外界刺激(如药物、紫外线和电离辐射)和内源性自由基和活性氧(ROS)会直接或者间接地损伤蛋白质、脂质和DNA等细胞成分，为了抵御这些不利影响，机体形成了一套复杂的氧化应激应答系统来缓解细胞所受的损害。而Nrf2，作为调控抗氧化应激的一种关键转录因子，在诱导机体的抗氧化应答中起着重要作用，如调节氧化还原平衡、药物代谢和排泄、能量代谢、铁代谢、氨基酸代谢、生存、增殖、自噬、蛋白酶体降解、DNA修复和线粒体生理机能。另外，Keap1-Nrf2系统已成为癌症和神经退行性疾病以及许多自身免疫和炎性疾病的重要治疗靶点。
Nrf2的自我介绍：大家好，我是Nrf2~我是Capncollar(CNC)转录因子家族成员，我的“身体”由七个Neh域(Nrf2ECH同源结构域)组成，每个域具有不同的功能，如Neh1CNC-bZIP域负责与smallMaf(sMAF)蛋白结合和二聚化；Neh2结构域通过DLG和ETGE基序介导与Keap1的相互作用；Neh4、Neh5和Neh3域对于Nrf2的反式激活非常重要；Neh6结构域是一个富含丝氨酸的区域，可调节我的稳定性。大家猜猜，我是怎么被激活的呢？
图1.Nrf2及Keap1蛋白结构域[2]
Nrf2的激活“大戏”
1、经典途径——Keap1-Nrf2途径
说到Nrf2的经典激活机制，不得不提一提Nrf2老搭档——Keap1(KelchECH相关蛋白1)。Keap1是一种Cullin3(Cul3)依赖性的E3泛素连接酶复合物的底物衔接蛋白，可与Cul3和Rbx1组装成功能性E3泛素连接酶复合物(Keap1-Cul3-E3)，进而对Nrf2进行调控。Keap1含有三个功能域，包括一个BTB结构域，一个IVR和一个Kelch或DGR结构域。BTB结构域结合Cul3，是Keap1二聚化所必需的。Kelch/DGR结构域可与上面提到的ETGE和DLG基序相互作用，这对于维持Nrf2和Keap1之间的相互作用至关重要。IVR连接了BTB和Kelch/DGR结构域，含有一些可调节Keap1的活性的半胱氨酸残基。
在正常的生理条件下，Keap1-Cul3-E3泛素连接酶靶向位于Nrf2N端的Neh2结构域(位于DLG和ETGE基序之间)的多个赖氨酸残基，并促进泛素化，随后泛素化的Nrf2被递送至26S蛋白酶体进行降解。[PS
LG和ETGE与Keap1中的Kelch域相互作用，一般称为“铰链和闩锁”(Hinge-and-latchmodel)模型]。
图2.Nrf2信号传导经典途径[9]
而暴露于ROS、亲电胁迫会使Keap1中特定的半胱氨酸残基被修饰，引起Keap1-Cul3-E3泛素连接酶的构象变化，干扰Nrf2泛素化，随后Nrf2易位至细胞核，通过与sMAF蛋白的异二聚化作用结合到靶基因的ARE/EpRE(抗氧化反应元件/亲电响应元件)，诱导一系列细胞保护性基因表达，如NQO1、GST、HMOX1、GCL、GSH等。
2、非经典途径——自噬-溶酶体途径
除Keap1-Nrf2途径外，Nrf2激活的非典型机制，即自噬-溶酶体途径是由自噬功能障碍驱动的，自噬-溶酶体途径在介导氧化应激中也起关键作用。自噬是一种严格调控的细胞降解途径，负责清除受损的蛋白质和细胞器，包括氧化受损的蛋白质和功能异常的线粒体，自噬可以是非选择性的，也可以是选择性的。p62/SQSTM1(以下称p62)是一种选择性自噬的经典受体，用于降解泛素化的底物。p62参与许多信号转导途径，其中包括Keap1-Nrf2途径。
图3.Nrf2信号传导非经典途径[16]
自噬功能障碍(如Atg5、Atg7缺失，**物环境等引起)则会导致自噬衔接蛋白的p62的积累。由于p62是能与许多蛋白相互作用的多域蛋白，它的积累会导致许多结合蛋白的隔离和功能丧失，包括Keap1。研究表明，p62与Nrf2竞争结合Keap1，这种相互作用使p62可以将Keap1螯合到自噬体中，从而阻止了Keap1介导的Nrf2降解，导致Nrf2通路激活。
Nrf2在癌症中的两面做派
在生理条件下，Nrf2维持细胞的氧化还原稳态，并发挥抗炎功能和进一步的抗癌活性，从而支持细胞存活。因此，Nrf2的激活在癌症化学预防中很重要。但是，Nrf2的过度活化也会赋予癌细胞多种优势，比如保护癌细胞免于凋亡和衰老，促进细胞生长，介导癌细胞对化疗和放疗的抗性等。
图4.Nrf2在癌症发生和发展中的双重作用[14]
1、Nrf2的阳光面——激活抑制肿瘤发生
Nrf2-Keap1途径的激活是抗肿瘤发生的最重要机制之一。通过靶向Nrf2/ARE途径来调控基因，进而发挥化学预防作用的一些化合物，不仅包括合成化合物如Oltipraz，还有一些植物来源的化合物，例如Sulforaphane、Curcumin、Resveratrol等。
2、Nrf2的阴暗面——组成型激活促进癌症的发展
一些研究表明在各种癌症中Nrf2信号通路组成性激活会促进癌细胞的生长和增殖，阻止细胞凋亡，增强癌症干细胞(CSC)的自我更新能力，更重要的是，可增强癌细胞的化学耐药性和放射抗性。因此，阻断Nrf2信号是一种有前途的癌症治疗方法，特别是对于Nrf2水平升高的癌症。靶向Nrf2的抑制剂也有很多，比如Brusatol、ML、Luteolin、OchratoxinA、Retinoicacid(ATRA)、Trigonelline等。
另外，据报道有几种机制可增强癌症中Nrf2的活性，如(1)体细胞的KEAP1、CUL3或Nrf2突变；(2)Keap1的表观遗传沉默；(3)破坏Nrf2和Keap1之间相互作用的蛋白质异常积累，如改变Nrf2-Keap1结合的p21、p62；(4)通过癌基因依赖性信号传导导致的Nrf2转录上调，如癌基因K-Ras通过Mek-Erk-Jun信号通路激活Nrf2转录；(5)通过代谢中间体修饰Keap1等。
总而言之，Nrf2的激活在癌症中作用是双重的。为了预防氧化和炎症应激导致的慢性疾病和癌症，增强Nrf2的活性仍然是一种传统而有效的方法。但Nrf2在各种癌症中的组成性激活又会促进癌细胞增殖并导致癌细胞的化学抗性、放射抗性。因此，想知道Nrf2的激活是否会导致癌症，如何靶向Nrf2(直接或间接抑制上游蛋白激酶)，以及对Keap1结构进一步确定，还需要大家继续努力搞科研啦！
Nrf2激活剂
Sulforaphane可以激活Nrf2，并通过AMPK依赖性信号传导抑制高糖诱导的胰腺癌。
Curcumin乙酰转移酶p/CREB结合蛋白特异性抑制剂；通过Keap1半胱氨酸修饰诱导Nrf2蛋白的稳定。
TBHQ广泛使用的Nrf2激活剂，通过激活Nrf2来免受Doxorubicin(DOX)诱导的心脏*性。
Resveratrol天然多酚，具有抗氧化、抗炎、保护心脏和抗癌的特性。它的靶点广泛，例如mTOR、JAK、β-amyloid、Adenylylcyclase、IKKβ、DNApolymerase，也是Nrf2激活剂。
Oltipraz一种HIF-1α激活抑制剂，也是强效的Nrf2激活剂。
Carnosol一种有效的核糖体S6激酶(RSK2)抑制剂；Nrf2激活剂，能提高细胞核内Nrf2的水平。
Nrf2抑制剂
Brusatol可抑制Nrf2，通过一种不依赖于Keap1、蛋白酶体和自噬蛋白降解系统的机制激发Nrf2的消耗。
Luteolin有效的Nrf2抑制剂，具有抗炎和抗癌特性。
RetinoicacidRAR核受体的天然激动剂，对RARα/β/γ作用的IC50为14nM；可以通过激活视*酸受体抑制Nrf2。
Trigonelline有潜在抗糖尿病活性的生物碱；有效的Nrf2抑制剂，能阻断Nrf2依赖性的蛋白酶体活性。
缩写：BTBdomain:Broad
