核转录因子Nrf2信号通路在环境毒物暴露中的作用研究进展

环境毒物种类众多,如金属和类金属、有机溶剂、杀虫剂和空气污染物等;其中,多数毒物可引起机体氧化应激。转录因子NF-E2相关因子2(Nrf2)是细胞氧化应激反应的关键因子,在保护细胞和组织免受活性氧自由基(ROS)中起着重要的作用。一方面,环境毒物可以诱导Nrf2信号通路的激活;另一方面,Nrf2信号通路诱导剂还被广泛证明能够进一步拮抗环境毒物对机体的损伤。笔者综述了Nrf2信号通路在多种常见环境毒物诱发的氧化损伤中的拮抗作用,并对研究Nrf2激活剂保护机体拮抗环境毒物毒性方面提出了展望。     

转录因子NF-E2相关因子2-抗氧化转录元件信号通路组成与激活机制

人类接触于不同的环境毒物中会引起一系列疾病的发生与发展,包括急慢性中毒、炎症反应甚至是肿瘤的形成.环境中或职业危害中存在的环境毒物及生产性毒物进入机体后将导致氧化/抗氧化的失衡,长期的氧化应激导致的氧化还原状态失衡将造成细胞的损伤、凋亡,是衰老、炎症性疾病及肿瘤等形成的重要原因.     

急性亚砷酸钠暴露对小鼠主动脉Nrf2通路的影响

目的研究急性亚砷酸钠暴露对小鼠主动脉NF-E2相关因子2(nuclear factor E2-related factor 2,Nrf2)通路的影响。方法选择健康成年清洁级雄性野生型C57BL/6小鼠作为实验动物。将15只小鼠按体重随机分成4组,分别为0(对照,n=3)及2、6、12h亚砷酸钠染毒组(n=4)。采用腹腔注射方式给予5 mg/kg亚砷酸钠溶液。将10只小鼠按体重随机分成3组,分别为对照(磷酸盐缓冲溶液,n=3)组和1.25 mg/kg(n=4)、5 mg/kg(n=3)亚砷酸钠染毒组。采用腹腔注射方式染毒6 h。检测小鼠主动脉中Nrf2及其下游基因谷氨酰半胱氨酸连接酶催化亚单位(GCLC)、谷氨酰半胱氨酸连接酶修饰亚单位(GCLM)以及NAD(P)H醌氧化还原酶(NQO1)m RNA的表达水平。结果与对照组相比,5 mg/kg亚砷酸钠染毒2 h小鼠主动脉GCLC m RNA的表达水平及染毒6 h小鼠主动脉GCLM、NQO1 m RNA的表达水平均较高,差异有统计学意义(P0.05);而亚砷酸钠染毒不同时间小鼠主动脉Nrf2 m RNA的表达水平无明显变化。且随着亚砷酸钠染毒时间的延长,小鼠主动脉Nrf2、GCLC、GCLM及NQO1 m RNA的表达水平均呈先上升后下降的趋势。与对照组相比,5 mg/kg亚砷酸钠染毒6 h小鼠主动脉GCLC、GCLM及NQO1 m RNA的表达水平均较高,差异有统计学意义(P0.05);而各剂量亚砷酸钠染毒6 h小鼠主动脉Nrf2 m RNA的表达水平均无明显改变。且随着亚砷酸钠染毒剂量的升高,小鼠主动脉Nrf2、GCLC、GCLM及NQO1 m RNA的表达水平均呈上升趋势。结论急性亚砷酸钠处理能激活小鼠主动脉Nrf2通路,提示急性无机砷暴露引起主动脉内发生氧化应激。     

无机砷对Chang肝细胞核转录因子Nrf2及其下游抗氧化酶mRNA表达的影响

目的观察亚砷酸钠(NaAsO2)对Chang肝细胞株核转录因子Nrf2及Nrf2调控的下游抗氧化酶醌氧化还原酶1(NQO1)和血红素单加氧酶-1(HO-1)mRNA表达的影响。方法分别以不同浓度NaAsO2(5、10、25和50μmol/L)染毒人类Chang肝细胞株6h,采用RT-PCR法测定Nrf2、NQO1和HO-1的mRNA表达水平。结果 5、10、25和50μmol/L NaAsO2暴露6h,Nrf2的mRNA表达分别为对照组的(100.74±3.70)%、(105.96±1.75)%、(101.76±1.01)%和(101.81±6.33)%,与对照组比较,差异未见统计学意义(P>0.05);各暴露组NQO1的mRNA表达均较对照组相比显著增加(P<0.05),分别为对照组的(106.52±3.11)%、(113.27±2.84)%、(111.96±6.96)%和(107.33±2.76)%;NaAsO2暴露还能够显著诱导HO-1的mRNA表达增强,且具有剂量-效应关系,差异具有统计学意义(P<0.01)。5、10、25和50μmol/L NaAsO2暴露,HO-1的mRNA表达分别为对照组的(186.92±1.75)%、(194.08±2.75)%、(196.93±2.55)%和(200.02±0.83)%。结论无机砷暴露未显著增强Chang肝细胞核转录因子Nrf2的转录,却能够显著提高Nrf2调控的下游抗氧化酶NQO1和HO-1的mRNA表达水平。     

莱菔硫烷激活核转录因子NF-E2相关因子2通路在拮抗汞所致肝脏氧化损伤中的作用

目的探讨莱菔硫烷(sulforaphane,SFN)通过诱导核转录因子NF-E2相关因子2(nuclear factor erthroid 2-related factor 2,Nrf2)通路激活对汞所致肝脏氧化损伤的拮抗作用及其机制。方法将60只健康成年SPF级Wistar大鼠按体重随机分成6组,分别为对照(生理盐水)组,DMSO对照组,0.6、1.2、2.4 mg/kg氯化汞染毒组及SFN预处理(2.4 mg/kg氯化汞+2 mg/kg SFN)组,每组10只,雌雄各半。采用皮下注射SFN溶液,其余各组皮下注射生理盐水,DMSO对照组皮下注射DMSO;2 h后,腹腔注射氯化汞溶液,染毒容量均为5 ml/kg,每日1次,连续染毒3 d。测定血清乳酸脱氢酶(lactate dehydrogenase,LDH)及丙氨酸氨基转移酶(alanine transaminase,ALT)活力和肝细胞ROS水平以及肝组织Nrf2、血红素单加氧酶-1(HO-1)、γ-谷氨酰半胱氨酸合成酶催化亚基(γ-GCSh)的m RNA及蛋白的表达水平。结果与对照组比较,各剂量氯化汞染毒组大鼠血清LDH、ALT活力(除0.6 mg/kg氯化汞染毒组ALT活力外)和肝细胞ROS水平以及1.2 mg/kg氯化汞染毒组大鼠肝组织HO-1 m RNA的表达水平和2.4 mg/kg氯化汞染毒组大鼠肝组织Nrf2、HO-1、γ-GCSh m RNA的表达水平及1.2、2.4 mg/kg氯化汞染毒组大鼠肝组织Nrf2、HO-1、γ-GCSh蛋白的表达水平均升高,差异均有统计学意义(P0.05,P0.01);且随着氯化汞染毒剂量的升高,大鼠血清LDH、ALT活力和肝细胞ROS水平及肝组织Nrf2、HO-1、γ-GCSh蛋白和m RNA的表达水平均呈逐渐上升的趋势。与2.4 mg/kg氯化汞染毒组比较,SFN预处理组大鼠血清LDH、ALT的活力和肝细胞ROS水平均较低,而肝组织Nrf2、HO-1、γ-GCSh蛋白和m RNA的表达水平均较高,差异均有统计学意义(P0.05,P0.01)。结论 SFN可通过诱导Nrf2-ARE通路激活,促使肝细胞Nrf2及其下游抗氧化酶HO-1、γ-GCSh表达,进而清除细胞内过量的ROS,从而拮抗汞所致肝脏氧化应激损伤。     

转录因子NF-E2相关因子2信号通路在金属污染物毒理学作用中的机制及其研究进展

镉、铅和砷等重金属和类金属是重要的环境污染物,金属污染物引起的氧化应激是其引起健康损害的重要毒理学机制。转录因子NF-E2相关因子2(nuclear factor E2 related factor 2,Nrf2)信号通路是细胞抗氧化应激的中枢调节者,在细胞介导的抗氧化应激防御反应中具有重要作用。本研究主要介绍了镉、铅和砷对Nrf2信号通路的作用及其机制,并综述了锌、铬、铜在毒理学作用中对Nrf2信号通路的影响。     

锰对小鼠黑质内活性氧及Nrf2信号通路影响

目的探讨不同浓度锰暴露后小鼠脑黑质内活性氧（ROS）变化及其对Nrf2信号通路影响及相关机制。方法小鼠48只,随机分为4组,即对照组、低、中、高剂量染锰组,分别给予腹腔注射生理盐水及12.5、25和50 mg/kg MnCl₂,连续2 周。用流式细胞仪测定小鼠脑黑质细胞内ROS,免疫组化法检测核转录因子NF-E2相关因子2（Nrf2）,蛋白伴侣分子Keap1,血红素氧化酶-1（HO-1）和醌氧化还原酶1（NQO1）表达,Western blotting检测Nrf2,Keap1,HO-1和NQO1的蛋白水平。结果与对照组比较,低、中、高剂量染锰组小鼠脑黑质细胞中ROS含量明显升高（P<0.05）;免疫组化结果显示,与对照组比较,低剂量染锰组小鼠脑黑质Nrf2、HO-1、NQO1表达[分别为（4.46±0.83）、（10.10±2.33）、（8.15±0.24）]明显升高（P<0.05）,Keap1表达（6.22±0.58）降低（P<0.05）,高剂量染锰组结果与低剂量呈相反趋势;Western blotting结果显示,与对照组比较,低剂量染锰组小鼠脑黑质Nrf2、HO-1、NQO1蛋白表达量[分别为（0.85±0.13）、（0.76±0.12）、（0.86±0.14）]明显升高（P<0.01）,Keap1蛋白表达（0.48±0.05）下降（P<0.05）,高剂量染锰组结果与低剂量呈相反趋势。结论锰暴露可导致小鼠脑黑质细胞内ROS含量增加,低浓度锰能激活Nrf2,增加HO-1和NQO1表达,高浓度锰则会抑制Nrf2通路。     

砷暴露对小鼠脾脏炎症反应及Th1/Th2的影响

目的探讨慢性饮水砷暴露对小鼠脾脏的炎症反应及Th1/Th2细胞因子和转录因子表达的影响。方法将30只健康SPF级雌性昆明小鼠根据体重按照随机数字表分为对照组和25、50 mg/L NaAsO_2染毒组,每组10只。采用自由饮水方式染毒,染毒6个月后,测定小鼠脾脏组织中炎症因子IL-12和IL-6的mRNA水平。采用Real-time PCR方法分别检测脾脏Th1和Th2的转录因子T-bet、Gata3和细胞因子Ifn-γ、IL-4的mRNA表达水平。同时用Western blot法观察Nrf2、NQO1和GSTO1/2的蛋白表达水平。结果与对照组比较,随着染毒剂量的上升,各染毒组小鼠脾脏炎症因子IL-12和IL-6的mRNA水平均上升,除IL-12的25 mg/L剂量组外,差异均具有统计学意义(P0.05);各染毒组小鼠脾脏细胞因子Ifn-γ和IL-4的转录水平呈上升趋势;Nrf2及其调控的下游蛋白NQO1和GSTO1/2的表达水平明显增加。结论慢性砷暴露小鼠免疫器官脾脏的炎症相关因子IL-12和IL-6明显增加,同时上调Th1和Th2特异性细胞因子的表达水平,调节CD4~+T淋巴细胞亚群的分化,从而发挥对小鼠脾脏的免疫调节效应。     

镉暴露对HepG2细胞NRF2信号通路影响

目的 探讨镉暴露对HepG2细胞转录因子NF-E2相关因子2（NRF2）信号通路的影响。方法 采用甲臢比色法测定CdCl₂（0、1、2.5、5、10、25、50、100、200 μmol/L）处理24 h后,HepG2细胞活力变化;应用蛋白免疫印迹法检测CdCl₂（1、2、5、10、20 μmol/L）处理细胞6 h后,NRF2蛋白水平;采用RT-qPCR方法检测10 μmol/L CdCl₂处理细胞2、4、6、12、24 h后,GCLC、GCLM、HO1 和 AKR1C1 mRNA水平变化,检测CdCl₂（1、2、5、10、20 μmol/L）处理细胞6 h后,GCLC、GCLM、HO1和AKR1C1 mRNA水平变化。结果 HepG2细胞活力随镉处理剂量升高而降低（P<0.05）;与对照组（0.60±0.01）比较, 1、2、5、10、20 μmol/L镉处理组HepG2细胞NRF2蛋白表达水平[分别为（0.65±0.01）、（1.37±0.04）、（1.94±0.05）、（2.24±0.07）、（2.22±0.05）]均明显升高（P<0.05）;与对照组比较,镉处理6 h时,HepG2细胞内GCLC、GCLM、HO1和AKR1C1 mRNA水平[分别为（45.76±7.04）、（114.21±5.23）、（59.52±1.50）、（674.13±27.12）]明显升高（P<0.05）;与对照组比较,5 μmol/L镉处理组HepG2细胞内GCLC和GCLM mRNA水平[分别为（24.77±2.16）、（29.93±0.67）]升高,2 μmol/L镉处理组HepG2细胞内HO1和AKR1C1 mRNA水平[分别（28.55±2.02）、（186.32±12.63）]升高（P<0.05）。结论 镉暴露能激活HepG2细胞系中NRF2信号通路。     

饮水型砷暴露对人群甲基化代谢能力的影响

目的探讨饮水型砷暴露对人群甲基化代谢能力的影响。方法以带有砷化物预处理装置的原子吸收分光光度计测定砷暴露人群及无砷暴露对照人群血、尿中无机砷(iAs)、甲基胂(MMA)、二甲基胂(DMA)含量。以iAs、MMA及DMA的总和表示总胂(tAs)水平;以(MMA+DMA)/tAs及DMA/(MMA+DMA)分别计算一甲基化率(PMI)和二甲基化率(SMI)水平。结果砷暴露人群血中iAs、MMA、DMA、tAs及PMI水平均显著高于相应对照人群的水平,而SMI水平显著低于对照人群。尿中MMA水平分别与血中PMI及SMI水平呈显著正相关(r=0.419,P<0.01)及负相关(r=-0.326,P<0.05)。暴露组和对照组血中各种砷化物水平及甲基化率水平在男女间差异无显著性。结论砷暴露人群与无砷暴露人群相比甲基化率有差异,PMI显著增高,SMI显著降低。人群甲基化率无显著性别差异。     

核因子E2相关因子2在肝癌发生发展及治疗中作用的研究进展

近年来肝癌发病率逐年上升,其发生与环境因素密切相关。氧化应激是环境性癌症的主要发病机制之一。核因子E2相关因子2(nuclear factor erythroid 2-related factor 2,Nrf2)通过促进下游抗氧化基因及解毒酶基因表达,发挥抗氧化作用,可抑制肝癌发生。但最近的研究证据表明,肝癌中Nrf2处于高活性,且其抗氧化作用对癌细胞同样有保护作用。Nrf2持续活化介导的适应性抗氧化可参与肝癌细胞形成,促进癌症增殖、侵袭、血管形成,且参与肝癌的放化疗耐受性。该文对Nrf2在肝癌发生发展及治疗中的双重作用进行综述。     

溴氰菊酯及6-羟基多巴胺对PC12细胞Nrf2/ARE通路的影响

目的 研究溴氰菊酯和6-羟基多巴胺这两个物质对转录相关因子Nrf2及抗氧化反应元件ARE通路的影响和作用机制,以及二者之间的关联.方法 采用大鼠肾上腺嗜铬细胞瘤(PC12)为研究对象,应用不同浓度和作用时间的溴氰菊酯和6-羟基多巴胺分别作用PC12细胞后,采用逆转录PCR法检测Nrf2基因和γ谷氨酰半胱氨酸合成酶(GCS)基因的转录情况;同时采用Western blot法检测相关蛋白的表达水平.结果 溴氰菊酯能诱导转录相关因子Nrf2的表达,同时激活Nrf基因的下游基因GCS基因的表达,并且激活二者的蛋白表达水平.6-羟基多巴胺也能产生跟溴氰菊酯同样的作用效果.结论 溴氰菊酯与6-羟基多巴胺对PC12细胞的作用效果相同,二者同为Nrf/ARE传导通路的神经毒物.