Keap1-Nrf2信號通路對再生肝細胞周期的調控.pdf

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

2、氧化應激反應出現(xiàn)時,Keap1作為一個氧化還原反應的傳感器,它末端敏感的半胱氨酸殘基被氧化還原反應產生的高效分子(比如親電子試劑)所修飾,導致其構象發(fā)生變化,從而使Nrf2從泛素結合區(qū)脫落,進入細胞核內,與它的配體蛋白(如小Maf蛋白)形成異二聚體,依次轉錄激活一組基因,編碼細胞保護分子,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激反應,使細胞的內穩(wěn)態(tài)得以恢復。隨后,Keap1轉位進入細胞核內,與Nrf2一起出核并

3、使Nrf2在胞漿內持續(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生相互作用,Nrf2的活性也能夠在轉錄水平或者通過磷酸化而被調控,這提示它們在不同的生物學和病理學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激介導的胰島素/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胞增殖的調節(jié)。然而Keap1/Nrf

4、2信號通路是怎樣調控肝細胞增殖的過程目前并不清楚,也沒有相關系統(tǒng)研究的報道。
　　目的:我們研究的目的是進一步深入探討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制肝細胞的細胞周期進程,以及如果參與其中,是通過怎樣的方式進行調控。
　　方法:利用Keap1+/+和Keap1+/-小鼠,以及Nrf2+/+和Nrf2-/-小鼠進行2/3肝部分切除術(partial

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

6、等位體敲除導致再生肝臟c-Met和EGFR的磷酸化減少,Akt1和p70SP6K活性異常調節(jié),以及CyclinA2、CyclinB1表達異常引起。令人驚訝的是,我們發(fā)現(xiàn)在 PH后肝細胞復制的第一個回合內,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胞氧化還原反應的嚴重破壞以及再生肝臟肝細胞周期的

7、異常調節(jié),這兩者密切相關。
　　雖然在PH術后7天缺損的肝組織最終可以被修復,但是Nrf2-/-小鼠的肝臟再生表現(xiàn)遲緩。在 PH術后肝細胞復制的第一個波型內,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通路的異常調節(jié),從而引起肝細胞有絲分裂的延遲。值得注意的是,在PH后60 h,絕大多數(shù)缺乏Nrf2的肝細胞明顯變小,肝細胞祖細胞標記物(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鍵作用的基因表達下降,這些變化伴隨著p70S6K的滅活。因此,缺乏Nrf2表達的肝細胞經歷了暫時而廣泛的去分化,作為對肝組織缺失的反應。
　　結論: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節(jié)作用。在肝細胞再生過程中,Keap1表達精密的調控肝細胞的增殖,使細胞能夠順利的進入并通過S期,展現(xiàn)出有絲分裂的節(jié)律。Nrf2對于復制的肝細胞及時地進入M期以及對新生的肝細