Keap1-Nrf2信號通路對再生肝細(xì)胞周期的調(diào)控.pdf

1、引言:Keap1(Kelch-like epichlorohydrin-associated protein1)和轉(zhuǎn)錄因子NF-E2相關(guān)因子2(nuclear factor-E2-related factor2,Nrf2)形成一個Keap1/Nrf2信號通路,使細(xì)胞能夠抵御一系列內(nèi)在的和外來的損害。在生理狀態(tài)下,細(xì)胞質(zhì)內(nèi)的Keap1通過一個含有E3的Cul3泛素連接酶的泛素連接作用與Nrf2相結(jié)合,使Nrf2作為目標(biāo)被蛋白體酶所降解。當(dāng)

2、氧化應(yīng)激反應(yīng)出現(xiàn)時,Keap1作為一個氧化還原反應(yīng)的傳感器,它末端敏感的半胱氨酸殘基被氧化還原反應(yīng)產(chǎn)生的高效分子(比如親電子試劑)所修飾,導(dǎo)致其構(gòu)象發(fā)生變化,從而使Nrf2從泛素結(jié)合區(qū)脫落,進(jìn)入細(xì)胞核內(nèi),與它的配體蛋白(如小Maf蛋白)形成異二聚體,依次轉(zhuǎn)錄激活一組基因,編碼細(xì)胞保護(hù)分子,包括解毒酶、谷胱甘肽合成酶、抗氧化蛋白等。這些分子共同對抗氧化應(yīng)激反應(yīng),使細(xì)胞的內(nèi)穩(wěn)態(tài)得以恢復(fù)。隨后,Keap1轉(zhuǎn)位進(jìn)入細(xì)胞核內(nèi),與Nrf2一起出核并

3、使Nrf2在胞漿內(nèi)持續(xù)被蛋白酶降解,Nrf2水平下降,激活終止。此外,Keap1能夠和其它蛋白之間產(chǎn)生相互作用,Nrf2的活性也能夠在轉(zhuǎn)錄水平或者通過磷酸化而被調(diào)控,這提示它們在不同的生物學(xué)和病理學(xué)過程中具有獨立的功能和作用。
　　有報道指出,Nrf2缺失可使再生的肝臟由于氧化應(yīng)激介導(dǎo)的胰島素/類胰島素生長因子抵抗和Notch1信號減弱而引起損傷。這些少量的研究指出Nrf2參與了肝再生過程中肝細(xì)胞增殖的調(diào)節(jié)。然而Keap1/Nrf

4、2信號通路是怎樣調(diào)控肝細(xì)胞增殖的過程目前并不清楚,也沒有相關(guān)系統(tǒng)研究的報道。
　　目的:我們研究的目的是進(jìn)一步深入探討Keap1/Nrf2信號通路在肝再生過程中的作用,特別是要明確Keap1/ Nrf2通路是否參與肝再生過程中復(fù)制肝細(xì)胞的細(xì)胞周期進(jìn)程,以及如果參與其中,是通過怎樣的方式進(jìn)行調(diào)控。
　　方法:利用Keap1+/+和Keap1+/-小鼠,以及Nrf2+/+和Nrf2-/-小鼠進(jìn)行2/3肝部分切除術(shù)(partial

5、 hepatectomy,PH),并且在手術(shù)后多個時間點利用免疫組織化學(xué)、免疫熒光、qRT-PCR、Western blotting等方法,對肝細(xì)胞增殖、細(xì)胞周期蛋白、促有絲分裂信號分子的功能狀態(tài)、肝氧化還原狀態(tài)等方面進(jìn)行評估。
　　結(jié)果:Keap1基因單等位體敲除可以引起復(fù)制的肝細(xì)胞進(jìn)入 S期延遲,進(jìn)而擾亂S期進(jìn)程,以及有絲分裂的節(jié)律性喪失,但并不會對肝臟切除術(shù)后整體的肝細(xì)胞再生過程產(chǎn)生影響。這些現(xiàn)象的產(chǎn)生是由于Keap1基因單

6、等位體敲除導(dǎo)致再生肝臟c-Met和EGFR的磷酸化減少,Akt1和p70SP6K活性異常調(diào)節(jié),以及CyclinA2、CyclinB1表達(dá)異常引起。令人驚訝的是,我們發(fā)現(xiàn)在 PH后肝細(xì)胞復(fù)制的第一個回合內(nèi),Keap1+/+小鼠再生肝臟在G1/S期交界處展現(xiàn)出一個非常明顯的氧化還原反應(yīng)起伏波型,隨后在S期出現(xiàn)兩個附加的逐漸減弱的波型,同時Nrf2并沒有被激活。Keap1基因單等位體敲除引起肝細(xì)胞氧化還原反應(yīng)的嚴(yán)重破壞以及再生肝臟肝細(xì)胞周期的

7、異常調(diào)節(jié),這兩者密切相關(guān)。
　　雖然在PH術(shù)后7天缺損的肝組織最終可以被修復(fù),但是Nrf2-/-小鼠的肝臟再生表現(xiàn)遲緩。在 PH術(shù)后肝細(xì)胞復(fù)制的第一個波型內(nèi),Nrf2缺乏造成肝再生過程中過多的Cyclin A2蛋白積聚以及Wee1/Cdc2/Cyclin B1通路的異常調(diào)節(jié),從而引起肝細(xì)胞有絲分裂的延遲。值得注意的是,在PH后60 h,絕大多數(shù)缺乏Nrf2的肝細(xì)胞明顯變小,肝細(xì)胞祖細(xì)胞標(biāo)記物(CD133,TWEAK受體和trefo

8、il家族蛋白3)被激活,使一組對它們功能起關(guān)鍵作用的基因表達(dá)下降,這些變化伴隨著p70S6K的滅活。因此,缺乏Nrf2表達(dá)的肝細(xì)胞經(jīng)歷了暫時而廣泛的去分化,作為對肝組織缺失的反應(yīng)。
　　結(jié)論:我們證實了Keap1/Nrf2信號通路在肝再生過程中具有非常重要的調(diào)節(jié)作用。在肝細(xì)胞再生過程中,Keap1表達(dá)精密的調(diào)控肝細(xì)胞的增殖,使細(xì)胞能夠順利的進(jìn)入并通過S期,展現(xiàn)出有絲分裂的節(jié)律。Nrf2對于復(fù)制的肝細(xì)胞及時地進(jìn)入M期以及對新生的肝細(xì)