRF2調(diào)控，脂肪酶H（LIPH）、磷脂酶A2（PLA2G7）和乙酰輔酶A氧化酶2（ACOX2）（42）均是NRF2的靶點(diǎn)。最后，NRF2通過(guò)轉(zhuǎn)錄血紅素加氧酶1（HMOX1）、膽綠素A和B（BLVRA/B）以及鐵蛋白輕鏈和重鏈（FTH1/FLH1）（43）調(diào)節(jié)血紅素代謝和鐵穩(wěn)態(tài)。
轉(zhuǎn)錄調(diào)控、DNA修復(fù)和阻止凋亡。數(shù)種轉(zhuǎn)錄因子的啟動(dòng)子內(nèi)已經(jīng)鑒定出ARE功能區(qū)，包括芳基烴受體（AhR）、神經(jīng)源性位點(diǎn)Notch同系物蛋白1（Notch1）和視網(wǎng)膜受體α（RXRA），這表明NRF2可以間接控制許多不含ARE的基因的轉(zhuǎn)錄，以下詳述。NRF2也在DNA損傷修復(fù)和阻止凋亡中發(fā)揮作用，因?yàn)閜53結(jié)合蛋白1（53BP1）、DNA修復(fù)蛋白R(shí)ad51同系物1（RAD51）（44）、抗凋亡蛋白B細(xì)胞淋巴瘤2（BCL2）和B細(xì)胞淋巴瘤特大（BCLXL）（45，46）由NRF2轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)。NRF2靶點(diǎn)的多樣性表明了NRF2在調(diào)節(jié)細(xì)胞功能中的中心作用。
與其他信號(hào)通路的串?dāng)_
盡管NRF2通過(guò)其轉(zhuǎn)錄靶點(diǎn)直接調(diào)節(jié)許多細(xì)胞反應(yīng)，但其也可通過(guò)與其他主要信號(hào)級(jí)聯(lián)通路的串?dāng)_來(lái)調(diào)節(jié)細(xì)胞功能。這些通路對(duì)應(yīng)激反應(yīng)至關(guān)重要，包括Notch1、AhR、核因子-κB（NF-κB）、細(xì)胞腫瘤抗原p53（p53）、AMP活化蛋白激酶（AMPK）、PI3K-AKT和mTOR，突顯了NRF2在維持細(xì)胞存活中的關(guān)鍵作用。
Notch信號(hào)通路介導(dǎo)胚胎發(fā)育過(guò)程中的細(xì)胞周期和凋亡以及決定細(xì)胞命運(yùn)。NOTCH1基因在其啟動(dòng)子的近端區(qū)域具有ARE功能區(qū)，并且Notch信號(hào)在NRF2−/−小鼠胚胎成纖維細(xì)胞中減弱（47）。NRF2-NOTCH信號(hào)軸在肝臟再生過(guò)程中至關(guān)重要，因?yàn)椴糠指吻谐蟮腘RF2−/−小鼠與野生型小鼠相比肝再生延遲；然而，將這些小鼠與過(guò)度表達(dá)NOTCH胞內(nèi)結(jié)構(gòu)域（NICD）的小鼠雜交，完全挽救了NRF2無(wú)表型小鼠（47）。相反，NRF2可以通過(guò)NOTCH調(diào)節(jié)，因?yàn)樵趧?dòng)物的NRF2啟動(dòng)子區(qū)域中，典型NOTCH轉(zhuǎn)錄所需的RBPjκ序列高度保守。此外，NICD過(guò)表達(dá)小鼠的NRF2過(guò)度活化，表現(xiàn)出與肝特異性KEAP1−/−小鼠非常相似的表型（48）。因此，NRF2和NOTCH之間的相互作用似乎在介導(dǎo)細(xì)胞保護(hù)，特別是在肝再生的方面起不可或缺的作用。
NRF2信號(hào)也與對(duì)外源性應(yīng)激反應(yīng)的通路重疊。例如，與芳基烴受體核轉(zhuǎn)運(yùn)體形成復(fù)合物的AhR，可以被多環(huán)芳烴（例如二惡英）結(jié)合，并從胞質(zhì)溶膠轉(zhuǎn)移到細(xì)胞核，以調(diào)節(jié)含異生物質(zhì)反應(yīng)元件（XRE）基因的轉(zhuǎn)錄（49）。NRF2及其一些靶基因，如 GST （50）和NQO1（51），也含有XRE。此外，研究還表明，NRF2可以通過(guò)ARE（52）直接調(diào)控AhR轉(zhuǎn)錄，也可以通過(guò)巴多酮-咪唑內(nèi)酯（CDDO-Im；合成，三萜類(lèi)）的誘導(dǎo)調(diào)控AhR靶基因轉(zhuǎn)錄（53）。
另一個(gè)與NRF2雙向相關(guān)的主要通路是NF-κB途徑?，F(xiàn)已證明，NF-κB抑制了含有AREs基因的轉(zhuǎn)錄，因?yàn)镹RF2和p65/RelA（一種NF-κB轉(zhuǎn)錄復(fù)合物的組成部分）都需要CREB結(jié)合蛋白（CBP）來(lái)轉(zhuǎn)錄各自的靶基因（54）。因此，如果p65與CBP結(jié)合，會(huì)阻止由NRF2驅(qū)動(dòng)的ARE轉(zhuǎn)錄。有趣的是，幾種NRF2活化劑，包括蘿卜硫素（SF）（55）、甲基巴多酮（CDDO-Me）（56）和姜黃素（57），已被證明能夠抑制NF-κB信號(hào)傳導(dǎo)。相反，與野生型小鼠相比，NRF2−/−小鼠在促炎刺激后表現(xiàn)出更多的NF-κB活化跡象（58）。NF-κB激酶β亞單位（IKKβ）的抑制劑作為一種公認(rèn)的NF-κB負(fù)調(diào)節(jié)因子，已證明被CUL3-RBX1-KEAP1復(fù)合物（59）泛素化和降解。最后，幾個(gè)NRF2靶基因，如NQO1、TRX1和HMOX1，已經(jīng)被證明可調(diào)控NF-κB驅(qū)動(dòng)的轉(zhuǎn)錄，這表明這些通路在上下游水平（60）發(fā)生交叉。
NRF2直接與p53/p21級(jí)聯(lián)相互作用，而p53/p21級(jí)聯(lián)是抗癌治療的重要靶點(diǎn)，其調(diào)節(jié)細(xì)胞凋亡。具體來(lái)說(shuō)，NRF2和p53的共表達(dá)導(dǎo)致多種細(xì)胞系（61）中SLC7A11、NQO1和GST的抑制。研究表明，NRF2可以調(diào)控p53的負(fù)調(diào)節(jié)因子E3泛素蛋白連接酶MDM2的表達(dá)，表明NRF2可以直接調(diào)控p53的活性（62）。此外，p21（CDKN1A），一種參與細(xì)胞周期、凋亡和分化調(diào)節(jié)的p53靶基因，直接與NRF2的DLG和ETGE模體結(jié)合，從而穩(wěn)定和轉(zhuǎn)錄含ARE的基因（63）。NRF2和p53之間的相互作用被以下事實(shí)進(jìn)一步證明，即NRF2−/−；p53+/−小鼠比其N(xiāo)RF2−/−或p53+/−小鼠（64）更容易受到亞硝胺誘導(dǎo)的致癌作用，其表明NRF2和p53在介導(dǎo)應(yīng)激期細(xì)胞生存方面至關(guān)重要。
NRF2也與對(duì)新陳代謝變化作出反應(yīng)的關(guān)鍵通路相互作用。例如，AMPK，一種通過(guò)AMP:ATP比率來(lái)檢測(cè)細(xì)胞整體能量狀態(tài)的傳感器，磷酸化NRF2的S550處，增強(qiáng)其核易位（65）。同樣地，β-TRCP降解NRF2所必需的GSK3-β可被PI3K-AKT信號(hào)軸（66）或mTOR（67）磷酸化，這表明NRF2的穩(wěn)定性可以由這兩個(gè)通路決定。也有研究表明，mTOR磷酸化p62/SQSTM1，增強(qiáng)其與KEAP1的相互作用，導(dǎo)致p62-KEAP1復(fù)合物的自噬降解和NRF2的上調(diào)（68）?？偟膩?lái)說(shuō)，NRF2與數(shù)個(gè)決定了細(xì)胞生長(zhǎng)和存活的關(guān)鍵信號(hào)級(jí)聯(lián)相互作用。
NRF2調(diào)節(jié)的其他模式
NRF2信號(hào)通路的表觀遺傳控制，以及影響NRF2表達(dá)的KEAP1和NRF2/NFE2l2中幾個(gè)單核苷酸多態(tài)性，已在癌癥背景下被廣泛研究。啟動(dòng)子甲基化調(diào)節(jié)NRF2和KEAP1，以及幾個(gè)NRF2靶基因的表達(dá)，包括GST、NQO1、GPX和UGT1A1（69）?；熆梢越档蚇RF2啟動(dòng)子的甲基化，例如在耐藥結(jié)腸癌中5-氟尿嘧啶（5-FU）可誘導(dǎo)活性氧物種（ROS）生成，導(dǎo)致NRF2啟動(dòng)子的低甲基化，升高NRF2水平（70）。NRF2活性可受KEAP1啟動(dòng)子的高甲基化影響，導(dǎo)致NRF2的表達(dá)增加。并不是所有的表觀遺傳修飾都能增強(qiáng)NRF2的活性，例如晚期前列腺癌中NRF2啟動(dòng)子的高甲基化抑制NRF2（71）。組蛋白的乙?；?去乙?；图谆?去甲基化，以及microRNAs，也被證明影響NRF2的激活（69）。需要更多的研究來(lái)確定潛在表觀遺傳靶點(diǎn)來(lái)調(diào)節(jié)疾病中的NRF2通路。
除了泛素化和磷酸化NRF2的Neh2和Neh6結(jié)構(gòu)域中關(guān)鍵殘基調(diào)控其穩(wěn)定性外，NRF2還可以通過(guò)其他幾種PTMs（post-translational modifications，翻譯后修飾）進(jìn)行修飾，包括甲基化、乙?；皖?lèi)泛素化修飾。通過(guò)p300/CBP乙?；疦eh1結(jié)構(gòu)域的關(guān)鍵賴(lài)氨酸殘基增強(qiáng)其DNA結(jié)合能力，可提高NRF2的活性，且去乙?；?2）能逆轉(zhuǎn)。NRF2在R437位點(diǎn)上的甲基化也影響其轉(zhuǎn)錄活性（73）。如前所述，NRF2的磷酸化導(dǎo)致其降解；然而，其他絲氨酸殘基（s40、s215、s408、s550和s577）也可被數(shù)種上游激酶磷酸化（65、74、75）。盡管NRF2轉(zhuǎn)錄活性的影響可能取決于激酶/絲氨酸組合，但這些絲氨酸殘基的磷酸化被認(rèn)為增加了NRF2向細(xì)胞核的易位。另一種確認(rèn)的NRF2的PTMs是類(lèi)泛素化修飾，它增強(qiáng)了HepG2細(xì)胞（76）中NRF2的泛素化和降解，而在胰腺β-胰島細(xì)胞中，它增強(qiáng)了NRF2活性并促進(jìn)了細(xì)胞存活（77），表明了NRF2的PTMs的細(xì)胞類(lèi)型-特異性相關(guān)性。
靶向NRF2用于疾病
調(diào)控NRF2預(yù)防和治療癌癥和其他慢性疾病
在NRF2研究領(lǐng)域有一個(gè)正在發(fā)展的主題，即疾病條件下依賴(lài)于環(huán)境和時(shí)間的靶向NRF2。利用藥物活化NRF2的有益作用仍然是基于NRF2化學(xué)預(yù)防和干預(yù)其他慢性疾病的一個(gè)重要方面，如神經(jīng)退行性病變、糖尿病、心血管疾病以及慢性腎臟和肝臟疾病。然而，越來(lái)越多的研究表明，在某些癌癥和疾病階段，NRF2水平已經(jīng)很高，這表明也應(yīng)考慮設(shè)計(jì)減輕與延長(zhǎng)NRF2活化相關(guān)的潛在有害或轉(zhuǎn)化效應(yīng)的藥物。圖4總結(jié)了當(dāng)前NRF2活化劑和抑制劑以及疾病中NRF2表達(dá)水平的示例。
圖4 NRF2活化劑/抑制劑以及基于癌癥和其他慢性疾病中NRF2水平的當(dāng)前治療方案。在疾病中靶向NRF2依賴(lài)于時(shí)間和表達(dá)水平。幾種NRF2活化劑和抑制劑已被鑒定可用于轉(zhuǎn)化治療。成為臨床試驗(yàn)的療法被突出顯示（星號(hào)）。DMF（Tecfidera；bold）是該組中唯一一種FDA批準(zhǔn)的藥物。NRF2水平和治療可能性隨疾病時(shí)間和階段而異。在癌癥啟動(dòng)期或神經(jīng)退行性或慢性炎癥疾病發(fā)作之前，NRF2激動(dòng)劑被認(rèn)為提供了最大的治療益處。一些疾病，如糖尿病、心血管疾病、前列腺癌、炎癥性疾病和啟動(dòng)后階段/早期癌癥，根據(jù)具體情況，已報(bào)告具有低或高水平的NRF2。發(fā)病后的治療選項(xiàng)以NRF2為靶點(diǎn)，以干預(yù)和預(yù)防或延緩病情發(fā)展。許多癌癥類(lèi)型表現(xiàn)出高水平的組成性NRF2。對(duì)于高水平的NRF2具有有害作用的疾病，NRF2抑制劑或輔助方法將是最有效的。癌癥和晚期高水平NRF2的疾病通常與預(yù)后不良有關(guān)，在這一階段的治療旨在減輕癥狀和提高其他療法的療效?？s寫(xiě)：ATRA，全反式維甲酸；D3T，3H-1,2-二硫雜茂-3-硫酮；DMF，富馬酸二甲酯；FDA，美國(guó)食品藥品監(jiān)督管理局；t-BHQ，叔丁基對(duì)苯二酚。
NRF2用于化學(xué)預(yù)防。迄今為止，已有數(shù)百項(xiàng)研究評(píng)估了激活NRF2的化合物（78，79）的體外和體內(nèi)化學(xué)預(yù)防性能。重要的是，大多數(shù)化學(xué)預(yù)防化合物（或其生物活性代謝物）是親電試劑，并通過(guò)對(duì)半胱氨酸的修飾激活NRF2，盡管結(jié)合KEAP1的Kelch結(jié)構(gòu)域的肽和小分子也已被開(kāi)發(fā)（80）。迄今為止，蘿卜硫素（天然，異硫氰酸酯）、CDDO-Me（合成，三萜類(lèi)）、RTA 408（合成，三萜類(lèi)，奧馬維洛酮）和富馬酸二甲酯（DMF；合成，Tecfidera）是僅有的進(jìn)入美國(guó)臨床試驗(yàn)的NRF2活化劑，只有Tecfidera被批準(zhǔn)用于治療多發(fā)性硬化癥（MS）。顯然，基于NRF2的安全、有效和特定療法的發(fā)展仍然是癌癥預(yù)防的一個(gè)探索領(lǐng)域。然而，關(guān)于使用NRF2活化劑可能促進(jìn)NRF2黑暗面并支持先前存在腫瘤的進(jìn)展，這一點(diǎn)仍存在爭(zhēng)議。因此，根據(jù)NRF2水平和癌癥分期，目標(biāo)人群和給藥方案應(yīng)非常仔細(xì)地定時(shí)和規(guī)劃。
組成性NRF2在癌癥中的激活。考慮到NRF2的生存優(yōu)勢(shì)，癌細(xì)胞劫持NRF2通路并不奇怪。Kelch或KEAP1介導(dǎo)區(qū)域的突變降低了其與NRF2的相互作用，導(dǎo)致肺癌細(xì)胞系和組織的組成性活化（81）。此外，KEAP1中的一些體細(xì)胞突變以及野生型等位基因雜合子的丟失，提高了NRF2水平并產(chǎn)生了耐藥性（23）。重要的是，研究證實(shí)，在肺腺癌中，KEAP1的突變頻率與TP53相同，而在肺鱗癌中，KEAP1和NRF2是突變頻率最高的基因（82，83）。據(jù)癌癥基因組圖譜項(xiàng)目報(bào)告，超過(guò)30 %的鱗狀細(xì)胞癌病例（84例）中KEAP1與NRF2發(fā)生突變和拷貝數(shù)改變，以及CUL3的缺失或突變。研究還發(fā)現(xiàn)，由于CUL3缺失或啟動(dòng)子甲基化，RBX1的表達(dá)降低（85，86）。表1總結(jié)了導(dǎo)致NRF2組成性激活的機(jī)制以及觀察到的癌癥類(lèi)型。
表1 NRF2通路基因的遺傳改變導(dǎo)致NRF2高表達(dá)和其所對(duì)應(yīng)的腫瘤類(lèi)型。
縮寫(xiě)：CNV，拷貝數(shù)變異；LOH，雜合子丟失
NRF2抑制劑在克服癌癥抵抗中的作用。從天然產(chǎn)物提取物的篩選結(jié)果中發(fā)現(xiàn)了第一種NRF2抑制劑，Brusatol（天然，類(lèi)西林類(lèi)）（105）。Brusatol通過(guò)降低NRF2及其靶基因的蛋白質(zhì)水平，使一些癌細(xì)胞系對(duì)化療藥物敏感（105）。在異種瘤移植模型中，Brusatol與順鉑聯(lián)合使用可提高肺癌細(xì)胞的化療敏感性，在小鼠肺癌模型（LSL-KrasG12D/+）（105）中提高了腫瘤總負(fù)荷。盡管最近的兩份出版物已經(jīng)確定了Brusatol是一種全局翻譯抑制劑（106，107），但它仍是研究NRF2在癌癥化學(xué)增敏中的抑制作用的有用工具，因?yàn)橹T如NRF2等短壽命蛋白最容易受到蛋白質(zhì)翻譯抑制。氟哌酮（人工合成，生物堿）也已被證明通過(guò)抑制全局蛋白質(zhì)翻譯使依賴(lài)于氟哌酮的癌細(xì)胞對(duì)抗癌藥物敏感（108）。
其他的NRF2抑制劑包括：ARE表達(dá)調(diào)節(jié)劑1（AEM1），一種具有未知作用機(jī)制的小分子抑制劑（109），和ML385，一種結(jié)合到NRF2的Neh1結(jié)構(gòu)域的分子，阻止NRF2同MAFG二聚與結(jié)合ARE的過(guò)程（110）。ML385是目前最有趣的抑制劑，但它有一個(gè)意料之外的作用，即導(dǎo)致NRF2的mRNA和蛋白質(zhì)水平呈劑量和時(shí)間依賴(lài)性的顯著下降。這種下降不太可能是直接抑制與ARE的結(jié)合，因此需要進(jìn)一步調(diào)查。沒(méi)有精確定義作用模式的負(fù)向調(diào)節(jié)NRF2活性的其他天然產(chǎn)物包括：甘露酮（111）、馬拉巴尼酮A（112）、赭曲霉素A（113）和沃戈寧（114）。此外，由于核受體可直接結(jié)合NRF2并抑制其激活活性，一些研究提出地塞米松/布地奈德（糖皮質(zhì)激素受體激動(dòng)劑）和全反式維甲酸（ATRA；維甲酸受體激動(dòng)劑）作為NRF2抑制劑（115）。然而，這些化合物的主要靶點(diǎn)是核受體而不是特定的NRF2，因此這些靶點(diǎn)不太可能作為NRF2靶點(diǎn)療法開(kāi)發(fā)。
神經(jīng)退行性病變中的NRF2。與癌癥相似，NRF2在神經(jīng)退行性疾病中的作用是復(fù)雜的。有趣的是，NRF2的表達(dá)減少與神經(jīng)干細(xì)胞功能（116）隨年齡相關(guān)下降有關(guān)，并且NRF2對(duì)氧化應(yīng)激的反應(yīng)也隨著年齡增長(zhǎng)而降低（117）。在神經(jīng)退行性病變過(guò)程中，NRF2可以被激活或抑制，這取決于受影響的細(xì)胞類(lèi)型和疾病的階段。例如，一些研究表明，在阿爾茨海默?。ˋD）患者的大腦中，NQO1和HMOX1減少，而另一些研究表明，NRF2仍然局限于細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)，導(dǎo)致靶基因表達(dá)降低（118）。在活動(dòng)的巨噬細(xì)胞和星形膠質(zhì)細(xì)胞中，NRF2和NQO1表達(dá)升高，但在非活動(dòng)的巨噬細(xì)胞和星形膠質(zhì)細(xì)胞以及MS病變中，NQO1、HMOX1和PRDX水平持續(xù)升高，并且在帕金森病（PD）患者的黑質(zhì)中觀察到NRF2的核定位（118）。相反，肌萎縮側(cè)索硬化患者的初級(jí)運(yùn)動(dòng)皮層和脊髓中的NRF2蛋白水平降低（119）。這些差異可能是特定于細(xì)胞類(lèi)型和大腦區(qū)域的，但也可能是由于所調(diào)查疾病階段的結(jié)果。由于NRF2通路的反應(yīng)性隨著年齡增長(zhǎng)而降低，NRF2可能在疾病早期激活，在疾病后期下降。
一些NRF2的藥理活性劑改善神經(jīng)退行性表型。巴多酮甲酰胺（合成，三萜類(lèi)，CDDO-MA）已被證明能改善轉(zhuǎn)基因AD小鼠的記憶，減少淀粉樣β斑塊的形成（120）。同樣，葛根素（天然，植物雌激素）、蘿卜硫素、葒草苷（天然，黃酮）和黃芩苷（天然，黃酮）改善了AD表型（121-124）。3H-1,2-二硫醇-3-硫酮（天然，二硫雜茂硫酮，D3T）和巴多酮乙酰胺/三氟乙酰胺（合成，三萜類(lèi)，CDDO-EA/TFEA）可保護(hù)野生型小鼠，但不保護(hù)NRF2−/−小鼠和1-甲基-4-苯基-1,2,3,6-四氫吡啶誘導(dǎo)的PD小鼠（125，126）。DMF是目前唯一通過(guò)三期臨床試驗(yàn)治療多發(fā)性硬化癥的NRF2激動(dòng)劑；然而，最近使用蘿卜硫素、CDDO-TFEA和苦參堿（天然生物堿）的研究顯示，它們惡化小鼠表型（127-129）。令人好奇的是，DMF是該組中唯一一種獲得美國(guó)食品藥品監(jiān)督管理局批準(zhǔn)的藥物，盡管它不是最有效的NRF2激動(dòng)劑，這可能是由于NRF2不依賴(lài)于免疫調(diào)節(jié)（130）、與其他途徑的協(xié)同作用，或者NRF2激活的程度取決于疾病背景。
NRF2在糖尿病中的雙重作用。在I型和II型糖尿病中也證實(shí)了NRF2的失調(diào)。氧化應(yīng)激增加是糖尿病的一個(gè)普遍特征，它導(dǎo)致許多組織的細(xì)胞功能障礙和代謝變化。然而，與癌癥和神經(jīng)退行性病變中的NRF2相似，NRF2在糖尿病中作用復(fù)雜，其取決于組織和細(xì)胞類(lèi)型。在鏈脲佐菌素誘導(dǎo)的I型糖尿?。?31）小鼠模型中，SF和肉桂醛（CA，天然，黃酮）均能抑制氧化損傷并恢復(fù)正常腎功能。口服CDDO-Im可增強(qiáng)db/db小鼠的NRF2活性，降低糖尿病表型（132）。CDDO-Im、CDDO-Me、奧替普拉和姜黃素改善了遺傳性與高脂肪飲食誘導(dǎo)的糖尿病2種模型（133-136）中的胰島素敏感性和葡萄糖耐受性。
有趣的是，具有較高NRF2組成水平的KEAP1flox/−小鼠與db/db小鼠（132）雜交時(shí)，也表現(xiàn)出延遲糖尿病發(fā)作；然而，其他研究表明，KEAP1基因敲除增強(qiáng)了Lepob/ob小鼠和高脂肪飲食（137，138）小鼠的糖尿病表型，這表明飲食和遺傳因素導(dǎo)致了糖尿病的發(fā)生?？刂芅RF2可能對(duì)糖尿病的發(fā)病和進(jìn)展有不同的影響。CDDo-Me被證明能增強(qiáng)糖尿病腎病患者的腎功能并減輕其體重（139）；然而，由于心血管事件的風(fēng)險(xiǎn)增加，該研究被終止。重要的是，改進(jìn)特異性和適當(dāng)?shù)呐R床環(huán)境仍然可以為這類(lèi)和其他基于NRF2藥物（140）產(chǎn)生積極的結(jié)果。
NRF2在心血管、腎臟和肝臟疾病中的作用。心血管疾病包括從高血壓到冠狀動(dòng)脈疾病的各種疾病。與其他慢性疾病一樣，許多心血管疾病的進(jìn)展可能需要幾十年。心血管疾病的一個(gè)常見(jiàn)特征是增加對(duì)內(nèi)皮細(xì)胞和心肌細(xì)胞的氧化損傷，其可引起心臟功能失常，心臟和血管系統(tǒng)的慢性損傷，導(dǎo)致心力衰竭。蘿卜硫素、t-BHQ、MG132、白藜蘆醇和α-脂肪酸對(duì)NRF2的藥理學(xué)激活，被證明可以挽救心力衰竭的大鼠（141）。相反，αB晶體蛋白突變的心肌肥大小鼠模型中NRF2慢性激活導(dǎo)致還原性應(yīng)激（142），這表明NRF2的受控激活可以預(yù)防心臟功能障礙，而延長(zhǎng)激活可能會(huì)導(dǎo)致有害影響。
慢性氧化應(yīng)激和炎癥也是慢性腎?。–KD）和慢性肝病的常見(jiàn)特征。至少對(duì)于沒(méi)有心臟危險(xiǎn)因素的患者，CDDO-Me仍然是最有希望的治療方法，已達(dá)到臨床試驗(yàn)階段（143），并且CDDO-Im已證明可預(yù)防藥物誘導(dǎo)的肝損傷，并減少非酒精性脂肪性肝病模型（144）中的肝臟脂肪積累。這些研究表明，在與慢性炎癥和ROS產(chǎn)生相關(guān)的疾病中，NRF2的激活可保護(hù)機(jī)體免受氧化應(yīng)激；然而，延長(zhǎng)NRF2通路的激活可導(dǎo)致代謝變化，引起還原應(yīng)激促進(jìn)疾病進(jìn)展。
靶向NRF2的臨床試驗(yàn)和基于NRF2療法的藥物重新定位
如上所述，幾種NRF2活化劑已開(kāi)始臨床試驗(yàn)，以治療多種病理；然而，只有DMF已被批準(zhǔn)用于治療復(fù)發(fā)性MS。目前最流行的一種方案是膳食補(bǔ)充蘿卜硫素，測(cè)試對(duì)慢性阻塞性肺?。–linicalTrials.gov Identifier NCT01335971）（145）、暴露于臭氧和其他空氣污染物（NCT01625130, NCT01437501）（146，147）、囊性纖維化（NCT01315665）、哮喘（NCT01845493）、鐮狀細(xì)胞病（NCT01715480）（148）的治療，頭頸癌（NCT03182959，NCT03268993和NCT03402230）療效有限或尚未報(bào)告。最近的幾項(xiàng)臨床試驗(yàn)還測(cè)試了蘿卜硫素對(duì)自閉癥譜系障礙（NCT0256148）和精神分裂癥（NCT01716858）（149）相關(guān)癥狀的治療，以及在II型糖尿病患者中正進(jìn)行一項(xiàng)研究（NCT0281448）。有趣的是，局部蘿卜硫素在保護(hù)皮膚免受紫外線相關(guān)損傷方面進(jìn)行了測(cè)試（NCT03126539）。其他的NRF2活化劑也在研究中，如姜黃素治療晚期糖尿病腎?。∟CT03262363），以及最近完成的白藜蘆醇治療慢性腎?。∟CT02433925）的試驗(yàn)。RTA 408對(duì)線粒體肌病患者（NCT0225422）和弗里德賴(lài)希共濟(jì)失調(diào)患者（NCT02255435）的試驗(yàn)正在進(jìn)行。
藥物重新定位的想法也越來(lái)越受歡迎。最近的兩個(gè)例子是DMF治療PD（150）和Bardoxolone治療鐮狀細(xì)胞?。?51）和肺動(dòng)脈高壓（NCT02036970）。利用藥物化學(xué)方法衍生已有的治療方法來(lái)提高其特異性和療效是另一種有趣的可能性。此外，最近研究趨勢(shì)向非親電小分子NRF2-KEAP1相互作用的調(diào)節(jié)劑轉(zhuǎn)變，以減少脫靶效應(yīng)（80）。研究目的應(yīng)該是發(fā)現(xiàn)新的療法和優(yōu)化目前的方法。
總結(jié)要點(diǎn)
1、NRF2與病理狀態(tài)之間關(guān)系復(fù)雜，開(kāi)發(fā)有效治療方法之前需要仔細(xì)評(píng)估。
2、通過(guò)靶向NRF2的負(fù)調(diào)節(jié)子，可以激活NRF2途徑。
3、抑制NRF2途徑已被證明是一種挑戰(zhàn)，最有希望的策略是干擾NRF2-sMAF-ARE結(jié)合。
4、NRF2通過(guò)AREs直接或間接調(diào)控其他轉(zhuǎn)錄因子控制多個(gè)轉(zhuǎn)錄靶點(diǎn)，表明其在細(xì)胞存活中的核心作用。
5、激活NRF2在實(shí)驗(yàn)性疾病模型中顯示出巨大的成功；然而，許多癌癥/代謝性疾病的NRF2水平長(zhǎng)期升高，表明在某些情況下需要靶向NRF2抑制劑。
6、盡管有幾種NRF2活化劑已用于臨床試驗(yàn)，但只有DMF被FDA批準(zhǔn)用于治療MS。
7、通過(guò)現(xiàn)有藥物的用途改變或衍生化，重新定位NRF2療法可能會(huì)增加基于NRF2療法的數(shù)量。
未來(lái)問(wèn)題
1、我們?nèi)绾慰s小從實(shí)驗(yàn)室到臨床治療間的距離？盡管過(guò)去20年的研究已經(jīng)清楚地表明了NRF2在疾病中的雙重作用，但臨床批準(zhǔn)的治療方法的數(shù)量?jī)H限于DMF。
2、在疾病中靶向NRF2的正確時(shí)機(jī)是什么？NRF2的有益或有害激活與時(shí)間和疾病背景有關(guān)，這對(duì)發(fā)展基于NRF2的治療方案提出了重大挑戰(zhàn)。
3、為什么激動(dòng)劑間存在差異？已報(bào)道了多種NRF2激動(dòng)劑，但它們顯示了ARE調(diào)控基因的差異激活和疾病相關(guān)效應(yīng)，可能是由于與其他調(diào)節(jié)模式的協(xié)同效應(yīng)。
4、能開(kāi)發(fā)出特定的NRF2抑制劑嗎？需要NRF2的靶向抑制劑，因?yàn)槟壳暗倪x擇已顯示出脫靶效應(yīng)。
癌癥，臨床試驗(yàn)，疾病，KEAP1，NRF2，治療學(xué)
摘要
轉(zhuǎn)錄因子核因子紅系2（NF-E2）相關(guān)因子2（NRF2）是氧化還原、代謝和蛋白質(zhì)穩(wěn)態(tài)的中樞調(diào)節(jié)因子，在多種信號(hào)級(jí)聯(lián)放大通路中存在。盡管對(duì)NRF2信號(hào)復(fù)雜性的理解不斷加深，但臨床上只有一種作用于NRF2的治療藥物，富馬酸二甲酯，用于治療多發(fā)性硬化癥。關(guān)于新療法的發(fā)現(xiàn)令人困惑的是，NRF2水平的變化很大程度上取決于生理和病理環(huán)境。因此，正確定時(shí)和有針對(duì)性地操縱NRF2通路對(duì)于創(chuàng)建有效的治療方案至關(guān)重要。本文總結(jié)了NRF2的調(diào)節(jié)和其下游靶點(diǎn)。此外，我們還討論了NRF2在癌癥、神經(jīng)退行性病變、糖尿病以及心血管、腎臟和肝臟疾病中的作用，特別強(qiáng)調(diào)了基于NFR2的治療方法，包括那些已進(jìn)入臨床試驗(yàn)的方法。
引言
轉(zhuǎn)錄因子核因子紅系2（NF-E2）相關(guān)因子2（NRF2）最初被認(rèn)為是氧化還原穩(wěn)態(tài)的主要調(diào)節(jié)因子，但它還是多組細(xì)胞功能的關(guān)鍵中介。通過(guò)對(duì)新的調(diào)節(jié)因子、靶基因和疾病背景的持續(xù)鑒定，已經(jīng)表明NRF2不僅在氧化還原穩(wěn)態(tài)中起作用，而且在藥物/異生物質(zhì)代謝，DNA修復(fù)，線粒體功能，鐵、脂類(lèi)和碳水化合物代謝，蛋白質(zhì)平衡和增殖中也起作用，所有這些作用都有助于細(xì)胞存活（1）。盡管已確定NRF2的益處，但仔細(xì)調(diào)節(jié)NRF2途徑對(duì)疾病預(yù)防的極端重要性日漸清晰。由于詳細(xì)的機(jī)理研究揭示了NRF2生理學(xué)和病理學(xué)之間的復(fù)雜相互作用，對(duì)依賴(lài)上下游調(diào)節(jié)NRF2信號(hào)級(jí)聯(lián)通路的新化合物的需求不斷增長(zhǎng)。
由于新的研究揭示了NRF2信號(hào)網(wǎng)絡(luò)之前未被重視的復(fù)雜性，基于NRF2的療法不斷出現(xiàn)；然而，療法從實(shí)驗(yàn)室到臨床的進(jìn)展仍然滯后。除此之外，NRF2直接或間接發(fā)揮作用的病理環(huán)境數(shù)量正在迅速增加。本綜述總結(jié)了目前已確定的NRF2的調(diào)節(jié)子和下游靶點(diǎn)，與其他信號(hào)通路的相互作用，以及在癌癥和其他疾病中的作用。本綜述還強(qiáng)調(diào)了目前已經(jīng)發(fā)展到臨床階段的療法，以及其他可以發(fā)展成治療和預(yù)防疾病的NRF2藥理學(xué)調(diào)節(jié)劑。
NRF2信號(hào)通路綜述
NRF2領(lǐng)域的關(guān)鍵發(fā)現(xiàn)：歷史視角
對(duì)NRF2的研究相對(duì)較新，大部分關(guān)鍵發(fā)現(xiàn)都發(fā)生在過(guò)去的40年中（圖1）。盡管NRF2于1994年首次被克隆，但抗氧化反應(yīng)的轉(zhuǎn)錄控制的最初概念出現(xiàn)在20世紀(jì)70年代，當(dāng)時(shí)數(shù)項(xiàng)研究表明，酚類(lèi)抗氧化劑的抗癌作用源于增加II相解毒酶的活化，例如谷胱甘肽-S-轉(zhuǎn)移酶（GST）（2, 3）。雖然當(dāng)時(shí)還不清楚GST是否由NRF2調(diào)控，但這首先證明解毒活性中間產(chǎn)物的酶的激活可用于預(yù)防化學(xué)致癌作用，這些酶中許多現(xiàn)已被確定為NRF2轉(zhuǎn)錄靶點(diǎn)。1989年發(fā)現(xiàn)了一種蛋白質(zhì)NF-E2，其結(jié)合的保守序列包含激活蛋白1（AP-1）的核心模體（4）。NF-E2是6種哺乳動(dòng)物cap’n’collar轉(zhuǎn)錄因子（堿性亮氨酸拉鏈轉(zhuǎn)錄因子）中的第一種被發(fā)現(xiàn)與此模體結(jié)合的轉(zhuǎn)錄因子，該模體與其他因子NRF1（5）、NRF2（6）、NRF3（7）、Bach1（8）和Bach2（9）的結(jié)合相繼被鑒定。之后在大鼠GST-Ya基因的啟動(dòng)子中鑒定出該NF-E2/AP-1序列，并響應(yīng)叔丁基對(duì)苯二酚（t-bhq），由此產(chǎn)生了術(shù)語(yǔ)抗氧化劑反應(yīng)元件（ARE）（10）。隨后發(fā)現(xiàn)大量的巰基反應(yīng)性化學(xué)物可誘導(dǎo)ARE驅(qū)動(dòng)的基因表達(dá)，提示II相解毒酶的轉(zhuǎn)錄對(duì)親電試劑（11）敏感，這是目前許多已鑒定的NRF2活化劑的一個(gè)關(guān)鍵功能特征。
20世紀(jì)90年代中期到后期進(jìn)行了許多研究，詳細(xì)描述了驅(qū)動(dòng)NRF2信號(hào)傳導(dǎo)的分子相互作用，并表征了NRF2的結(jié)構(gòu)域（12）。結(jié)果表明NRF2與smallMAF（sMAF）蛋白二聚，激活含ARE元件基因的轉(zhuǎn)錄（13），并確定Kelch樣ECH相關(guān)蛋白1（KEAP1）（14）在蛋白質(zhì)水平上對(duì)NRF2進(jìn)行負(fù)向調(diào)節(jié)。此外，第一只NRF2−/−小鼠誕生且正常發(fā)育（15），但在其腸道和肝臟中的GST和NAD（P）H:醌氧化還原酶（NQO1）水平與服用酚類(lèi)抗氧化劑（13）后的野生型小鼠相比顯著降低。此外，NRF2−/−小鼠在證明NRF2在化學(xué)預(yù)防中起直接作用至關(guān)重要，因?yàn)樵贜RF2−/−小鼠（16）中，奧替普拉（Oltipraz，一種二硫雜環(huán)戊硫酮）的化學(xué)保護(hù)作用丟失。
一旦NRF2的化學(xué)保護(hù)作用被提出，該領(lǐng)域就轉(zhuǎn)向了識(shí)別激活NRF2通路的方法。由于重要II相解毒酶的許多激動(dòng)劑都是親電試劑，因此NRF2的氧化還原敏感性被認(rèn)為是由能夠感知氧化/親電應(yīng)激的調(diào)控子賦予。2002年體外實(shí)驗(yàn)表明，KEAP1通過(guò)特定的半胱氨酸殘基感知親電應(yīng)激，同時(shí)將親電誘導(dǎo)劑加和至巰基，破壞了KEAP1-NRF2相互作用（17）。一年后，在細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)不同的KEAP1半胱氨酸對(duì)不同的誘導(dǎo)物敏感，這一概念被稱(chēng)為半胱氨酸代碼（18）。與此同時(shí)，研究表明，KEAP1招募了Cullin 3環(huán)盒1（CUL3-RBX1）E3泛素連接酶復(fù)合物，靶向泛素化NRF2的7個(gè)關(guān)鍵賴(lài)氨酸殘基，降解NRF2（19，20）。不久之后，人們發(fā)現(xiàn)糖原合成酶激酶β（GSK3-β）磷酸化NRF2關(guān)鍵殘基是一種不依賴(lài)KEAP1降解NRF2的途徑，其觸發(fā)了S相激酶結(jié)合蛋白1-Cullin1-Rbx1/β-轉(zhuǎn)導(dǎo)素重復(fù)序列包含蛋白（SCF/β-TrCP）E3連接酶復(fù)合物（21，22）的募集。
2006年發(fā)現(xiàn)KEAP1在非小細(xì)胞肺癌中發(fā)生突變并導(dǎo)致NRF2水平長(zhǎng)期升高，首次證明NRF2可能有助于癌癥進(jìn)展和耐藥性，后來(lái)被稱(chēng)為NRF2的黑暗面（23，24）。這導(dǎo)致了研究高NRF2表達(dá)在癌癥中作用的領(lǐng)域發(fā)生了轉(zhuǎn)變，而抑制NRF2可能是治療某些癌癥的前提。另一個(gè)與NRF2黑暗面相關(guān)的里程碑性發(fā)現(xiàn)是自噬功能障礙引起p62依賴(lài)性的KEAP1隔離，導(dǎo)致NRF2以一種非正常、不依賴(lài)半胱氨酸的方式長(zhǎng)時(shí)間激活（25，26）。隨著NRF2研究領(lǐng)域的不斷擴(kuò)大，我們對(duì)這條通路復(fù)雜性的理解也在不斷推進(jìn)。
負(fù)調(diào)節(jié)子和激活NRF2的模式
NRF2的調(diào)節(jié)主要通過(guò)控制維持NRF2蛋白水平來(lái)實(shí)現(xiàn)。三種E3泛素連接酶復(fù)合物負(fù)責(zé)NRF2、CUL3-RBX1-KEAP1復(fù)合物、SCF/β-TrCP復(fù)合物和HRD1復(fù)合物的泛素化和降解。每一種E3泛素連接酶復(fù)合物都能在特定亞細(xì)胞間室內(nèi)的不同刺激下調(diào)控NRF2的降解。細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中的CUL3-RBX1-KEAP1復(fù)合物響應(yīng)親電/氧化應(yīng)激。細(xì)胞核或細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中的SCF/β-TrCP復(fù)合物對(duì)代謝變化更敏感，由GSK3-β調(diào)節(jié)。HRD1定位于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)（ER），并且被證實(shí)僅在ER應(yīng)激期間泛素化NRF2（27）。值得注意的是，其他信號(hào)通路、表觀遺傳因子和翻譯后修飾（PTMs）也同樣調(diào)節(jié)NRF2。此外，通過(guò)靶向NRF2的負(fù)調(diào)控可以實(shí)現(xiàn)NRF2通路的激活或抑制（圖2）。
NRF2靶基因
目前已經(jīng)鑒定出超過(guò)250個(gè)NRF2靶基因，其參與了多種細(xì)胞過(guò)程，包括氧化還原調(diào)節(jié)、I-III相藥物/異生物質(zhì)代謝、蛋白質(zhì)穩(wěn)態(tài)、DNA修復(fù)、碳水化合物和脂質(zhì)代謝、鐵穩(wěn)態(tài)、轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)和線粒體功能（圖3）。
氧化還原調(diào)控。也許最著名的功能是維持氧化還原平衡，主要是通過(guò)谷胱甘肽和基于巰基抗氧化酶的合成和氧化還原循環(huán)。例如，負(fù)責(zé)谷胱甘肽（GSH）從頭合成的谷氨酸-半胱氨酸連接酶（GCL）的催化和調(diào)節(jié)亞單位（GCLC和GCLM）是NRF2靶基因。此外，利用谷胱甘肽減少過(guò)氧化物的谷胱甘肽過(guò)氧化物酶（GPX2和GPX4）、減少氧化態(tài)谷胱甘肽的谷胱甘還原酶（GSR）和直接減少過(guò)氧化物的過(guò)氧氧化還原蛋白（PRDX1和PRDX6）均是NRF2靶基因（28）。通過(guò)硫氧還蛋白1和硫氧還蛋白還原酶1（TXN1和TXNRD1）的協(xié)同作用減少氧化的蛋白巰基，與通過(guò)xCT轉(zhuǎn)運(yùn)體（SLC7A11）導(dǎo)入對(duì)谷胱甘肽產(chǎn)生至關(guān)重要的半胱氨酸，也都由NRF2轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)（28）。
藥物/異生物質(zhì)代謝。NRF2調(diào)節(jié)藥物/異生物質(zhì)代謝的所有三相。參與I相代謝的NRF2靶點(diǎn)的例子是醛酮還原酶家族成員（例如AKR1C1、AKR1B1和ARK1B10）（29）、醛脫氫酶家族成員（例如ALDH1A1、ALDH3A1和ALDH7A1）（30）和NQO1（13），這些酶都參與將毒物/藥物還原為活性代謝物。這使得包括GSTs（例如GSTA1-4和GSTM1-4）（31）和UDP葡萄糖醛酸轉(zhuǎn)移酶（例如UGT1A1和UGT2B7）（32，33）在內(nèi)的II相NRF2轉(zhuǎn)錄靶點(diǎn)分別與GSH或葡萄糖醛酸結(jié)合。最后，NRF2還調(diào)節(jié)III相膜轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白（ATP結(jié)合盒家族成員/多藥耐藥蛋白，例如ABCC1–5和ABCG2）（34，35）的轉(zhuǎn)錄，而這些轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白將異生物質(zhì)/藥物從細(xì)胞中排出。
蛋白質(zhì)穩(wěn)態(tài)。NRF2下游基因通過(guò)自噬和泛素-蛋白酶體系統(tǒng)參與維持蛋白穩(wěn)態(tài)。最近發(fā)現(xiàn)一些自噬起始蛋白，包括自噬相關(guān)（ATG）5和7，以及unc-51樣自噬激活激酶（ULK）1和2，被認(rèn)定含有AREs（36）。NRF2可直接調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)翻譯和自噬的主調(diào)節(jié)子mTOR（37）。此外，p62/SQSTM1作為一種以泛素化蛋白質(zhì)為靶點(diǎn)進(jìn)行自噬降解的蛋白質(zhì)，也是NRF2靶點(diǎn)。NRF2還控制蛋白酶體亞單位[例如蛋白酶體亞單位α1（PSMA1）和蛋白酶體亞單位β5（PSMB5）]（38）以及蛋白酶體成熟蛋白（POMP）（39）的表達(dá)，其對(duì)蛋白酶體組裝至關(guān)重要。
脂質(zhì)、碳水化合物和鐵代謝。NRF2調(diào)節(jié)多種葡萄糖和脂肪酸合成代謝所必需的代謝酶。戊糖磷酸途徑酶，包括葡萄糖-6-磷酸脫氫酶（G6PD）、6-磷酸葡萄糖酸脫氫酶（PGD）和轉(zhuǎn)醛酶（TALDO1），在NADPH再生過(guò)程中起著關(guān)鍵作用，且均為NRF2靶基因（40）。NRF2還調(diào)節(jié)蘋(píng)果酸酶（ME1）和異檸檬酸脫氫酶1（IDH1）這兩種關(guān)鍵三羧酸循環(huán)酶的表達(dá)（40，41）。脂類(lèi)分解代謝受NRF2調(diào)控，脂肪酶H（LIPH）、磷脂酶A2（PLA2G7）和乙酰輔酶A氧化酶2（ACOX2）（42）均是NRF2的靶點(diǎn)。最后，NRF2通過(guò)轉(zhuǎn)錄血紅素加氧酶1（HMOX1）、膽綠素A和B（BLVRA/B）以及鐵蛋白輕鏈和重鏈（FTH1/FLH1）（43）調(diào)節(jié)血紅素代謝和鐵穩(wěn)態(tài)。
轉(zhuǎn)錄調(diào)控、DNA修復(fù)和阻止凋亡。數(shù)種轉(zhuǎn)錄因子的啟動(dòng)子內(nèi)已經(jīng)鑒定出ARE功能區(qū)，包括芳基烴受體（AhR）、神經(jīng)源性位點(diǎn)Notch同系物蛋白1（Notch1）和視網(wǎng)膜受體α（RXRA），這表明NRF2可以間接控制許多不含ARE的基因的轉(zhuǎn)錄，以下詳述。NRF2也在DNA損傷修復(fù)和阻止凋亡中發(fā)揮作用，因?yàn)閜53結(jié)合蛋白1（53BP1）、DNA修復(fù)蛋白R(shí)ad51同系物1（RAD51）（44）、抗凋亡蛋白B細(xì)胞淋巴瘤2（BCL2）和B細(xì)胞淋巴瘤特大（BCLXL）（45，46）由NRF2轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)。NRF2靶點(diǎn)的多樣性表明了NRF2在調(diào)節(jié)細(xì)胞功能中的中心作用。
與其他信號(hào)通路的串?dāng)_
盡管NRF2通過(guò)其轉(zhuǎn)錄靶點(diǎn)直接調(diào)節(jié)許多細(xì)胞反應(yīng)，但其也可通過(guò)與其他主要信號(hào)級(jí)聯(lián)通路的串?dāng)_來(lái)調(diào)節(jié)細(xì)胞功能。這些通路對(duì)應(yīng)激反應(yīng)至關(guān)重要，包括Notch1、AhR、核因子-κB（NF-κB）、細(xì)胞腫瘤抗原p53（p53）、AMP活化蛋白激酶（AMPK）、PI3K-AKT和mTOR，突顯了NRF2在維持細(xì)胞存活中的關(guān)鍵作用。
Notch信號(hào)通路介導(dǎo)胚胎發(fā)育過(guò)程中的細(xì)胞周期和凋亡以及決定細(xì)胞命運(yùn)。NOTCH1基因在其啟動(dòng)子的近端區(qū)域具有ARE功能區(qū)，并且Notch信號(hào)在NRF2−/−小鼠胚胎成纖維細(xì)胞中減弱（47）。NRF2-NOTCH信號(hào)軸在肝臟再生過(guò)程中至關(guān)重要，因?yàn)椴糠指吻谐蟮腘RF2−/−小鼠與野生型小鼠相比肝再生延遲；然而，將這些小鼠與過(guò)度表達(dá)NOTCH胞內(nèi)結(jié)構(gòu)域（NICD）的小鼠雜交，完全挽救了NRF2無(wú)表型小鼠（47）。相反，NRF2可以通過(guò)NOTCH調(diào)節(jié)，因?yàn)樵趧?dòng)物的NRF2啟動(dòng)子區(qū)域中，典型NOTCH轉(zhuǎn)錄所需的RBPjκ序列高度保守。此外，NICD過(guò)表達(dá)小鼠的NRF2過(guò)度活化，表現(xiàn)出與肝特異性KEAP1−/−小鼠非常相似的表型（48）。因此，NRF2和NOTCH之間的相互作用似乎在介導(dǎo)細(xì)胞保護(hù)，特別是在肝再生的方面起不可或缺的作用。
NRF2信號(hào)也與對(duì)外源性應(yīng)激反應(yīng)的通路重疊。例如，與芳基烴受體核轉(zhuǎn)運(yùn)體形成復(fù)合物的AhR，可以被多環(huán)芳烴（例如二惡英）結(jié)合，并從胞質(zhì)溶膠轉(zhuǎn)移到細(xì)胞核，以調(diào)節(jié)含異生物質(zhì)反應(yīng)元件（XRE）基因的轉(zhuǎn)錄（49）。NRF2及其一些靶基因，如 GST （50）和NQO1（51），也含有XRE。此外，研究還表明，NRF2可以通過(guò)ARE（52）直接調(diào)控AhR轉(zhuǎn)錄，也可以通過(guò)巴多酮-咪唑內(nèi)酯（CDDO-Im；合成，三萜類(lèi)）的誘導(dǎo)調(diào)控AhR靶基因轉(zhuǎn)錄（53）。
另一個(gè)與NRF2雙向相關(guān)的主要通路是NF-κB途徑?，F(xiàn)已證明，NF-κB抑制了含有AREs基因的轉(zhuǎn)錄，因?yàn)镹RF2和p65/RelA（一種NF-κB轉(zhuǎn)錄復(fù)合物的組成部分）都需要CREB結(jié)合蛋白（CBP）來(lái)轉(zhuǎn)錄各自的靶基因（54）。因此，如果p65與CBP結(jié)合，會(huì)阻止由NRF2驅(qū)動(dòng)的ARE轉(zhuǎn)錄。有趣的是，幾種NRF2活化劑，包括蘿卜硫素（SF）（55）、甲基巴多酮（CDDO-Me）（56）和姜黃素（57），已被證明能夠抑制NF-κB信號(hào)傳導(dǎo)。相反，與野生型小鼠相比，NRF2−/−小鼠在促炎刺激后表現(xiàn)出更多的NF-κB活化跡象（58）。NF-κB激酶β亞單位（IKKβ）的抑制劑作為一種公認(rèn)的NF-κB負(fù)調(diào)節(jié)因子，已證明被CUL3-RBX1-KEAP1復(fù)合物（59）泛素化和降解。最后，幾個(gè)NRF2靶基因，如NQO1、TRX1和HMOX1，已經(jīng)被證明可調(diào)控NF-κB驅(qū)動(dòng)的轉(zhuǎn)錄，這表明這些通路在上下游水平（60）發(fā)生交叉。
NRF2直接與p53/p21級(jí)聯(lián)相互作用，而p53/p21級(jí)聯(lián)是抗癌治療的重要靶點(diǎn)，其調(diào)節(jié)細(xì)胞凋亡。具體來(lái)說(shuō)，NRF2和p53的共表達(dá)導(dǎo)致多種細(xì)胞系（61）中SLC7A11、NQO1和GST的抑制。研究表明，NRF2可以調(diào)控p53的負(fù)調(diào)節(jié)因子E3泛素蛋白連接酶MDM2的表達(dá)，表明NRF2可以直接調(diào)控p53的活性（62）。此外，p21（CDKN1A），一種參與細(xì)胞周期、凋亡和分化調(diào)節(jié)的p53靶基因，直接與NRF2的DLG和ETGE模體結(jié)合，從而穩(wěn)定和轉(zhuǎn)錄含ARE的基因（63）。NRF2和p53之間的相互作用被以下事實(shí)進(jìn)一步證明，即NRF2−/−；p53+/−小鼠比其N(xiāo)RF2−/−或p53+/−小鼠（64）更容易受到亞硝胺誘導(dǎo)的致癌作用，其表明NRF2和p53在介導(dǎo)應(yīng)激期細(xì)胞生存方面至關(guān)重要。
NRF2也與對(duì)新陳代謝變化作出反應(yīng)的關(guān)鍵通路相互作用。例如，AMPK，一種通過(guò)AMP:ATP比率來(lái)檢測(cè)細(xì)胞整體能量狀態(tài)的傳感器，磷酸化NRF2的S550處，增強(qiáng)其核易位（65）。同樣地，β-TRCP降解NRF2所必需的GSK3-β可被PI3K-AKT信號(hào)軸（66）或mTOR（67）磷酸化，這表明NRF2的穩(wěn)定性可以由這兩個(gè)通路決定。也有研究表明，mTOR磷酸化p62/SQSTM1，增強(qiáng)其與KEAP1的相互作用，導(dǎo)致p62-KEAP1復(fù)合物的自噬降解和NRF2的上調(diào)（68）?？偟膩?lái)說(shuō)，NRF2與數(shù)個(gè)決定了細(xì)胞生長(zhǎng)和存活的關(guān)鍵信號(hào)級(jí)聯(lián)相互作用。
NRF2調(diào)節(jié)的其他模式
NRF2信號(hào)通路的表觀遺傳控制，以及影響NRF2表達(dá)的KEAP1和NRF2/NFE2l2中幾個(gè)單核苷酸多態(tài)性，已在癌癥背景下被廣泛研究。啟動(dòng)子甲基化調(diào)節(jié)NRF2和KEAP1，以及幾個(gè)NRF2靶基因的表達(dá)，包括GST、NQO1、GPX和UGT1A1（69）?；熆梢越档蚇RF2啟動(dòng)子的甲基化，例如在耐藥結(jié)腸癌中5-氟尿嘧啶（5-FU）可誘導(dǎo)活性氧物種（ROS）生成，導(dǎo)致NRF2啟動(dòng)子的低甲基化，升高NRF2水平（70）。NRF2活性可受KEAP1啟動(dòng)子的高甲基化影響，導(dǎo)致NRF2的表達(dá)增加。并不是所有的表觀遺傳修飾都能增強(qiáng)NRF2的活性，例如晚期前列腺癌中NRF2啟動(dòng)子的高甲基化抑制NRF2（71）。組蛋白的乙?；?去乙?；图谆?去甲基化，以及microRNAs，也被證明影響NRF2的激活（69）。需要更多的研究來(lái)確定潛在表觀遺傳靶點(diǎn)來(lái)調(diào)節(jié)疾病中的NRF2通路。
除了泛素化和磷酸化NRF2的Neh2和Neh6結(jié)構(gòu)域中關(guān)鍵殘基調(diào)控其穩(wěn)定性外，NRF2還可以通過(guò)其他幾種PTMs（post-translational modifications，翻譯后修飾）進(jìn)行修飾，包括甲基化、乙?；皖?lèi)泛素化修飾。通過(guò)p300/CBP乙?；疦eh1結(jié)構(gòu)域的關(guān)鍵賴(lài)氨酸殘基增強(qiáng)其DNA結(jié)合能力，可提高NRF2的活性，且去乙?；?2）能逆轉(zhuǎn)。NRF2在R437位點(diǎn)上的甲基化也影響其轉(zhuǎn)錄活性（73）。如前所述，NRF2的磷酸化導(dǎo)致其降解；然而，其他絲氨酸殘基（s40、s215、s408、s550和s577）也可被數(shù)種上游激酶磷酸化（65、74、75）。盡管NRF2轉(zhuǎn)錄活性的影響可能取決于激酶/絲氨酸組合，但這些絲氨酸殘基的磷酸化被認(rèn)為增加了NRF2向細(xì)胞核的易位。另一種確認(rèn)的NRF2的PTMs是類(lèi)泛素化修飾，它增強(qiáng)了HepG2細(xì)胞（76）中NRF2的泛素化和降解，而在胰腺β-胰島細(xì)胞中，它增強(qiáng)了NRF2活性并促進(jìn)了細(xì)胞存活（77），表明了NRF2的PTMs的細(xì)胞類(lèi)型-特異性相關(guān)性。
靶向NRF2用于疾病
調(diào)控NRF2預(yù)防和治療癌癥和其他慢性疾病
在NRF2研究領(lǐng)域有一個(gè)正在發(fā)展的主題，即疾病條件下依賴(lài)于環(huán)境和時(shí)間的靶向NRF2。利用藥物活化NRF2的有益作用仍然是基于NRF2化學(xué)預(yù)防和干預(yù)其他慢性疾病的一個(gè)重要方面，如神經(jīng)退行性病變、糖尿病、心血管疾病以及慢性腎臟和肝臟疾病。然而，越來(lái)越多的研究表明，在某些癌癥和疾病階段，NRF2水平已經(jīng)很高，這表明也應(yīng)考慮設(shè)計(jì)減輕與延長(zhǎng)NRF2活化相關(guān)的潛在有害或轉(zhuǎn)化效應(yīng)的藥物。圖4總結(jié)了當(dāng)前NRF2活化劑和抑制劑以及疾病中NRF2表達(dá)水平的示例。
NRF2用于化學(xué)預(yù)防。迄今為止，已有數(shù)百項(xiàng)研究評(píng)估了激活NRF2的化合物（78，79）的體外和體內(nèi)化學(xué)預(yù)防性能。重要的是，大多數(shù)化學(xué)預(yù)防化合物（或其生物活性代謝物）是親電試劑，并通過(guò)對(duì)半胱氨酸的修飾激活NRF2，盡管結(jié)合KEAP1的Kelch結(jié)構(gòu)域的肽和小分子也已被開(kāi)發(fā)（80）。迄今為止，蘿卜硫素（天然，異硫氰酸酯）、CDDO-Me（合成，三萜類(lèi)）、RTA 408（合成，三萜類(lèi)，奧馬維洛酮）和富馬酸二甲酯（DMF；合成，Tecfidera）是僅有的進(jìn)入美國(guó)臨床試驗(yàn)的NRF2活化劑，只有Tecfidera被批準(zhǔn)用于治療多發(fā)性硬化癥（MS）。顯然，基于NRF2的安全、有效和特定療法的發(fā)展仍然是癌癥預(yù)防的一個(gè)探索領(lǐng)域。然而，關(guān)于使用NRF2活化劑可能促進(jìn)NRF2黑暗面并支持先前存在腫瘤的進(jìn)展，這一點(diǎn)仍存在爭(zhēng)議。因此，根據(jù)NRF2水平和癌癥分期，目標(biāo)人群和給藥方案應(yīng)非常仔細(xì)地定時(shí)和規(guī)劃。
組成性NRF2在癌癥中的激活。考慮到NRF2的生存優(yōu)勢(shì)，癌細(xì)胞劫持NRF2通路并不奇怪。Kelch或KEAP1介導(dǎo)區(qū)域的突變降低了其與NRF2的相互作用，導(dǎo)致肺癌細(xì)胞系和組織的組成性活化（81）。此外，KEAP1中的一些體細(xì)胞突變以及野生型等位基因雜合子的丟失，提高了NRF2水平并產(chǎn)生了耐藥性（23）。重要的是，研究證實(shí)，在肺腺癌中，KEAP1的突變頻率與TP53相同，而在肺鱗癌中，KEAP1和NRF2是突變頻率最高的基因（82，83）。據(jù)癌癥基因組圖譜項(xiàng)目報(bào)告，超過(guò)30 %的鱗狀細(xì)胞癌病例（84例）中KEAP1與NRF2發(fā)生突變和拷貝數(shù)改變，以及CUL3的缺失或突變。研究還發(fā)現(xiàn)，由于CUL3缺失或啟動(dòng)子甲基化，RBX1的表達(dá)降低（85，86）。表1總結(jié)了導(dǎo)致NRF2組成性激活的機(jī)制以及觀察到的癌癥類(lèi)型。
表1 NRF2通路基因的遺傳改變導(dǎo)致NRF2高表達(dá)和其所對(duì)應(yīng)的腫瘤類(lèi)型。
NRF2抑制劑在克服癌癥抵抗中的作用。從天然產(chǎn)物提取物的篩選結(jié)果中發(fā)現(xiàn)了第一種NRF2抑制劑，Brusatol（天然，類(lèi)西林類(lèi)）（105）。Brusatol通過(guò)降低NRF2及其靶基因的蛋白質(zhì)水平，使一些癌細(xì)胞系對(duì)化療藥物敏感（105）。在異種瘤移植模型中，Brusatol與順鉑聯(lián)合使用可提高肺癌細(xì)胞的化療敏感性，在小鼠肺癌模型（LSL-KrasG12D/+）（105）中提高了腫瘤總負(fù)荷。盡管最近的兩份出版物已經(jīng)確定了Brusatol是一種全局翻譯抑制劑（106，107），但它仍是研究NRF2在癌癥化學(xué)增敏中的抑制作用的有用工具，因?yàn)橹T如NRF2等短壽命蛋白最容易受到蛋白質(zhì)翻譯抑制。氟哌酮（人工合成，生物堿）也已被證明通過(guò)抑制全局蛋白質(zhì)翻譯使依賴(lài)于氟哌酮的癌細(xì)胞對(duì)抗癌藥物敏感（108）。
其他的NRF2抑制劑包括：ARE表達(dá)調(diào)節(jié)劑1（AEM1），一種具有未知作用機(jī)制的小分子抑制劑（109），和ML385，一種結(jié)合到NRF2的Neh1結(jié)構(gòu)域的分子，阻止NRF2同MAFG二聚與結(jié)合ARE的過(guò)程（110）。ML385是目前最有趣的抑制劑，但它有一個(gè)意料之外的作用，即導(dǎo)致NRF2的mRNA和蛋白質(zhì)水平呈劑量和時(shí)間依賴(lài)性的顯著下降。這種下降不太可能是直接抑制與ARE的結(jié)合，因此需要進(jìn)一步調(diào)查。沒(méi)有精確定義作用模式的負(fù)向調(diào)節(jié)NRF2活性的其他天然產(chǎn)物包括：甘露酮（111）、馬拉巴尼酮A（112）、赭曲霉素A（113）和沃戈寧（114）。此外，由于核受體可直接結(jié)合NRF2并抑制其激活活性，一些研究提出地塞米松/布地奈德（糖皮質(zhì)激素受體激動(dòng)劑）和全反式維甲酸（ATRA；維甲酸受體激動(dòng)劑）作為NRF2抑制劑（115）。然而，這些化合物的主要靶點(diǎn)是核受體而不是特定的NRF2，因此這些靶點(diǎn)不太可能作為NRF2靶點(diǎn)療法開(kāi)發(fā)。
神經(jīng)退行性病變中的NRF2。與癌癥相似，NRF2在神經(jīng)退行性疾病中的作用是復(fù)雜的。有趣的是，NRF2的表達(dá)減少與神經(jīng)干細(xì)胞功能（116）隨年齡相關(guān)下降有關(guān)，并且NRF2對(duì)氧化應(yīng)激的反應(yīng)也隨著年齡增長(zhǎng)而降低（117）。在神經(jīng)退行性病變過(guò)程中，NRF2可以被激活或抑制，這取決于受影響的細(xì)胞類(lèi)型和疾病的階段。例如，一些研究表明，在阿爾茨海默?。ˋD）患者的大腦中，NQO1和HMOX1減少，而另一些研究表明，NRF2仍然局限于細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)，導(dǎo)致靶基因表達(dá)降低（118）。在活動(dòng)的巨噬細(xì)胞和星形膠質(zhì)細(xì)胞中，NRF2和NQO1表達(dá)升高，但在非活動(dòng)的巨噬細(xì)胞和星形膠質(zhì)細(xì)胞以及MS病變中，NQO1、HMOX1和PRDX水平持續(xù)升高，并且在帕金森病（PD）患者的黑質(zhì)中觀察到NRF2的核定位（118）。相反，肌萎縮側(cè)索硬化患者的初級(jí)運(yùn)動(dòng)皮層和脊髓中的NRF2蛋白水平降低（119）。這些差異可能是特定于細(xì)胞類(lèi)型和大腦區(qū)域的，但也可能是由于所調(diào)查疾病階段的結(jié)果。由于NRF2通路的反應(yīng)性隨著年齡增長(zhǎng)而降低，NRF2可能在疾病早期激活，在疾病后期下降。
一些NRF2的藥理活性劑改善神經(jīng)退行性表型。巴多酮甲酰胺（合成，三萜類(lèi)，CDDO-MA）已被證明能改善轉(zhuǎn)基因AD小鼠的記憶，減少淀粉樣β斑塊的形成（120）。同樣，葛根素（天然，植物雌激素）、蘿卜硫素、葒草苷（天然，黃酮）和黃芩苷（天然，黃酮）改善了AD表型（121-124）。3H-1,2-二硫醇-3-硫酮（天然，二硫雜茂硫酮，D3T）和巴多酮乙酰胺/三氟乙酰胺（合成，三萜類(lèi)，CDDO-EA/TFEA）可保護(hù)野生型小鼠，但不保護(hù)NRF2−/−小鼠和1-甲基-4-苯基-1,2,3,6-四氫吡啶誘導(dǎo)的PD小鼠（125，126）。DMF是目前唯一通過(guò)三期臨床試驗(yàn)治療多發(fā)性硬化癥的NRF2激動(dòng)劑；然而，最近使用蘿卜硫素、CDDO-TFEA和苦參堿（天然生物堿）的研究顯示，它們惡化小鼠表型（127-129）。令人好奇的是，DMF是該組中唯一一種獲得美國(guó)食品藥品監(jiān)督管理局批準(zhǔn)的藥物，盡管它不是最有效的NRF2激動(dòng)劑，這可能是由于NRF2不依賴(lài)于免疫調(diào)節(jié)（130）、與其他途徑的協(xié)同作用，或者NRF2激活的程度取決于疾病背景。
NRF2在糖尿病中的雙重作用。在I型和II型糖尿病中也證實(shí)了NRF2的失調(diào)。氧化應(yīng)激增加是糖尿病的一個(gè)普遍特征，它導(dǎo)致許多組織的細(xì)胞功能障礙和代謝變化。然而，與癌癥和神經(jīng)退行性病變中的NRF2相似，NRF2在糖尿病中作用復(fù)雜，其取決于組織和細(xì)胞類(lèi)型。在鏈脲佐菌素誘導(dǎo)的I型糖尿?。?31）小鼠模型中，SF和肉桂醛（CA，天然，黃酮）均能抑制氧化損傷并恢復(fù)正常腎功能。口服CDDO-Im可增強(qiáng)db/db小鼠的NRF2活性，降低糖尿病表型（132）。CDDO-Im、CDDO-Me、奧替普拉和姜黃素改善了遺傳性與高脂肪飲食誘導(dǎo)的糖尿病2種模型（133-136）中的胰島素敏感性和葡萄糖耐受性。
有趣的是，具有較高NRF2組成水平的KEAP1flox/−小鼠與db/db小鼠（132）雜交時(shí)，也表現(xiàn)出延遲糖尿病發(fā)作；然而，其他研究表明，KEAP1基因敲除增強(qiáng)了Lepob/ob小鼠和高脂肪飲食（137，138）小鼠的糖尿病表型，這表明飲食和遺傳因素導(dǎo)致了糖尿病的發(fā)生?？刂芅RF2可能對(duì)糖尿病的發(fā)病和進(jìn)展有不同的影響。CDDo-Me被證明能增強(qiáng)糖尿病腎病患者的腎功能并減輕其體重（139）；然而，由于心血管事件的風(fēng)險(xiǎn)增加，該研究被終止。重要的是，改進(jìn)特異性和適當(dāng)?shù)呐R床環(huán)境仍然可以為這類(lèi)和其他基于NRF2藥物（140）產(chǎn)生積極的結(jié)果。
NRF2在心血管、腎臟和肝臟疾病中的作用。心血管疾病包括從高血壓到冠狀動(dòng)脈疾病的各種疾病。與其他慢性疾病一樣，許多心血管疾病的進(jìn)展可能需要幾十年。心血管疾病的一個(gè)常見(jiàn)特征是增加對(duì)內(nèi)皮細(xì)胞和心肌細(xì)胞的氧化損傷，其可引起心臟功能失常，心臟和血管系統(tǒng)的慢性損傷，導(dǎo)致心力衰竭。蘿卜硫素、t-BHQ、MG132、白藜蘆醇和α-脂肪酸對(duì)NRF2的藥理學(xué)激活，被證明可以挽救心力衰竭的大鼠（141）。相反，αB晶體蛋白突變的心肌肥大小鼠模型中NRF2慢性激活導(dǎo)致還原性應(yīng)激（142），這表明NRF2的受控激活可以預(yù)防心臟功能障礙，而延長(zhǎng)激活可能會(huì)導(dǎo)致有害影響。
慢性氧化應(yīng)激和炎癥也是慢性腎?。–KD）和慢性肝病的常見(jiàn)特征。至少對(duì)于沒(méi)有心臟危險(xiǎn)因素的患者，CDDO-Me仍然是最有希望的治療方法，已達(dá)到臨床試驗(yàn)階段（143），并且CDDO-Im已證明可預(yù)防藥物誘導(dǎo)的肝損傷，并減少非酒精性脂肪性肝病模型（144）中的肝臟脂肪積累。這些研究表明，在與慢性炎癥和ROS產(chǎn)生相關(guān)的疾病中，NRF2的激活可保護(hù)機(jī)體免受氧化應(yīng)激；然而，延長(zhǎng)NRF2通路的激活可導(dǎo)致代謝變化，引起還原應(yīng)激促進(jìn)疾病進(jìn)展。
靶向NRF2的臨床試驗(yàn)和基于NRF2療法的藥物重新定位
如上所述，幾種NRF2活化劑已開(kāi)始臨床試驗(yàn)，以治療多種病理；然而，只有DMF已被批準(zhǔn)用于治療復(fù)發(fā)性MS。目前最流行的一種方案是膳食補(bǔ)充蘿卜硫素，測(cè)試對(duì)慢性阻塞性肺?。–linicalTrials.gov Identifier NCT01335971）（145）、暴露于臭氧和其他空氣污染物（NCT01625130, NCT01437501）（146，147）、囊性纖維化（NCT01315665）、哮喘（NCT01845493）、鐮狀細(xì)胞病（NCT01715480）（148）的治療，頭頸癌（NCT03182959，NCT03268993和NCT03402230）療效有限或尚未報(bào)告。最近的幾項(xiàng)臨床試驗(yàn)還測(cè)試了蘿卜硫素對(duì)自閉癥譜系障礙（NCT0256148）和精神分裂癥（NCT01716858）（149）相關(guān)癥狀的治療，以及在II型糖尿病患者中正進(jìn)行一項(xiàng)研究（NCT0281448）。有趣的是，局部蘿卜硫素在保護(hù)皮膚免受紫外線相關(guān)損傷方面進(jìn)行了測(cè)試（NCT03126539）。其他的NRF2活化劑也在研究中，如姜黃素治療晚期糖尿病腎?。∟CT03262363），以及最近完成的白藜蘆醇治療慢性腎?。∟CT02433925）的試驗(yàn)。RTA 408對(duì)線粒體肌病患者（NCT0225422）和弗里德賴(lài)希共濟(jì)失調(diào)患者（NCT02255435）的試驗(yàn)正在進(jìn)行。
藥物重新定位的想法也越來(lái)越受歡迎。最近的兩個(gè)例子是DMF治療PD（150）和Bardoxolone治療鐮狀細(xì)胞?。?51）和肺動(dòng)脈高壓（NCT02036970）。利用藥物化學(xué)方法衍生已有的治療方法來(lái)提高其特異性和療效是另一種有趣的可能性。此外，最近研究趨勢(shì)向非親電小分子NRF2-KEAP1相互作用的調(diào)節(jié)劑轉(zhuǎn)變，以減少脫靶效應(yīng)（80）。研究目的應(yīng)該是發(fā)現(xiàn)新的療法和優(yōu)化目前的方法。
總結(jié)要點(diǎn)
1、NRF2與病理狀態(tài)之間關(guān)系復(fù)雜，開(kāi)發(fā)有效治療方法之前需要仔細(xì)評(píng)估。
2、通過(guò)靶向NRF2的負(fù)調(diào)節(jié)子，可以激活NRF2途徑。
3、抑制NRF2途徑已被證明是一種挑戰(zhàn)，最有希望的策略是干擾NRF2-sMAF-ARE結(jié)合。
4、NRF2通過(guò)AREs直接或間接調(diào)控其他轉(zhuǎn)錄因子控制多個(gè)轉(zhuǎn)錄靶點(diǎn)，表明其在細(xì)胞存活中的核心作用。
5、激活NRF2在實(shí)驗(yàn)性疾病模型中顯示出巨大的成功；然而，許多癌癥/代謝性疾病的NRF2水平長(zhǎng)期升高，表明在某些情況下需要靶向NRF2抑制劑。
6、盡管有幾種NRF2活化劑已用于臨床試驗(yàn)，但只有DMF被FDA批準(zhǔn)用于治療MS。
7、通過(guò)現(xiàn)有藥物的用途改變或衍生化，重新定位NRF2療法可能會(huì)增加基于NRF2療法的數(shù)量。
未來(lái)問(wèn)題
1、我們?nèi)绾慰s小從實(shí)驗(yàn)室到臨床治療間的距離？盡管過(guò)去20年的研究已經(jīng)清楚地表明了NRF2在疾病中的雙重作用，但臨床批準(zhǔn)的治療方法的數(shù)量?jī)H限于DMF。
2、在疾病中靶向NRF2的正確時(shí)機(jī)是什么？NRF2的有益或有害激活與時(shí)間和疾病背景有關(guān)，這對(duì)發(fā)展基于NRF2的治療方案提出了重大挑戰(zhàn)。
3、為什么激動(dòng)劑間存在差異？已報(bào)道了多種NRF2激動(dòng)劑，但它們顯示了ARE調(diào)控基因的差異激活和疾病相關(guān)效應(yīng)，可能是由于與其他調(diào)節(jié)模式的協(xié)同效應(yīng)。
4、能開(kāi)發(fā)出特定的NRF2抑制劑嗎？需要NRF2的靶向抑制劑，因?yàn)槟壳暗倪x擇已顯示出脫靶效應(yīng)。
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