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    Nrf2作為風濕性疾病的治療靶點

    發表于:2020-03-25   作者:admin   來源:本站   點擊量:4662

    摘要:Nrf2是細胞保護過程的主要調節因子。 風濕性疾病是以炎癥,疼痛,組織損傷和功能限制為特征的慢性病癥。主要的例子是類風濕性關節炎,系統性紅斑狼瘡,骨關節炎和骨質疏松癥。他們的高患病率構成了一個重大的健康問題,具有重要的社會和經濟影響。大量證據表明,Nrf2可以控制風濕病癥的病理生理學中涉及的不同機制。因此,Nrf2的適當表達和平衡對于調節氧化應激,炎癥,免疫應答以及軟骨和骨代謝是必需的。大量研究表明,Nrf2缺乏會加重實驗模型中的疾病,而Nrf2激活會導致免疫調節和抗炎作用。這些報告強化了對Nrf2藥理學調節及其潛在應用的興趣。然而,大多數Nrf2誘導物是親電子分子,其可能表現出脫靶效應。近年來,人們尋求新的策略來調節Nrf2通路,Nrf2已成為風濕病的治療靶點。

    關鍵詞:Nrf2,風濕病,類風濕性關節炎,系統性紅斑狼瘡,骨關節炎,骨質疏松癥
     
    1. 引言
    Nrf2途徑參與許多抗氧化,抗炎和細胞保護基因的調節。激活這一有助于解毒和保護過程的信號通路,鼓勵了對其潛在的健康益處和治療應用的大量研究。Nrf2是CNC-bZIP(Cap'n'collar-basic region亮氨酸拉鏈)轉錄因子[1]。在無應激條件下,Nrf2與細胞溶質抑制劑Kelch樣ECH相關蛋白1(Keap1)結合,與Cullin-3 E3泛素連接酶復合物[2]結合,后者靶向Nrf2進行蛋白酶體降解。Nrf2含有兩個Keap1結合基序,ETGE和DLG。 Keap1是Nrf2的主要調節因子,是氧化和異生生物應激的傳感器。 在基礎細胞內氧化還原條件下,Keap1驅動Nrf2調節,但在存在細胞應激的情況下,Nrf2可以通過Keap1依賴性和非依賴性機制調節[3]。Nrf2在細胞核中積累并與靶基因啟動子中的抗氧化劑 - 反應元件(ARE)位點結合,作為具有小肌肉腱膜纖維肉瘤(sMaf)蛋白的異二聚體(圖1)。此外,據報道,Nrf2與c-Jun等蛋白質形成異二聚體,激活轉錄因子4,依賴于細胞類型和刺激[4,5]。Nrf2靶向的基因包括參與谷胱甘肽,血紅素和鐵代謝,藥物代謝和轉運的合成和綴合的基因,以及抗氧化蛋白,酶和轉錄因子。Nrf2對于II期解毒酶和抗氧化蛋白的轉錄誘導至關重要,它們代表了主要的防御機制。例如,谷胱甘肽還原酶,谷胱甘肽S-轉移酶,γ-谷氨酰半胱氨酸合成酶,NAD(P)H:醌氧化還原酶-1(NQO1)和血紅素加氧酶-1(HO-1)(綜述于[6])。
    氧化劑和親電子試劑修飾Keap1半胱氨酸殘基,導致該蛋白質的構象變化,導致Nrf2多泛素化停止。然后,Nrf2易位至細胞核以啟動靶基因的轉錄[7,8]。 由糖原合成酶激酶3(GSK-3)介導的磷酸化為含有E3泛素蛋白連接酶(β-TrCP)的E3連接酶銜接子β-轉導素重復序列產生識別基序,從而導致Nrf2泛素依賴性蛋白酶體降解的替代途徑[3]]。
    Nrf2可由p300/cAMP反應元件結合蛋白(CREB)結合蛋白(CBP)[9]乙?;{控。因此,Nrf2的乙?;饔脤е屡cARE結合并激活基因轉錄,而去乙?;饔冕尫潘鼘е罗D錄終止和核輸出[10]。Nrf2乙?;山M蛋白乙酰轉移酶和組蛋白脫乙酰酶(HDACs)的相對活性決定[9]。 Bach蛋白與sMaf蛋白二聚化,這些復合物與Nrf2-sMaf競爭。 特別是,Bach1通過激活和抑制轉錄活性,調節氧化應激反應,抑制HO-1[11]發揮重要作用。
     

    圖1.  Nrf2激活:a)基礎條件; b)親電試劑或氧化應激激活; c)核轉位和基因轉錄。 ARE,抗氧化反應元素; GST,谷胱甘肽-S-轉移酶; HO-1,血紅素加氧酶-1; Keap-1,Kelch樣ECH相關蛋白1; MAPK,絲裂原活化蛋白激酶; NQO1,NAD(P)H:醌氧化還原酶-1; PI3K磷酸肌醇3-激酶; PKC,蛋白激酶C; sMaf,小肌肉腱膜纖維肉瘤; Ub,泛素。
     
    風濕性疾病是影響肌肉骨骼系統的慢性病。關節炎和相關疾病引起炎癥、關節的變化,、痛以及運動和功能的限制。這些條件對受影響人的工作能力和生活質量產生深遠影響。在工業化的世界中,風濕性疾病影響的個體比任何其他疾病群體都要多(歐洲風濕病聯盟:www.eular.org和美國風濕病學會:www.acr.org),并構成一個重要的社會和經濟健康問題影響。隨著人口老齡化,與這些條件有關的負擔預計會在不久的將來增加。
    近年來,有幾個證據支持Nrf2不僅在氧化應激中起調節作用,而且在炎癥,免疫和軟骨以及骨代謝中發揮調節作用的觀點。許多體外和體內研究的結果已經提出Nrf2活化可以控制涉及風濕病癥的病理生理學的不同過程和介質。一些相關的實例可以是類風濕性關節炎(RA),系統性紅斑狼瘡(SLE),骨關節炎(OA)和骨質疏松癥。 本評論的目的是將Nrf2作為這些疾病的新治療靶點。
     
    2. Nrf2調節炎癥和免疫反應
    大量證據表明,Nrf2在炎癥調節以及先天性和適應性免疫應答中起重要作用。Nrf2和抗氧化劑下游靶標對氧化還原活性的控制可能在NLR家族的激活中發揮作用,該家族包含含有3(NLRP3)炎性體的pyrin結構域。NLRP3參與穩態和組織修復,盡管其失調導致炎癥和退行性疾病[12]。細胞溶質炎性體復合物的激活導致炎癥性半胱天冬酶活化,導致白細胞介素(IL)-1β和IL-18的分泌主要發生在單核細胞/巨噬細胞和樹突細胞(DC)中[13]。增加NLRP3炎性體活性是自身炎癥和自身免疫疾病的關鍵特征[14],并且最近已提出Nrf2作為NLRP3相關疾病的治療性調節的潛在靶標[15]。
    然而,小鼠的Nrf2缺乏導致NLRP3的活化缺陷,并且在用各種刺激物(包括尿酸單鈉和非結晶劑)處理后骨髓巨噬細胞中的黑色素瘤2(AIM2)炎性體中不存在[16]。 相反,據報道Nrf2是轉錄水平上NLRP3表達的抑制劑,因此,Nrf2激活抑制THP1細胞中脂多糖誘導的NLRP3產生[15]。 這些相互矛盾的發現清楚地強調了研究Nrf2與炎性體相互作用所涉及的精確分子機制的必要性。
    Nrf2不僅通過氧化還原控制抑制炎癥,還下調促炎細胞因子,趨化因子,粘附分子和酶。 Nrf2和HO-1已顯示出控制炎性細胞遷移的能力,炎癥細胞是慢性炎癥發展的關鍵過程。 粘附分子和基質金屬蛋白酶(MMP)表達的抑制可以介導這些抗炎作用[17,18]。
    Nrf2活性對于控制有助于消除炎癥過程的細胞機制至關重要。 為此,Nrf2通過多種分子相互作用與核因子-κB(NF-κB)相互作用(綜述見[19])。IκB激酶(ikkβ)對NF-κB抑制劑(IκBα)的磷酸化導致IκBα降解,導致核易位和NFκB的DNA結合。氫過氧化物可通過幾種機制調節NF-κB的活化。例如,在基礎氧化還原條件下,Keap1負責IKKβ泛素化和降解,但在氧化劑存在下,Keap1被抑制并且NF-κB可被激活[20]。Nrf2通過與Keap1相互作用降低NF-κB活化。 此外,Nrf2可與sMaf蛋白MafK相互作用。 該蛋白質增強了p65的乙?;?,從而增強了NF-κB的DNA結合活性。 因此,Nrf2可能維持低水平的MafK,避免過度的p65乙?;痆21]。
    Nrf2在其近端啟動子中含有幾個κB位點,其受p50和p65的調節。 反過來,NF-κB可能在Nrf2活性的調節中起雙重作用。 NF-κB活化誘導細胞如人單核細胞和急性髓細胞白血病細胞中的Nrf2表達,導致Nrf2依賴性抗氧化防御反應的激活增強,但它也可通過幾種機制抑制Nrf2,如競爭轉錄共激活因子p300/ CBP。 此外,NF-κB增加HDAC3向ARE區的募集,從而阻止Nrf2轉錄激活[18]。
    Nrf2激活通過誘導巨噬細胞中前列腺素(PG)D合酶的表達促進炎癥消退,導致PGD2 / 15-脫氧-δ(12,14) - 前列腺素J2(15dPGJ2)的快速產生,維持正反饋回路限制炎癥反應。 已經顯示15d-PGJ2激活Nrf2,導致巨噬細胞中CD36和HO-1的誘導,以促進吞噬細胞增多和炎癥的消退[22]。Nrf2缺陷誘導某些小鼠品系的自身免疫表型,并增加對自身免疫疾病發展的易感性[23],而Nrf2激活與這些病癥的減弱有關[17,24]。Nrf2失調時,氧化組織損傷和凋亡可增加自身抗原的產生,導致T細胞活化,B細胞產生自身抗體。此外,II相酶的缺失會導致反應中間體的穩態升高,因為它們無法被移除。這可以促進免疫細胞的活化。由于Nrf2是細胞對環境應激[8]反應的主調節因子,因此Nrf2的激活可能對自身免疫性發病的環境因素具有保護作用。
    Nrf2介導的自身免疫功能調節可能涉及抑制促炎性T輔助細胞(Th)1和Th17細胞反應,以及增強抗炎Th2,調節性T細胞(Treg)和調節性B細胞功能(圖2)。 此外,Nrf2可以控制DC和巨噬細胞的分化和功能。 Nrf2缺乏通過增加共刺激分子表達和增強未成熟細胞[25]抗原特異性T細胞刺激能力改變DC的功能和表型。
    Nrf2對T細胞功能的影響是復雜的。 Nrf2的破壞限制了谷胱甘肽的可用性,導致抑制抗原誘導的CD8 + T細胞增殖和功能[26]。 相反,Nrf2激活抑制Th1細胞因子,干擾素γ(IFN-γ)和腫瘤壞死因子α(TNFα)的分泌,促進IL-2的早期產生[27]并使CD4 + T細胞向Th2分化傾斜[28]。 近年來,聚類規則間隔短回環(CRISPR)技術已被應用于人原發性T細胞的體外Keap1編輯,以實現Nrf2的激活,增強抗炎和免疫抑制功能[29]。
    抑制炎癥介質的轉錄可能有助于Nrf2激活在自身免疫疾病中的治療效果。 似乎HO-1誘導可能有助于Nrf2激活的免疫抑制能力。已知HO-1和CO降低抗原呈遞細胞(例如DC和巨噬細胞)的能力,以識別病原體相關的分子模式,從而抑制抗原呈遞和促炎細胞因子的產生[19]。 還發現HO-1活性調節T細胞的增殖能力,T細胞和自然殺傷細胞的效應功能以及Treg的抑制功能[30]。
    Nrf2的免疫調節作用與控制氧化應激和II期酶、谷胱甘肽水平或NF-κB激活有關[19]。盡管如此,一些數據表明了其它機制的作用,如p38-CREB/激活轉錄因子1(ATF1)在DCs中的信號軸[25]或RNA聚合酶II募集中斷,從而抑制巨噬細胞中的IL-6和IL-1β轉錄[17]。
     
     

    圖2. 通過Nrf2調節免疫應答。 藍色:增強; 紅色:抑制(DC,樹突狀細胞; NK,自然殺傷細胞; Th,T輔助細胞; Treg,T調節細胞。)
     
    3. 類風濕關節炎(RA)
    RA是一種慢性自身免疫疾病,其特征在于滑膜增生,免疫細胞浸潤和軟骨和骨的降解。中性粒細胞,巨噬細胞和淋巴細胞的激活和遷移導致促炎介質如氧化劑,類二十烷酸,細胞因子(IL-17,TNFα,IFN-γ,IL-6和IL-1β)和分解代謝酶的產生增加,伴隨滑膜成纖維細胞過度增殖[31]。這導致關節腫脹和軟骨和骨的進行性破壞。過量的氧化劑生成可能有助于RA的發病機制。事實上,RA患者的脂質過氧化,蛋白質氧化和DNA損傷顯著增加,這與抗氧化防御系統的活性降低有關,這可能導致組織損傷和疾病的持續存在[32]。作為對氧化應激的反應,Nrf2表達在RA患者的滑膜細胞中以及在抗體誘導的關節炎小鼠的關節中被激活,盡管這種反應不足以抵抗關節炎進展[33]。事實上,RA患者亞組中Nrf2 / HO-1的基因表達增強與更嚴重的疾病狀態有關,滑膜成纖維細胞,巨噬細胞,淋巴細胞和其他細胞中潛在的細胞凋亡缺乏可能導致RA的持續存在[34]。
    Nrf2缺陷增強實驗性RA模型中的關節改變。在K / BxN血清轉移性關節炎和抗體誘導的關節炎中,Nrf2缺失加速了發病率并加重了疾病,伴有重要的炎癥和病變[33,35]。Nrf2缺乏顯著上調氧化應激,細胞遷移,環氧合酶-2(COX-2)和誘導型一氧化氮合酶表達,促炎細胞因子TNFα和IL-6,以及趨化因子CXCL-1。此外,我們發現Nrf2可能是關節炎存在時骨代謝的保護因子[35]。相反,Nrf2激活和HO-1誘導在RA和人RA滑膜成纖維細胞的動物模型中發揮抗炎和抗氧化作用[36,37]。
    許多分子通過氧化應激反應轉錄因子Nrf2顯示出抗炎和免疫調節特性。存在多種Nrf2誘導物,其中大多數是親電子的并且與Keap1的半胱氨酸硫醇反應。特別地,Cys151,Cys273和Cys288在Nrf2激活中起重要作用。 因此,Keap1中巰基部分的修飾導致結構的紊亂和泛素連接酶活性的下降[38]。作為一個主要的例子,蘿卜硫素(SFN,圖3)可以發揮免疫調節作用,導致RA CD4 + T細胞抑制T細胞增殖和IL-17和TNFα的產生[39]。該化合物還能夠將促炎性M1巨噬細胞極化為抗炎M2細胞[40]。在培養的人滑膜細胞中,SFN通過調節Bcl-2 / Bax,p53和pAkt的表達誘導細胞凋亡并抑制炎癥[39]。向小鼠腹腔內施用SFN降低了膠原誘導的關節炎,抗膠原II抗體水平,T細胞反應和淋巴結細胞和脾臟細胞產生IL-17,TNFα,IL-6和IFN-γ的臨床嚴重程度[39]。SFN的部分抗炎作用依賴于Nrf2激活,其通過HO-1介導的CO產物間接抑制NF-κB,但其中一部分不依賴于Nrf2,因為SFN可直接抑制NF-κB[41]。

    圖3. 代表性Nrf2誘導物的結構。
    Nrf2激活劑和免疫調節劑富馬酸二甲酯(DMF)用于系統性硬化癥和嚴重的斑塊狀銀屑病。據報道,DMF通過炎性體抑制作用部分地發揮其抗炎作用[42]。此外,DMF對T細胞活化的阻斷可能與蛋白激酶C(PKC)θ中特異性半胱氨酸殘基的結合有關,后者是T細胞信號傳導中的關鍵激酶[43],DMF和富馬酸單甲酯(MMF)可能激活羥基羧酸受2(HCAR2)導致NF-κB下調[44]。
    許多研究已經報道了多酚,主要是綠茶的活性成分,表沒食子兒茶素沒食子酸酯在RA的臨床前模型以及體外,軟骨和骨保護以及滑膜成纖維細胞調節中的作用。該化合物在不同細胞類型中誘導Nrf2和HO-1,同時降低NF-κB活性和炎癥和細胞外基質降解介質的產生[45]?;こ衫w維細胞的活化和炎性細胞因子的產生與RA的發病機制密切相關。值得注意的是,據報道,中國藥用黃芪中的異黃酮中的花萼苷通過RA滑膜成纖維細胞中的p62-Nrf2-HO-1誘導下調促炎細胞因子和COX-2 [46]。
    含抗風濕金(I)的化合物通過激活Nrf2 / sMaf刺激抗氧化應激反應,導致HO-1和γ-谷氨酰半胱氨酸合成酶的上調[47]。Nrf2-HO-1活化還介導H2S和相關化合物的抗炎作用,其能夠通過硫酸化改變Keap1的半胱氨酸殘基來修飾。例如,內源性H2S調節劑S-炔丙基 - 半胱氨酸能夠減少炎癥介質、氧化劑和MMP-9的產生以及類風濕性成纖維細胞樣滑膜細胞MH7A中的細胞侵襲活性。在體內,該化合物改善了大鼠佐劑模型中關節炎的嚴重程度[37]。
    在慢性炎癥條件下,通過Nrf2信號在體內調節抗氧化基因表達的氧化磷脂已被檢測出來。有趣的是,已顯示環氧環戊烯酮衍生物激活Nrf2,導致骨髓細胞中促炎細胞因子和趨化因子的抑制。這些作用與促分解脂質介質15d-PGJ2相似,后者與核激素受體過氧化物酶體增殖物激活受體γ(PPAR-γ)以及Nrf2相互作用。值得注意的是,15d-PGJ2在PPAR-γ缺陷細胞中有活性,但在Nrf2缺陷細胞中沒有,這意味著15d-PGJ2的抗炎活性是通過Nrf2而不是PPAR-γ介導的[48]。15d-PGJ2與Keap1形成加合物并破壞Nrf2泛素化,導致Nrf2在細胞核中積累。此外,15d-PGJ2改善了佐劑誘導的關節炎,抑制了血管形成和單核細胞浸潤[49]。
    多不飽和脂肪酸能夠通過誘導Nrf2抑制巨噬細胞的炎癥[50]。值得注意的是,二十碳五烯酸和二十二碳六烯酸抑制炎癥性軟骨退化。最后一種化合物還改善了RA患者的疾病活動,并提高了促溶馬瑞辛/溶出素前體的血漿水平[51]。
     
    4. 系統性紅斑狼瘡(SLE)
    氧化應激的增加可能導致SLE中的免疫細胞死亡和自身免疫。繼發于失調的細胞死亡和去除過程的壞死導致自身抗原的產生和免疫復合物的形成,所述免疫復合物在諸如腎,皮膚和關節的器官中誘導炎癥和組織損傷。SLE患者顯示氧化性DNA損傷、高血清氧化蛋白、APOCIII、氧化磷脂和自身修飾的脂蛋白的抗體修復機制的改變〔52〕。
    Nrf2多態性與狼瘡易感性無關,盡管Nrf2 -653 G / A多態性與墨西哥兒童期女性SLE患者的腎炎風險有關[53]。在人狼瘡腎炎的腎小球中觀察到Nrf2,NQO1和8-氧代-7,8-二氫-2'-脫氧鳥苷的水平增加。 Nrf2也在其他類型的腎炎中誘導,可能由免疫復合物沉積引起[54]。
    Nrf2缺陷的雌性小鼠隨著年齡的增長而發展為類似于SLE的多器官自身免疫性疾病,DNA氧化和脂質過氧化增加,脾細胞凋亡,抗dsDNA抗體和史密斯抗原的存在以及組織損傷(血管炎,腎小球腎炎,肝炎和心肌炎)[55]。根據小鼠的遺傳背景,發展這些變化所需的年齡存在差異[23]。盡管在雄性和雌性小鼠中都存在由于Nrf2缺乏引起的氧化損傷,但只有雌性小鼠表現出進展為SLE,這表明性別特異性因子參與破壞對自身抗原的免疫耐受[55]。除了肝細胞和淋巴細胞中2相解毒酶和抗氧化基因缺乏導致組織氧化損傷外,Nrf2敲除導致CD4 + T細胞增殖反應增強,CD4 + / CD8 +比值改變和Th17細胞分化和功能的促進[56]。通過調節細胞因子信號傳導3(SOCS3)/信號轉導和轉錄激活因子(STAT)3途徑和IL-1β的抑制作用,Nrf2缺失也被證明可以促進狼瘡性腎炎發展過程中Th17的分化和功能[56]。
    Nrf2誘導劑在動物模型中抑制疾病的發展,例如在MRL / lpr小鼠中的降植烷誘導的狼瘡性腎炎和自發性狼瘡。因此,SFN誘導Nrf2通過下調氧化應激和抑制NF-κB和細胞外基質沉積來保護腎細胞免于發展狼瘡性腎炎[57]。有趣的是,富馬酸酯已被用作全身性聯合療法,用于治療SLE的嚴重,廣泛和頑固的皮膚表現。它們具有良好的耐受性,并且具有優異的療效和類固醇保留作用[58],支持了這種方法對狼瘡治療的興趣。另一個例子,表沒食子兒茶素-3-沒食子酸酯通過上調Nrf2抗氧化途徑來阻止狼瘡性腎炎的發展,這抑制了NLRP3炎性體激活[59]。
     
    5. 骨關節炎(OA)
    OA的特征在于與軟骨細胞的肥大分化,滑膜炎和軟骨下骨和關節周圍組織的改變相關的進行性軟骨退化。長期暴露于低級慢性炎癥伴隨著氧化劑 - 抗氧化劑平衡的失敗,對疾病的發病機制具有重要影響。分解代謝和促炎介質由發炎的滑膜產生,導致過量產生導致軟骨破壞的蛋白水解酶[60]。
    線粒體功能障礙和氧化損傷參與OA的發病機制。氧化應激參與炎癥和分解代謝介質的產生,并通過減少細胞外基質合成,誘導軟骨細胞凋亡和MMP活化等機制促進關節降解[61]。因此,通過Nrf2控制氧化應激和慢性炎癥將導致對OA中關節改變的保護作用(圖4)。此外,如在骨質疏松癥部分中修訂的,Nrf2是調節破骨細胞驅動的骨吸收和成骨細胞驅動的重塑之間平衡的重要因素,其可能在OA的骨代謝控制中起作用。
    Nrf2的適當表達和平衡對于正常的軟骨形成和軟骨代謝的調節是必需的。事實上,Nrf2的持續過表達可以抑制軟骨細胞II,膠原蛋白X和骨橋蛋白等軟骨分化標記物[62],但Nrf2的下調可能通過凋亡細胞死亡抑制軟骨形成[63]。與這些發現一致,與正常對照相比,人類和小鼠的OA軟骨中Nrf2和谷胱甘肽轉移酶A4-4的表達顯著降低[64]。
    過量氧化應激和促炎和分解代謝介質的控制可以維持Nrf2在OA中的保護作用。在這種情況下,Nrf2敲除小鼠在單碘乙酸(MIA)和OA的內側半月板(DMM)模型的外科不穩定中顯示出更嚴重的軟骨損傷[65]。通過Nrf2激活誘導HO-1也可以在其抗炎和軟骨保護作用中發揮作用,因為HO-1能夠降低OA軟骨細胞,滑膜細胞和成骨細胞中的NF-κB活性和炎癥和降解介質[66-68]。最近的研究表明,protandim(由五種抗氧化植物化學物質組成的商業膳食補充劑)和6-姜酚誘導Nrf2介導其對OA軟骨細胞的保護作用,其中兩種藥物都能夠減弱氧化應激和炎癥介質的產生以及6-羥基壬烯醛誘導的細胞死亡。此外,對小鼠的protandim給藥顯著減少了DMM中的關節破壞[64]。Piceatannol是另一種在OA模型中具有保護作用的Nrf2誘導劑,它還抑制IL-1β刺激的OA軟骨細胞中炎癥介質MMP-13和聚集蛋白聚糖酶-2的產生[69]。最近,據報道天然黃酮類黃芩素在人類OA軟骨細胞和軟骨外植體中發揮抗炎和保護作用[70]。漢黃芩素通過阻斷Keap 1蛋白中Nrf2的結合位點來調節氧化劑介導的Nrf2信號傳導軸的激活并破壞Keap 1 / Nrf2相互作用。
    由組蛋白乙酰轉移酶/ HDAC介導的Nrf2乙?;鰪娖滢D錄能力和下游靶標的表達。 因此,HDAC的抑制導致Nrf2活化。這是曲古抑菌素A的作用機制,它是一種泛HDAC抑制劑,通過在關節組織中誘導Nrf2來預防OA的MIA和DMM模型中的軟骨退化和炎癥[65]。除曲古抑菌素A外,其他HDAC抑制劑如丁酸鈉和伏立諾他已被證明可降低人OA軟骨細胞中的炎癥反應和MMPs和聚集蛋白聚糖酶2的上調。因此,HDAC抑制劑通過Nrf2激活和抑制NF-κB和MAPK等機制證明了對軟骨降解的保護作用[71]。因此,旨在刺激抗氧化基因表達的策略,如HO-1和NQO-1,通過老化軟骨中的Nrf2激活可能有望用于OA治療[72]。然而,應該考慮到一些Nrf2誘導劑可以通過其他機制防止軟骨降解。 例如,SFN抑制細胞因子誘導的人關節軟骨細胞和成纖維細胞樣滑膜細胞中的MMP表達,而與Nrf2和HDAC活性無關[73]。

    圖4. 關節細胞中的Nrf2效應。 藍色:增強; 紅色:抑制。 MMPs,基質金屬蛋白酶; NO,一氧化氮; PGs,前列腺素; PMN,多形核白細胞; RANKL,核因子-B配體的受體激活劑。
     
    6. 骨質疏松
    骨組織的形成和維持受兩種主要機制的調節,即成骨細胞的骨形成和破骨細胞的骨吸收。
    許多因素可以干擾骨重建并破壞骨吸收和形成之間的平衡,這有助于骨質疏松癥。慢性炎癥中免疫細胞的活化導致骨再吸收細胞因子的過量產生,所述骨再吸收細胞因子是破骨細胞生成的主要刺激物。升高的氧化應激有助于骨代謝的改變。 因此,存在與骨質疏松癥,RA等相關的全身或局部骨質流失[74]。
    Nrf2是負責調節正常骨代謝中成骨細胞和破骨細胞的分化和功能的轉錄因子之一。不同
    研究的結果表明,Nrf2對于正常的骨微結構是必不可少的,并且表明該轉錄因子在病理情況下維持骨完整性中的作用。
    Nrf2在骨再生中發揮重要作用,因為Nrf2敲除小鼠顯示骨折愈合受損[75]。Keap1/Nrf2軸通過表達調節細胞內氧化應激信號的酶(如HO-1、γ-谷氨酰半胱氨酸合成酶和葡萄糖-6-磷酸脫氫酶)來調節核因子κ-B配體(RANKL)依賴性破骨細胞生成的受體激活劑[76]。Nrf2缺乏促進破骨細胞分化,通過增加氧化劑的產生和活化MAPK以及激活T細胞的核因子1導致骨吸收[77]。這些動物表現出RANKL和破骨細胞數量增加,同時成骨細胞礦化減少,這增加了它們對輻射引起的骨丟失的敏感性[78]。
    然而,對成骨細胞代謝的影響更復雜。 高水平的氧化應激對成骨細胞代謝產生負面影響并導致細胞損傷,這表明Nrf2具有保護作用。然而,由于Nrf2根據性別和年齡等因素不同地調節抗氧化劑內源性反應和骨質增生,因此存在相互矛盾的報道[79]。Nrf2的穩定過表達通過抑制Runx2依賴性轉錄活性對MC3T3成骨細胞分化產生負面影響[80]。在使用Nrf2敲除小鼠的實驗中,結論是Nrf2對破骨細胞和成骨細胞分化發揮抑制作用,對9周齡小鼠的成骨細胞具有更高的作用[81]。相反,有報道稱,雌性Nrf2敲除小鼠在出生后3周出現明顯的骨獲取缺陷,這與成骨細胞數量低、氧化產物增多有關,這可能損害早期成骨細胞發生,導致骨獲取失敗[82]。與這些結果一致,我們已經證明,由于破骨細胞活性優于成骨細胞活性,雌性小鼠的Nrf2缺乏導致氧化應激,骨轉換和骨吸收增加[83]。
    此外,來自卵巢切除小鼠骨質疏松模型的數據表明Nrf2在骨合成代謝作用中的作用,因為miR-455-3p增加HDAC2抑制Nrf2 / ARE的活化,導致氧化應激增加和抑制成骨細胞生長并且加劇骨質疏松癥[84]。
    Nrf2誘導劑可用作骨破壞的抑制劑。例如,DMF能夠抑制RANKL介導的破骨細胞生成并減弱脂多糖處理小鼠的骨破壞[85]。SFN,表沒食子兒茶素沒食子酸酯[86],鼠尾草酸[87],咖啡酸苯乙酯[88]和ETGE-肽[89]也可以通過Nrf2激活抑制破骨細胞生成,而芒果苷通過這種機制保護成骨細胞免受氧化應激[90]。
    已經建議Nrf2的激活作為避免糖皮質激素誘導的骨質疏松癥的治療靶標。因此,吲哚-3-甲醇是一種天然產物,存在于廣泛食用的蕓苔屬植物[91]、高山菊黃酮[92]和淫羊藿苷II[93]中,通過Nrf2誘導阻斷地塞米松誘導的氧化劑過量產生和成骨細胞凋亡。
    控制過度骨吸收的另一種策略可能是誘導Bach1核輸出,其激活Nrf2依賴性抗氧化酶表達,導致破骨細胞生成的減弱[94]。
     
    7. 展望
    迄今為止,我們對Nrf2激活對人類疾病控制的重要性的理解受到了這種轉錄靶標修飾的信號通路和生物反應的復雜性的極大阻礙,例如Nrf2相互作用組,調節蛋白和微調調節環的知識[95]。因此,關于報道的Nrf2調節的生物效應存在差異,盡管大多數結果主要揭示抗炎作用。
    目前,Nrf2-ARE途徑與NLRP3炎性體之間可能的交聯尚不清楚。 關于Nrf2和炎性體相互作用的進一步深入生化分析應該提供必要的機制見解,以確定Nrf2在炎性體相關疾病中的潛在興趣。
    Nrf2的調節為風濕病的治療開辟了新的治療機會。 經典的Nrf2激活劑通過共價修飾Keap1中的半胱氨酸基團來模擬Nrf2活化的內源過程。同時,它們可以通過蛋白質中親核基團的共價修飾發揮非特異性作用。 因此,許多類型的翻譯后氧化反應可能導致多種激酶、磷酸酶、轉錄因子、轉運體和細胞骨架蛋白的構象和活性發生變化[96]。結果,這些藥物可能引起顯著的副作用。 在這方面,較少的親電子衍生物如MMF和富馬酸單乙酯可能比DMF更安全[97]。因此,經典Nrf2激活劑的化學修飾可導致基于Nrf2途徑的潛在治療劑的開發。
    另一個重要方面是需要有效控制Nrf2激活的強度和持續時間,因為已經證明Nrf2及其靶基因的高水平和/或長期激活,這與正常生理中的應激反應有關,可能導致有害影響,如癌細胞的生長和化學抗性[38]。這些觀察結果支持了細胞保護酶的誘導/瞬時表達方法的重要性,這可以用一些藥物如合成三萜類化合物來實現[98]。
    其他策略側重于Nrf2激活的非規范機制。 Nrf2與Keap1的相互作用可被蛋白質 - 蛋白質相互作用抑制劑如肽拮抗劑破壞。因此,已經證明肽DEETGE-CALTat在臨床前模型中有效激活Nrf2并預防腦缺血[99]。 此外,還設計了小分子Keap1-Nrf2蛋白 - 蛋白相互作用抑制劑[100]。
    Nrf2的激活可以通過Bach1基因敲除來實現,其在不同疾病模型中顯示出免疫調節和保護作用,表明結合Bach1的藥物可能是增強Nrf2活性的新策略[96],其可用于控制自身免疫疾病。
    需要在靶細胞中選擇性地激活Nrf2,從而避免在整個身體中無差別地激活和可能的毒性。 在這方面,許多能夠在氧化應激或特定酶存在下轉化為Nrf2活化分子的前藥正在研究中[96]。此外,CRISPR等新技術的應用具有臨床轉化的潛力,有助于了解Nrf2在類風濕條件下的作用機制。
    需要驗證這些與Nrf2途徑相關的有吸引力的策略以允許開發新的治療劑。 Nrf2的激活還可以導致輔助藥物,從而有助于改善細胞對其他治療的反應。 在進入風濕性疾病的臨床試驗之前,需要更多的研究來深入了解Nrf2機制和作用,這是必要的步驟。
    另一方面,生物標志物的開發提供了用于診斷或預后目的的客觀參數。 風濕性疾病中主要在疾病的早期階段需要臨床驗證的生物標志物。 Nrf2激活和其靶基因的表達已被認為是不同病理狀態(例如癌癥或多發性硬化)中的氧化應激的生物標志物。 然而,該途徑成為風濕性疾病生物標志物的潛力尚不清楚,應予以探索。
     
     

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