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Nrf2/ARE信號通路在氟中毒引起氧化應(yīng)激反應(yīng)早期的抗氧化作用
氟斑牙和氟骨癥是嚴重危害世界健康的疾病，已越來越引起世界的關(guān)注。是世界上地方性氟中毒危害嚴重的國家，全國受累人數(shù)達 1 億多。氧化應(yīng)激是氟中毒損傷的重要機制。Nrf2/ARE信號通路在機體氧化應(yīng)激反應(yīng)的早期起著重要保護作用。在氟中毒早期，機體通過啟動Nrf2/ARE信號通路，使抗氧化酶表達上調(diào)，增加細胞對氧化應(yīng)激的抗性，達到清除自由基的目的。在氟中毒晚期，抗氧化酶活性下降，過多的自由基積聚在體內(nèi)，機體發(fā)生脂質(zhì)過氧化，丙二醛等脂質(zhì)過氧化物增多，使機體各大系統(tǒng)受損。因此，Nrf2/ARE信號通路在氟中毒引起的氧化應(yīng)激反應(yīng)的早期起著重要的抗氧化作用。氟中毒 氧化應(yīng)激 Nrf2/ARE信號通路 Nrf2-Keap1系統(tǒng) 脂質(zhì)過氧化
自從氟骨病、氟斑牙等疾病被發(fā)現(xiàn)后，氟中毒的發(fā)病機制已成為當(dāng)今研究的熱點之一。大量科學(xué)研究結(jié)果顯示，過量的氟可致機體抗氧化能力異常，并提出氧化應(yīng)激是氟中毒損傷的一個重要機制。隨著研究的深入，高氟與基因表達、信號傳導(dǎo)和細胞凋亡的關(guān)系受到高度重視。本文就近年來氟中毒的氧化應(yīng)激機制和Nrf2/ARE信號通路在氟中毒早期的抗氧化作用的研究做如下綜述。
1 氟中毒氧化應(yīng)激機制的研究進展
氧化應(yīng)激是氟中毒[1-3]損傷的重要機制。很多國內(nèi)外動物試驗和氟中毒病區(qū)的調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)，氟中毒時，抗氧化酶如超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化氫酶（CAT）和谷胱甘肽S轉(zhuǎn)移酶（GSTs）等指標(biāo)活性下降，而活性氧自由基、脂質(zhì)過氧化物等指標(biāo)[4,5]含量上升。氟離子與抗氧化酶的活化中心結(jié)合[5,6]，抑制酶的活性，導(dǎo)致機體氧化與抗氧化失衡，使活性氧增多，導(dǎo)致氧化應(yīng)激的發(fā)生。線粒體是氟中毒攻擊的靶目標(biāo)。線粒體是活性氧產(chǎn)生的主要地方。氟通過攻擊線粒體使活性氧產(chǎn)生增多[5]。活性氧損傷細胞膜磷脂分子發(fā)生脂質(zhì)過氧化。活性氧可以使NO合成增加，誘導(dǎo)細胞凋亡[5,7]，增多的NO又可以使活性氧產(chǎn)生增加。因此，氟中毒損傷與活性氧的產(chǎn)生、抗氧化酶活性的降低以及NO的產(chǎn)生密切相關(guān)。
2 Nrf2-Keap1系統(tǒng)和Nrf2/ARE信號通路
Nrf2-Keap1是機體重要的氧化應(yīng)激系統(tǒng)。
Nrf2是轉(zhuǎn)錄因子CNC家族成員之一，存在于很多組織中，尤其是肝、腎等能夠解毒的組織中[8-10]。蛋白Keap1有25-27個半胱氨酸，這些半胱氨酸可以感知細胞內(nèi)氧化還原狀態(tài)的改變，并通過改變Nrf2-Keap1結(jié)合狀態(tài)來開啟或關(guān)閉Nrf2/ARE信號通路[8,9,11,12]。
正常情況下，同源二聚體Keap1的兩個DGR分別與Nrf2的模體DLG和ETGE結(jié)合，Nrf2被Cul3復(fù)合物泛素化并被蛋白酶降解，Nrf2處于失活狀態(tài)[9,11,12]。
當(dāng)細胞處于氧化應(yīng)激狀態(tài)時，二聚體Keap1的一個DGR與低親和力DLG模體的結(jié)合斷開，Nrf2-Keap1-Cul3復(fù)合物構(gòu)型改變使Nrf2不能被泛素化和降解。DGR與低親和力的DLG模體結(jié)合斷開的機制有兩個假說：1.親試劑[9]攻擊keap1的半胱氨酸，使Keap1發(fā)生構(gòu)象改變，干擾Keap1-Keap1和Keap1-Cul3的相互作用;2.通過PKC，MAPK和PERK等途徑使Nrf2磷酸化，干擾Nrf2-Keap1的相互作用[9,10,13]。增多Nrf2通過其上的NLS游離至核內(nèi)，與小Mafs蛋白形成異二聚體，并協(xié)同轉(zhuǎn)錄因子CBP與抗氧化反應(yīng)元件ARE結(jié)合，啟動Nrf2/ARE信號通路，上調(diào)ARE調(diào)控的抗氧化酶及二相解毒酶基因表達，增加細胞對氧化應(yīng)激的抗性，達到清除自由基的目的[9,11,12,14]。
當(dāng)細胞恢復(fù)正常時，Keap1進入核內(nèi)，與核內(nèi)Nrf2形成Nrf2-Keap1復(fù)合物，并通過Keap1上的NES轉(zhuǎn)運出核外，Nrf2/ARE信號通路終止[8]。
3 Nrf2/ARE信號通路在氟中毒早期的作用
在氟中毒的早期，氟離子攻擊keap1的半胱氨酸，使Keap1的構(gòu)象發(fā)生改變，增多的Nrf2游離至細胞核內(nèi)，啟動Nrf2/ARE信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，使體內(nèi)SOD、CAT和GSTs等含量增加[13,15,16] ，增加機體抗氧化作用，以代償早期氟中毒對機體的損傷。
在氟中毒晚期，機體內(nèi)SOD、CAT和GSTs等活性下降，丙二醛等脂質(zhì)過氧化物增多，機體氧化和抗氧化平衡破壞，導(dǎo)致氟斑牙和氟骨癥等疾病的發(fā)生[17]。抗氧化酶活性降低可能與以下因素有關(guān)：1.氟作為競爭抑制劑，與抗氧化酶的活性中心結(jié)合，如SOD的活性中心有Cu、Fe和Mn，CAT的活性中心有Fe，使酶活性降低[14,15]。2.過量氟是一種原生質(zhì)毒物，又是一種強烈的酶類毒物，能抑制很多酶，影響機體的代謝過程。3.氟離子能夠損傷DNA[19]，抑制蛋白質(zhì)合成。4.氟引起自由基增多，引發(fā)脂質(zhì)過氧化反應(yīng)，脂質(zhì)過氧化的中間產(chǎn)物能直接使SOD、CAT和GSTs活性下降。
4 結(jié)語
Nrf2/ARE信號通路在氟中毒早期起到重要的抗氧化作用。機體通過Nrf2/ARE信號通路，使抗氧化酶表達上調(diào)，增加細胞對氧化應(yīng)激的抗性，達到清除自由基的目的。在氟中毒晚期，抗氧化酶活性和含量下降，對此有很多假說。氟離子是細胞毒物，氟離子依次通過細胞膜和核膜，破壞ARE，使Nrf2不能與ARE結(jié)合，使抗氧化酶表達下調(diào)，抗氧化系統(tǒng)功能下降，自由基積累增多，機體發(fā)生氧化應(yīng)激。過多的活性氧自由基使膜磷脂發(fā)生脂質(zhì)過氧化，破壞生物膜，更多的氟離子進入核內(nèi)。丙二醛等脂質(zhì)過氧化物對DNA和蛋白質(zhì)有直接損傷作用，破壞ARE序列，使抗氧化酶表達進一步下調(diào)。究竟氟中毒晚期Nrf2/ARE信號通路將怎樣變化，及其在氟中毒過程中的作用，尚需做更深入的研究。 參 考 文 獻
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