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📑 文章目录 Basic Information英文标题：Thirty years of NRF2: advances and therapeutic challenges中文标题：NRF2研究三十年：进展与治疗挑战发表日期：04 March 2025文章类型：Review Article所属期刊：Nature Reviews Drug Discovery文章作者：Donna D. Zhang文章链接：https://www.nature.com/articles/s41573-025-01145-0AbstractPara_01在过去的30年里，NRF2从一个主要被认为参与氧化还原平衡和解毒作用的转录因子，发展为公认的细胞蛋白质稳态、代谢和铁稳态的主要调控因子。NRF2在多种病理过程中发挥关键作用，包括癌症以及代谢性、炎症性和神经退行性疾病。它表现出一种双面特性：在正常细胞中，它可以保护细胞完整性，抵御环境损伤以防止疾病的发生；而在某些癌症中，组成性升高的NRF2水平则为肿瘤生存提供了优势，促进其进展、治疗耐药性和转移。随着对NRF2机制调控及其在人类病理中作用的理解不断深入，科研人员开始积极探索针对NRF2的治疗策略。本综述详细解析了NRF2信号通路的机制复杂性、其与其他生物过程的相互作用，以及其对健康和疾病的深远影响，并强调了一些关键发现如何推动了靶向NRF2的创新治疗方法的发展。IntroductionPara_01NRF2 已成为细胞稳态的主要调控因子，协调氧化还原平衡、代谢稳定、蛋白质稳态和细胞内铁动态，共同塑造了细胞的适应性和生存能力。最初因其在化学预防中的作用而被发现，NRF2 被确认可通过与靶基因启动子中的抗氧化反应元件（AREs）结合，上调抗氧化剂和 II 相解毒酶的表达，例如 NAD(P)H:醌氧化还原酶 1（NQO1）、谷氨酸-半胱氨酸连接酶催化亚基（GCLC）和血红素加氧酶 1（HO-1）。这些早期发现确立了 NRF2 在缓解氧化应激和维持细胞适应性方面的重要作用。随着时间的推移，其影响已扩展到包括蛋白质稳态、代谢调控和铁稳态在内的多个方面，这对于细胞适应环境和代谢压力至关重要。因此，NRF2 已被发现在多种疾病中发挥作用，包括癌症、糖尿病、肺部和肝脏功能障碍、衰老、神经退行性疾病、脓毒症、银屑病和狼疮性肾炎。Para_02NRF2 在癌症中的双重作用已被广泛接受，其认识经历了从早期研究中发现的抗癌功能到后来揭示其在癌症中的‘阴暗面’的过程。在正常细胞中，NRF2 的表达水平非常低，主要原因是 KEAP1–CULLIN3–RBX1 介导的泛素化及其随后的蛋白酶体降解。虽然在正常细胞中激活 NRF2 可通过减轻氧化应激和 DNA 损伤来抑制肿瘤的发生，但在癌细胞中，NRF2 的高表达——通常由 KEAP1、NRF2 或其调控蛋白发生突变所驱动——赋予了癌细胞生存优势。升高的 NRF2 水平增强了抗氧化防御、代谢重编程和细胞解毒能力，从而促进肿瘤进展、治疗耐药性和转移。Para_03值得注意的是，NRF2在癌症中的双重作用并非源于NRF2生物学本身的复杂性。NRF2的基本作用很明确：通过减轻氧化应激、维持细胞稳态并支持细胞健康来保护细胞。这种保护功能在正常细胞和癌细胞中都是一致的。然而，在诸如肺癌等由于KEAP1的体细胞突变或其他因素导致NRF2高度表达的癌症中，其保护作用被劫持以支持肿瘤的存活和适应。通常认为NRF2双重角色所具有的‘复杂性’并非源自其内在的生物学特性，而是由于其依赖于特定情境的结果——这反映了人类期望NRF2既能保护正常细胞又不惠及癌细胞的愿望。这种区别对于理解NRF2在健康与疾病中的作用以及设计有效的治疗策略至关重要。Para_04探索NRF2在人类疾病中作用的历程推动了治疗策略上的创新，激发了用于疾病预防和干预的NRF2调节化合物的研发。一些NRF2诱导剂，例如富马酸二甲酯（DMF）和富马酸地罗西莫，已被批准用于临床，主要用于治疗复发性多发性硬化症，这是一种自身免疫介导的神经系统疾病。天然存在的异硫氰酸盐莱菔硫烷（SFN）在2型糖尿病和自闭症谱系障碍的临床试验中显示出潜力。然而，迄今为止尚无特异性NRF2抑制剂上市，这反映了该领域的一个重要空白，研究人员正努力改进NRF2调节剂以实现针对特定疾病的干预。Para_05本综述探讨了NRF2信号传导广泛的调控网络，考察了其与其他细胞通路的相互作用及其对健康和疾病的双重影响。我们将讨论塑造当前理解及未来NRF2靶向治疗方向的关键性突破，并反思NRF2在不同疾病背景下的双重作用。尽管文献中已对NRF2在癌症预防、促进及治疗抵抗中的双重作用进行了深入评述，本综述则强调了NRF2在癌症以外的人类疾病中的新兴作用，例如代谢性疾病、炎症和神经退行性疾病，并旨在通过强调较少被研究的领域提供该领域的全新视角。通过将机制理解与治疗创新相结合，本综述旨在激发该领域的未来研究，并推动以NRF2为靶点的新药开发。Historical overview of the NRF2 fieldPara_01在过去的三十年中，NRF2研究领域取得了巨大的发展，许多关键性的发现塑造了我们对NRF2在细胞防御机制中作用的理解。图1全面展示了这些关键里程碑的时间线，说明了从NRF2的最初识别到其目前在各种生物学过程中的重要性的发展过程，包括它在太空旅行中的新发现作用（专栏1）。 Fig. 1: Timeline of key discoveries in the NRF2 field. - 图片说明 ◉ 这一时间线突出了NRF2领域在过去三十年中取得的重要里程碑。◉ 它记录了从最初发现NRF2到最新进展的历史发展过程，反映了我们对NRF2理解的演变及其在各种生物过程中日益增长的影响。◉ ARE，抗氧化反应元件；NSCLC，非小细胞肺癌；sMAF，小Maf蛋白。 [div_box]Discovery and cloning of NRF2 NRF2 的发现与克隆Para_011994年，研究人员在寻找结合于β-珠蛋白基因内NF-E2 DNA调控序列的转录因子时，分离并克隆出了NRF2（参考文献26、27）。这项研究发现，NRF2属于CNC-bZIP家族的转录因子，并调控对细胞防御至关重要的基因。1996年，NRF2基因敲除（NRF2 KO）小鼠的问世为未来的NRF2研究提供了重要工具。在接下来的三十年中，NRF2被确立为维持细胞稳态的关键主调控因子。Elucidation of the NRF2–ARE pathway in chemoprevention NRF2-ARE 通路在化学预防中的阐明Para_01某些已知能够刺激II相解毒酶表达的植物化学物质被发现具有化学预防特性。随后，在这些II相解毒基因的调控区域中识别出了AREs（抗氧化反应元件）。这些发现为发现NRF2作为一种对化学预防至关重要的转录因子奠定了基础。NRF2负责化学预防剂通过ARE介导诱导II相基因表达的作用。这一关键性的发现确立了我们对于NRF2驱动的转录调控与细胞防御氧化应激和致癌作用之间联系的重要理解。此外，NRF2基因敲除（KO）小鼠显示出基础水平和可诱导的II相解毒酶如谷胱甘肽S-转移酶（GSTs）和NAD(P)H氧化还原酶1（NQO1）显著降低，从而增加了致癌作用的易感性。小鼠的小肠和肝脏中含有高水平的NRF2，它调控肠道抗氧化剂和解毒酶的表达。在NRF2基因敲除小鼠中，NQO1和GSTs的组成型和可诱导水平显著降低，并且各种化学预防剂未能有效诱导这些酶的表达。Identification of KEAP1 as a redox sensor and molecular switch 将KEAP1鉴定为氧化还原传感器和分子开关Para_011999年发现KEAP1作为NRF2的负调控因子，极大地加深了我们对通过NRF2–KEAP1–ARE通路实现的细胞氧化应激反应的理解。随后的研究揭示了KEAP1作为氧化还原感受器和分子开关的双重关键作用，能够根据细胞氧化还原状态调节NRF2通路。对于KEAP1的感受器功能而言，一些特定的半胱氨酸残基（Cys151、Cys273、Cys288）至关重要，尤其是Cys151（参考文献8,38,39,40,41,42），它介导了KEAP1作为KEAP1–Cullin3–RBX1 E3泛素连接酶复合物的底物接头蛋白的分子开关功能，从而控制NRF2的泛素化和蛋白酶体降解过程。'铰链和锁扣'结构模型详细阐明了两个KEAP1分子如何分别结合于NRF2的DLG或ETGE基序，在基础条件下形成有利于NRF2泛素化并随后降解的复合物（参考文献44,45,46）（图2）。 Fig. 2: NRF2 regulation in normal and cancer cells. - 图片说明 ◉ a，正常细胞。在未受到诱导的正常组织或细胞中，NRF2 虽然普遍表达，但通过一种严格调控的机制维持在较低的基础水平。◉ NRF2 蛋白与 KEAP1 相互作用，后者作为 CUL3–RBX1 E3 泛素连接酶复合物的底物适配器。◉ KEAP1 二聚体的 KELCH 结构域结合 NRF2 的 ETGE 或 DLG 基序，将 NRF2 定位于泛素化位置，并随后被 26S 蛋白酶体降解。◉ 因此，NRF2 水平保持较低。◉ b，经典诱导途径。响应亲电子物质或氧化应激时，KEAP1 中特定的半胱氨酸残基（特别是 Cys151）发生修饰，破坏了 KEAP1–Cullin3–RBX1 E3 泛素连接酶复合物对 NRF2 进行泛素化的功能。◉ 这一事件阻止了 NRF2 的泛素化，使其得以稳定。◉ 因此，新合成的 NRF2 积累并转移到细胞核中，在那里与小 MAF 蛋白（sMAFs）形成二聚体，并结合到抗氧化反应元件（ARE）上，驱动其靶基因的表达。◉ 一旦细胞氧化还原稳态恢复，KEAP1 转位至细胞核，促进 NRF2 在细胞质中的重新定位和泛素化，从而恢复其低基础水平。◉ 这种以 NRF2 间歇性激活为特征的激活-失活循环，确保细胞快速响应氧化应激并在适当时候及时返回基础状态，从而维持细胞的氧化还原稳态。◉ c，非经典诱导途径。非经典途径涉及 KEAP1 的自噬降解。◉ p62 是一种选择性自噬货物受体，通过 p62 的 STGE 基序与 KEAP1 的 KELCH 结构域直接相互作用，将 KEAP1 隔离进自噬体。◉ 这种竞争性结合破坏了 NRF2 的泛素化过程，导致其长期稳定和激活，如图中所示的持续激活模式。◉ d，癌细胞。在某些癌细胞中，KEAP1、CUL3、NRF2 或其他相关基因的体细胞突变破坏了 CUL3–RBX1 E3 泛素连接酶复合物对 NRF2 的泛素化过程，导致 NRF2 的基础水平持续升高。◉ 这种持续的超激活驱动了促进细胞增殖和存活基因的转录，从而促成 NRF2 依赖型癌症中观察到的致癌表型。NRF2: a double-edged sword — disease prevention and progression NRF2：一把双刃剑——疾病预防与进展Para_01从1999年到2009年，NRF2被视为一种有益的转录因子，能够维持细胞完整性，并在抵御各种环境毒素方面发挥保护作用。作为细胞防御机制的主要调控者，NRF2因其减轻毒素、致癌物和活性氧（ROS）造成的损伤的能力而受到关注，成为毒理学和人类疾病研究领域的重要蛋白。将NRF2阐明为细胞抗氧化系统的核心调节因子，标志着人们在理解NRF2在疾病病理中作用方面取得了重大进展。Para_022008年，一种具有范式转变意义的概念被提出，该概念通过增强化学抗性揭示了NRF2的不利特征，这一发现促使人们进一步研究NRF2在癌症中的双重作用。在此期间，在各种癌症中发现了KEAP1、NRF2或Cullin3的许多体细胞突变，这些突变导致NRF2水平持续升高。这些遗传突变中的许多会令NRF2–KEAP1–Cullin3 E3泛素连接酶复合物失活，从而阻止NRF2的降解，因此导致NRF2积累。此外，一些致癌基因被发现能够增强NRF2的转录，进一步支持了NRF2的致癌功能。高组成型NRF2水平被认为有助于促进肿瘤进展，并与对多种癌症疗法的耐药性增加相关，包括化疗、放疗、靶向治疗和免疫治疗。高NRF2表达还与增强的转移能力有关，并且通常与携带NRF2过表达肿瘤的患者的较高肿瘤复发率和较差预后相关。使用化学（乙烯基氨基甲酸酯）和遗传（条件性KRASG12D）小鼠模型，进一步探讨了NRF2调节在肺癌发生和发展中的作用。研究显示，NRF2可减少化学诱导的肺癌的发生，但不会影响由KRAS激活诱导的癌症的发生；在化学和遗传诱导的模型中，NRF2都会促进已有肿瘤的发展。NRF2在癌症中的双重作用凸显了其双面特性：在正常细胞中，NRF2起到守门人的作用，防止癌症的发生；相反，在某些癌细胞中高水平的NRF2可能会推动肿瘤进展、转移以及对治疗的耐药性。NRF2 in cellular homeostasis: mechanistic regulation and cross-talkPara_01NRF2 对于维持细胞稳态至关重要，这得益于其复杂的作用机制和广泛的调控网络。这种复杂的调控机制以及 NRF2 与其他通路的相互作用，使得细胞能够精确调节对各种应激的反应。这些特性突显了 NRF2 在细胞生理学中的重要性，及其对健康与疾病的影响。尽管 KEAP1 是主要的 E3 泛素连接酶，对 NRF2 起着负向调控作用，但它并不是唯一的调控因子。然而，鉴于目前已发表的大部分 NRF2 激活剂主要靶向 KEAP1 与 NRF2 的相互作用，本文将重点讨论 KEAP1 介导的 NRF2 调控机制。Canonical versus non-canonical mechanism of NRF2 activation NRF2 激活的规范与非规范机制Para_01在1999年至2009年期间，我们在理解KEAP1对NRF2的调控方面取得了重大进展。如前所述，在非应激条件下，KEAP1作为Cullin3–RBX1 E3泛素连接酶的底物适配器，确保NRF2维持在低水平。当暴露于亲电化合物时，KEAP1中的关键半胱氨酸残基（尤其是Cys151）发生修饰，改变了NRF2–KEAP1–Cullin3复合物的结构。这种修饰抑制了NRF2的泛素化，导致其稳定并被激活。自从2003年首次报道确定KEAP1的Cys151是一个氧化还原感受器以及开启或关闭NRF2反应的分子开关以来，该半胱氨酸残基在应对亲电性NRF2激活剂中的重要性已在体内得到验证。基于KEAP1半胱氨酸的机制构成了NRF2激活的经典机制的基础。这一机制的核心是‘半胱氨酸密码’理论，该理论认为KEAP1中的特定半胱氨酸残基能够精确感知各种应激信号，使KEAP1能够区分并应对不同的挑战。最近的体内证据表明，KEAP1利用不同的半胱氨酸组合来感知氧化应激。对于亲电应激，早期研究就发现Cys151、Cys273和Cys288是必需的，这些残基会发生共价修饰，例如形成C–S键。相比之下，在通过条件性敲除硒半胱氨酸-tRNA（Trsp）所引发的氧化应激中，KEAP1通过另一组半胱氨酸残基（即Cys226、Cys613、Cys622和Cys624）进行检测，并在这些条件下形成二硫键（S–S键）。这些不同的感应半胱氨酸残基使得KEAP1能够高效且特异性地识别亲电性和氧化性应激。Para_022010年，人们发现了一种KEAP1半胱氨酸非依赖但p62（SQSTM1）依赖的NRF2调控机制，被称为非经典NRF2激活机制65,66。该机制不依赖于KEAP1的Cys151，但仍继续依赖于KEAP1，并涉及p62的STGE基序与KEAP1的KELCH结构域之间的直接相互作用。任何导致p62在自噬体或p62液滴的液相中聚集的条件，都会导致KEAP1被隔离并形成p62-KEAP1聚集体。这种由p62介导的竞争性结合KEAP1减少了NRF2的泛素化，并限制了随后的NRF2降解，从而导致非经典的NRF2激活（图2）。这一发现解决了环境毒物和人类致癌物砷如何激活NRF2的难题。关于砷如何以非经典方式诱导NRF2的详细分子机制已被阐明，揭示出其持续激活打破了NRF2严格动态调控及其下游反应的平衡，使天平倾向NRF2的‘黑暗面’66,67,68。砷暴露增强了SNAP29的O-GlcNAc糖基化，破坏了STX17-SNAP29-VAMP8 SNARE复合物的形成，而该复合物是自噬体与溶酶体融合所必需的。这种破坏导致自噬体的积累以及KEAP1-p62蛋白的隔离，从而抑制了KEAP1介导的NRF2泛素化和降解。NRF2 in proteostasis NRF2 在蛋白质稳态中的作用Para_01NRF2 通过参与调控对蛋白质合成、折叠和降解至关重要的基因，在维持细胞蛋白质稳态中发挥关键作用，从而共同确保蛋白质的稳态。尽管不直接参与翻译机制组分的转录，NRF2 通过保护翻译机制免受半胱氨酸氧化的影响，间接促进 mRNA 的翻译，以维持其组分的功能。Para_02NRF2 对蛋白质折叠的影响是通过调节热休克因子 1（HSF1）介导的，HSF1 是一种转录因子，通过促进热休克蛋白（HSPs）的表达来调控热休克反应。HSF1 基因启动子中存在 ARE 序列，这强调了 NRF2 在应激条件下促进蛋白质折叠的作用（图3，左侧面板）。这些热休克蛋白是一类多样化的分子伴侣，在蛋白质的正确合成、转运和折叠过程中至关重要，并能在应激条件下增强细胞存活。然而，NRF2 对热休克蛋白的直接转录调控机制仍不清楚。 Fig. 3: NRF2 in proteostasis: mutual regulation with the ubiquitin–proteasome system and the autophagy-lysosome pathway. - 图片说明 ◉ 左侧：NRF2通过增强参与蛋白质折叠的基因（如分子伴侣）的转录，从而调控泛素-蛋白酶体系统，这一过程涉及热休克因子1（HSF1），后者是多种热休克蛋白（HSPs）的关键转录因子。◉ NRF2还通过p97影响蛋白质的提取和转运，p97通过将NRF2运送至26S蛋白酶体促进NRF2的降解。◉ 此外，NRF2调控蛋白酶体亚基（PSMA5、PSMB5、PSMA3、PSMA7）的表达。◉ 这种调控通过防止错误折叠蛋白的积累并促进其通过蛋白酶体降解，确保了正常的蛋白质稳态。◉ 由于NRF2的稳定性主要受KEAP1介导的泛素化及随后的蛋白酶体降解控制，因此上调蛋白酶体降解系统提供了一种负反馈机制以维持细胞内的蛋白质稳态。◉ 右侧：NRF2通过直接调控多个与自噬体形成和货物降解相关的自噬相关基因（ULK1、ATG5、ATG7、ATG12、ATG2B、ATG3、ATG4D、GABARAPL1、SQSTM1/p62和CALCOCO2），在调控自噬-溶酶体通路中发挥关键作用。◉ 这种由NRF2介导的自噬过程调控确保了受损细胞器和聚集蛋白的有效清除。◉ 此外，NRF2通过激活LAMP2A的转录促进分子伴侣介导的自噬，LAMP2A是该过程中一个关键受体。◉ 相反，敲除ATG5、ATG7和ATG12会导致通过非经典的p62依赖机制延长NRF2的激活。◉ NRF2与这种细胞蛋白降解机制之间的动态相互作用对于在应激条件下维持细胞稳态至关重要，从而通过减轻蛋白质毒性损伤和氧化应激来促进细胞存活。◉ 箭头线表示诱导或促进；条形箭头表示抑制或阻断。◉ NRF2靶基因显示为粉色。Para_03NRF2在维持内质网蛋白质稳态及其与未折叠蛋白反应通路之间的交互作用方面的关键角色已在斑马鱼研究中得到阐明。编码N-糖基化初始步骤中的关键酶磷酸甘露糖变位酶2的基因发生突变，会导致内质网应激条件下NRF2的激活。由内质网应激介导的NRF2激活可被RNA依赖性蛋白激酶样内质网激酶（PERK）敲除所阻断。用NRF2激活剂SFN处理这些斑马鱼突变体可以减轻内质网应激。Para_04泛素-蛋白酶体系统是一种关键的细胞机器，负责降解和回收蛋白质。NRF2 在蛋白酶体亚基的转录调控中起着核心作用，影响蛋白质降解和细胞蛋白质稳态（图3，左侧面板）。2003年，首次强调了 NRF2 在小鼠中对蛋白酶体亚基的调控作用，证明了 NRF2 依赖性的、参与蛋白质折叠、转运和降解的基因诱导过程。此外，NRF2 的激活会导致蛋白酶体活性增加，这对于延缓衰老以及在氧化条件下增强人成纤维细胞的存活能力至关重要。在果蝇中，蛋白酶体功能障碍导致 NRF2 依赖性的蛋白酶体亚基上调，以恢复蛋白质稳态并防止过早衰老。而在秀丽隐杆线虫中，蛋白酶体功能障碍激活了一种适应性反应，涉及 SKN-1/NRF2 和 ELT-2/GATA 转录因子，这不仅上调了蛋白酶体亚基，还通过蛋白酶体和自噬-溶酶体途径增强了细胞对多种蛋白质毒性应激的抵抗能力。此外，在运动诱导适应模型中，NRF2 介导的蛋白酶体激活与神经保护和认知功能有关，这是通过 IGF-I/NRF2 信号通路实现的，该通路上调了如 PSMB5 等蛋白酶体亚基。在癌细胞中，组织蛋白酶 D 的抑制导致 p62 依赖性的 NRF2 激活，这种机制被称为非经典机制，随后增加了蛋白酶体亚基 PSMA5 和 PSMB5 的表达，从而增强了蛋白酶体的活性。在斑马鱼中，NRF2 的激活增加了多个蛋白酶体亚基的表达，例如 PSMA3、PSMA5 和 PSMB7，尤其是在肝脏中表现明显，说明这是一种跨物种进化保守的机制。Para_05关于NRF2在蛋白质稳态中作用的研究发现，NRF2与p97（也称为含缬酪肽蛋白VCP）之间的动态相互作用构成了一种负反馈调节机制（图3，左图）。p97作为一种分离酶和ATP酶，参与多种细胞活动，其中之一是促进泛素化蛋白的靶向降解。p97可将泛素化的NRF2从KEAP1–CUL3 E3泛素连接酶复合体中提取出来，从而引导NRF2进行蛋白酶体降解。有趣的是，NRF2通过VCP启动子中的功能性抗氧化反应元件（ARE）转录上调p97。这种NRF2–p97–NRF2负反馈环路对于细胞在应激条件下的适应性和蛋白质稳态的维持至关重要。在某些癌症中，该环路的破坏导致NRF2和p97持续升高，增强了癌细胞在氧化应激和蛋白毒性应激下的存活机制。Para_06自噬是一种基础的细胞过程，能够降解并回收错误折叠的蛋白质或受损的细胞器，是另一种与泛素-蛋白酶体系统协同工作的细胞蛋白质降解系统，共同维持蛋白质稳态和细胞健康。NRF2与自噬之间的联系（图3，右侧面板）最早在2010年的研究中被报道，这些研究描述了NRF2激活的一种非经典机制，其中自噬底物p62直接与KEAP1相互作用，将KEAP1隔离到自噬体中，从而导致NRF2的激活。p62的KEAP1相互作用区域有一个保守的STGE基序，其与KEAP1结合的方式类似于NRF2中的ETGE基序。有趣的是，STGE基序中丝氨酸残基的磷酸化增强了KEAP1与p62的结合。在全基因组CRISPR筛选实验中，敲除已知参与自噬过程的ATG12和ATG7基因会导致p62依赖性的NRF2激活。通过p62介导的KEAP1自噬降解实现NRF2非经典激活的这一机制也已在细菌感染和脂毒性应激过程中被观察到。Para_07KEAP1与p62相互作用的发现表明，自噬的失调可能导致NRF2的持续激活，从而在体内引发多种病理状况。通过p62的积累破坏NRF2与KEAP1的相互作用，导致NRF2的持续激活，这促进了肝细胞瘤的发展，这一点已在肝脏特异性自噬缺陷小鼠以及超过25%的人类肝细胞癌病例中得到证实，表现为存在p62阳性和KEAP1阳性聚集体以及NRF2靶基因的诱导。同样，在Atg7缺陷小鼠中自噬的破坏导致p62的积累和NRF2的稳定，从而引发严重的肝脏损伤及肿瘤的发生。在肝细胞特异性ATG5敲除小鼠中，自噬的缺失导致肝脏炎症、纤维化和肿瘤发生，而NRF2的持续激活对这些病理过程的发展至关重要。在自噬缺陷小鼠中，ATG5和ATG7的基因缺失导致泛素包涵体的积累，这种现象可通过同时敲除p62或NRF2完全抑制（参考文献89），支持了非经典长期NRF2激活在其他非癌症人类疾病中也具有有害作用的观点。与这些研究结果相矛盾的是，一项使用非酒精性脂肪肝病模型的研究显示，高脂饮食引起的ATG7下调反而降低了NRF2水平。高脂饮食诱导的ATG7减少与mTOR激活协同阻断了自噬体的生成，增加了KEAP1水平并降低了NRF2活性，从而促进铁死亡性细胞死亡。综上所述，这些研究表明自噬过程如何影响NRF2的蛋白水平（图3，右侧面板）。Para_08NRF2还通过在其启动子区域结合抗氧化反应元件（ARE）直接调控多个自噬基因，包括对自噬体形成和降解至关重要的p62、ULK1和ATG5等基因（参考文献91、92）（图3，右侧面板）。这种转录调控确保了细胞在面对氧化应激和蛋白质毒性应激时产生协调的反应，通过增强氧化应激期间的自噬流来促进细胞存活。肝脏特异性的蛋白酶体功能障碍被证实可以同时激活自噬和NRF2，从而形成一种综合效应，缓解蛋白质毒性和氧化应激（参考文献93）。此外，研究发现NRF2通过调控LAMP2A这一伴侣介导的自噬关键溶酶体受体的靶基因，影响伴侣介导的自噬过程（参考文献94）。NRF2、蛋白酶体和自噬之间的相互作用对于维持细胞稳态至关重要，确保细胞能够适应各种应激条件。通过这些作用，NRF2有助于减少错误折叠或受损蛋白质的积累，在对抗与蛋白质聚集相关的疾病中发挥保护作用。NRF2 in metabolic balance and reprogramming NRF2 在代谢平衡与重编程中的作用Para_01NRF2 在通过调节多种代谢途径和酶活性来维持代谢平衡方面具有关键作用。本节探讨了 NRF2 如何控制代谢过程，以及细胞代谢物如何调控 NRF2，突出了代谢与细胞氧化应激感知机制之间复杂的相互关系。Para_02通过使用肝脏特异性基因敲除模型，NRF2被证明参与调节NADPH的生成与消耗，而NADPH是戊糖磷酸途径（PPP）中的关键酶95。癌细胞利用这一系统进行代谢重编程，其中NRF2将葡萄糖和谷氨酰胺导向合成代谢通路，从而支持癌细胞在应激环境下的增殖和存活7。具体而言，NRF2直接调控多个PPP酶的转录，包括氧化支路中的酶如葡萄糖-6-磷酸脱氢酶（G6PD）和6-磷酸葡萄糖酸脱氢酶（PGD），以及非氧化支路中的酶如转酮醇酶（TKT）和转醛醇酶1（TALDO1）（见图4中氧化和非氧化PPP通路）。此外，NRF2通过转录调控NADPH生成酶苹果酸酶1（ME1）来促进NADPH池的形成，该酶催化苹果酸转化为丙酮酸（图4）。发现这五个新的NRF2靶基因——G6PD、PGD、TKT、TALDO1和ME1，突显了NRF2在调控癌细胞生长和存活所劫持的关键代谢通路中的核心作用7。后续研究进一步支持了NRF2在癌细胞代谢重编程中的作用。受NRF2–KEAP1–BACH1通路调控的TKT被发现可通过生成NADPH以对抗氧化应激来支持癌症生长，凸显了靶向TKT以增强癌症治疗的潜力96。由于癌细胞中谷胱甘肽生产与分泌所需的谷氨酸消耗增加，癌细胞中升高的NRF2活性导致其对外源性谷氨酰胺来源产生依赖97（图4，谷氨酰胺分解；图5，谷胱甘肽合成）。KEAP1的缺失会导致NRF2过度激活，进而促使KRAS驱动的肺癌依赖于谷氨酰胺分解97（图4，谷氨酰胺分解）。药理学上靶向谷氨酰胺酶是一种潜在的有前景的治疗策略98。一致地，高NRF2活性的癌症表现出对某些外源性非必需氨基酸的依赖，因为其内部用于谷胱甘肽合成的谷氨酸储备有限；这种依赖性可以通过饮食限制或这些氨基酸的酶促耗竭加以利用，提供了一种潜在的治疗策略99。 Fig. 4: NRF2 in metabolic balance and reprogramming. - 图片说明 ◉ 磷酸戊糖途径（PPP）：NRF2直接上调参与氧化性和非氧化性PPP的酶，包括葡萄糖-6-磷酸脱氢酶（G6PD）、磷酸葡萄糖酸脱氢酶（PGD）、转酮醇酶（TKT）和转醛醇酶1（TALDO1）。◉ 这些通路对于生成NADPH至关重要，而NADPH是抵消氧化应激的关键物质。◉ 多元醇通路：NRF2通过激活关键酶如果糖激酶（KHK）、山梨醇脱氢酶（SORD）和三磷酸激酶/FMN环化酶（TKFC）来调节果糖代谢。◉ 这些酶将果糖转化为甘油醛和二羟丙酮磷酸，进入糖酵解途径以产生葡萄糖。◉ 糖异生作用：NRF2控制肝细胞核因子4α（HNF4A）的转录，后者调节糖异生过程，促进葡萄糖从肝脏释放到血液中。◉ 三羧酸（TCA）循环：NRF2通过苹果酸酶1（ME1）参与调控TCA循环，该酶催化苹果酸转化为丙酮酸，并与NADPH的生成相关联。◉ 谷氨酰胺分解：在癌细胞代谢中，NRF2在谷氨酰胺分解中的作用尤为明显，在这种代谢过程中需要增加谷氨酸的消耗以合成谷胱甘肽。◉ 在NRF2过度激活的癌细胞中对外源性谷氨酰胺的依赖，为治疗提供了有希望的靶点。◉ 硫代谢：NRF2通过硫化氢醌氧化还原酶（SQOR）调节硫代谢，该酶将有毒的硫化氢（H2S）转化为危害较小的化合物，同时将电子输入线粒体电子传递链。◉ 这一过程不仅能够解毒H2S，还支持ATP的产生，促进线粒体生物能量并维持细胞的氧化还原平衡。◉ NRF2的靶基因用粉色标注。 Fig. 5: NRF2 in lipid peroxidation, iron signalling and ferroptosis. - 图片说明 ◉ 左侧：NRF2调节细胞内不稳定铁池（LIP），以防止氧化损伤和铁死亡。◉ 转铁蛋白受体1（TFR1）结合与转铁蛋白结合的铁（Fe3+），并促进其进入细胞。◉ 一旦在内涵体中被内化，Fe3+会在低pH条件下释放，由STEAP3将其还原为Fe2+，随后通过DMT1转运至细胞质中。◉ Fe2+进入LIP，并储存在铁蛋白复合物（包括FTH1和FTL1）中，或通过铁输出蛋白1（FPN1；由SLC40A1编码）被导出。◉ NRF2控制这些铁蛋白亚基的表达，以螯合游离铁，并通过芬顿反应最小化活性氧（ROS）的产生。◉ 此外，NRF2促进铁蛋白自噬——一种由NCOA4引导铁蛋白复合物进入自噬体，从而促进铁蛋白降解以释放铁的过程。◉ 该过程通过NRF2–HERC2–NCOA4介导的铁蛋白向自噬体募集进行调控，并通过NRF2–TFEB–VAMP8驱动的自噬体–溶酶体融合实现铁蛋白的降解。◉ NRF2还通过血红素加氧酶1（HO-1/HMOX1）调节血红素降解途径，生成胆绿素、一氧化碳和Fe2+。◉ 过量的游离铁可催化ROS形成，引发脂质过氧化。◉ 相反，胆绿素和胆红素作为抗氧化剂，保护细胞免受氧化应激和铁死亡的影响。◉ 右侧：NRF2通过调节抗氧化反应来控制脂质过氧化。◉ NRF2调节谷胱甘肽的合成和利用，以对抗脂质过氧化。◉ 系统Xc–（SLC7A11/SLC3A2）将胱氨酸导入细胞内，在细胞内被还原为半胱氨酸，后者是谷胱甘肽（GSH）合成的限速底物。◉ 酶谷氨酸-半胱氨酸连接酶（GCLC/GCLM）催化GSH生物合成的第一步，而谷胱甘肽合成酶（GSS）将γ-谷氨酰半胱氨酸转化为GSH。◉ GSH作为谷胱甘肽过氧化物酶4（GPX4）的辅因子，将脂质氢过氧化物（PuFA-PL-OOH）还原为无毒的脂醇（PuFA-PL-OH），从而防止铁死亡。◉ NRF2还通过谷胱甘肽二硫键还原酶（GSR）支持谷胱甘肽的循环再生，从其氧化形式（GSSG）中重新生成GSH。◉ 在缺乏胱氨酸的情况下，转硫途径提供用于GSH合成的半胱氨酸。◉ 该途径由胱硫醚β-合酶（CBS）调控，该酶将同型半胱氨酸转化为胱硫醚，成为半胱氨酸生产的前体。◉ 此外，NRF2控制铁死亡抑制蛋白1（FSP1/AIFM2）的表达，该蛋白通过将辅酶Q10（CoQ）再生为其还原形式（CoQH2）独立地防止脂质过氧化，这是一种有效的亲脂性抗氧化剂。◉ 此外，NRF2激活AKR1C1–3酶家族，它们可减少脂质过氧化物，进一步减轻脂质过氧化。◉ NRF2靶基因以粉色显示。Para_03NRF2 在维持非癌细胞的代谢重编程中也起着重要作用。在细胞摄取葡萄糖后，NRF2 会将葡萄糖导入磷酸戊糖途径（PPP），从而提高对细胞解毒和氧化还原稳态至关重要的 NADPH 水平（图4，糖酵解，磷酸戊糖途径）。NRF2 的高水平会导致代谢改变，将葡萄糖和谷氨酰胺重新导向合成代谢途径（图4，糖酵解，谷氨酰胺分解），从而支持细胞增殖并增强细胞保护作用。在 ob/ob 小鼠中，NRF2 缺乏会导致更严重的代谢综合征，表现为加重的胰岛素抵抗、高血糖和高甘油三酯血症，突显了 NRF2 在通过维持葡萄糖和脂质稳态来调控脂肪组织发育与功能中的作用。先进的显微成像技术显示，NRF2 激活会增加葡萄糖的摄取，优先将葡萄糖用于线粒体 NADH 和能量生成以及神经元和星形胶质细胞中磷酸戊糖途径的 NADPH 合成（图4，三羧酸（TCA）循环，磷酸戊糖途径）。在发育过程中抑制了 NRF2 的神经元依赖于星形胶质细胞的 NRF2 来维持氧化还原平衡和能量稳态。在骨骼肌中诱导 NRF2 可以上调糖原分支酶（GBE）和磷酸化酶 b 激酶 α-亚基（PhKα）的表达，促进糖原的分支和分解，并增强葡萄糖摄取，从而降低血糖水平。在小鼠食管中，NRF2 的过度激活通过上调包括丙酮酸激酶 M2（PKM2）在内的代谢基因引起代谢重编程，从而增加 ATP 的生物合成。Para_04最近的研究在这些发现的基础上进一步展开。NRF2 缺乏会损害磷酸戊糖途径（PPP）产生的 NADPH，从而加剧视网膜细胞中的氧化应激106。NRF2 的激活使肿瘤对葡萄糖-6-磷酸脱氢酶（G6PD）抑制敏感，揭示了 NRF2 过度激活的癌症中的一种治疗弱点（参考文献 107）。在骨骼肌中，通过破坏 KEAP1 来激活 NRF2 可以促进脂肪酸的 β-氧化，增加线粒体活性，并在运动期间改善能量产生108。研究发现了四个新的 NRF2 靶基因——酮己糖激酶（KHK）、山梨醇脱氢酶（SORD）、三羟甲基氨基甲烷激酶/FMN 环化酶（TKFC）和肝细胞核因子 4α（HNF4A），它们参与果糖代谢和糖异生过程（图4，多元醇途径、糖异生）。这些基因在小鼠长时间非经典 NRF2 激活的情况下，在正常肝脏组织中被诱导表达，这种激活是通过在饮用水中添加砷实现的，该发现揭示了砷通过改变肝脏葡萄糖代谢路径（即多元醇途径碳水化合物流量增加以及糖异生增强）而引发糖尿病倾向的作用机制109（图4，多元醇途径、糖异生）。最近一项研究强调了 NRF2 在硫代谢和线粒体功能中的作用，表明 NRF2 介导的线粒体激活依赖于对硫醌氧化还原酶（SQOR）的直接上调，SQOR 是硫氧化通路中的关键酶，从而支持线粒体生物能量学和细胞氧化还原平衡110。最后，NRF2 对于通过磷酸戊糖途径（PPP）实现肝脏再生至关重要，突出了其在组织修复过程中代谢重编程中的作用111。总体而言，这些发现阐明了 NRF2 协调代谢过程以支持能量生成、氧化还原稳态和细胞存活的机制基础。Para_05NRF2 还可以通过 KEAP1 的半胱氨酸残基修饰被内源性代谢物激活（表 1）。亲电脂质代谢物 15-脱氧-Δ12,14-前列腺素 J2（15d-PGJ2）是首个被鉴定出的可通过修饰 KEAP1 的半胱氨酸残基从而诱导 NRF2 激活的内源性代谢物，这会导致 NRF2 的稳定化。这种激活机制在调控炎症反应方面具有潜在作用，这一点已在巨噬细胞中得到证实，在这些细胞中，15d-PGJ2 介导了 NRF2 依赖性的抗氧化基因的表达，例如 HO-1（由 HMOX1 基因编码）和过氧化还原蛋白 1。 Table 1 Endogenous metabolites that covalently modify cysteine residues of KEAP1 表1 内源性代谢物共价修饰 KEAP1 的半胱氨酸残基 Para_062011年，研究揭示了富马酸水合酶的突变（导致富马酸积累）与遗传性平滑肌瘤病及肾细胞癌之间的关联，并发现这种三羧酸（TCA）循环代谢物是KEAP1发生共价琥珀酰化的关键因素。富马酸通过激活肾囊肿中的NRF2通路促进肿瘤细胞存活，并通过NRF2激活增加铁蛋白基因表达，在遗传性平滑肌瘤病及肾细胞癌细胞中促进慢性增殖信号传导。有趣的是，最近的研究表明，富马酸通过在心脏中激活NRF2抗氧化通路发挥心脏保护作用，这凸显了NRF2激活在不同组织中所具有的双重且依赖于环境的作用。Para_07另一种内源性代谢物衣康酸是由脂多糖（LPS）刺激的巨噬细胞通过顺乌头酸（三羧酸循环中间产物）脱羧生成的，这一过程由酶顺乌头酸脱羧酶（CAD）催化，该酶也被称为免疫反应基因1（IRG1）。在炎症信号（如LPS）激活后，IRG1在巨噬细胞中的表达显著上调，导致衣康酸产量增加，这种酸通过烷基化KEAP1来激活NRF2通路，减少先天免疫信号传导，并在巨噬细胞激活过程中提供反馈调节作用。Para_08最近的研究揭示了糖酵解代谢直接影响KEAP1–NRF2轴的新机制。一项研究发现了一种非亲电性NRF2激活剂CBR-470-1，它能够抑制磷酸甘油酸激酶1（PGK1）。这种抑制作用导致三碳糖磷酸盐及其降解产物甲基乙二醛（MGO）的积累，后者与KEAP1形成甲基咪唑交联结构。与此相辅相成的是，另一项研究发现了一种新的翻译后修饰——S-乳酰化，其中丙酮酸激酶的抑制导致甘油醛-3-磷酸（Ga3P）的积累。这最终导致KEAP1半胱氨酸残基的共价修饰，进一步将糖酵解紊乱通过KEAP1修饰与NRF2信号传导联系起来。总体而言，这些发现提供了有力证据，表明糖酵解中间产物如何通过KEAP1影响NRF2的激活，突出了NRF2在代谢物管理中的保护作用。NRF2 in immune responses and inflammation NRF2 在免疫反应和炎症中的作用Para_01尽管NRF2通常对氧化应激具有保护作用，但由于其在不同疾病和实验条件下的影响存在差异，包括既有抗炎作用也有促炎作用，因此NRF2在炎症中的作用尚存争议。一个有争议的领域是NRF2在炎症小体激活中的作用，有研究报道称NRF2对于激活NLRP3和AIM2炎症小体是必需的，而另一些研究则报道NRF2通过减少ROS诱导的NLRP3启动来抑制NLRP3炎症小体的活性，从而降低caspase-1的切割和IL-1β的产生。同样地，在NRF2调节IL-6表达的作用方面也存在矛盾观点。NRF2能够诱导ARE依赖的IL-6启动子激活和表达，表明NRF2促进炎症反应。相反，有研究发现NRF2通过阻止RNA Pol II的募集来抑制包括IL-6在内的促炎细胞因子的转录，这支持了NRF2具有抗炎功能的观点。Para_02这些相互矛盾的报告强调了免疫反应和炎症中信号传导的复杂性，突出了进一步研究的必要性。尽管存在争议，但大多数出版物支持NRF2在多种模型中具有抗炎作用的观点。NRF2基因敲除（KO）小鼠表现出对神经炎症的高度敏感性，表现为小胶质细胞活化增加以及促炎标志物如IL-6和TNF水平升高（参考文献127）。昼夜节律钟蛋白BMAL1的缺失会降低与活性氧、HIF-1α和IL-1β水平升高相关的NRF2，将NRF2与免疫反应的昼夜调节联系起来（参考文献128）。此外，一种促炎细胞因子粒细胞-巨噬细胞集落刺激因子（GM-CSF）通过依赖于活性氧的途径下调NRF2，从而增加IL-1β的分泌，说明了NRF2的抗炎机制（参考文献129）。在肝脏缺血再灌注损伤中，髓系特异性NRF2基因敲除通过涉及金属蛋白酶组织抑制因子3（TIMP3）的通路促进先天免疫激活并加剧肝脏损伤（参考文献130）。泛癌分析显示，鳞状癌细胞中过度活跃的NRF2与免疫逃逸有关，其特征是干扰素γ（IFNγ）、HLA-I表达减少以及T细胞和巨噬细胞浸润降低；高表达NRF2的肿瘤还表现出如烟酰胺磷酸核糖转移酶（NAMPT）、WNT5A和程序性死亡配体1（PDL1）等免疫调节基因的上调，表明了NRF2在调节肿瘤免疫环境中的作用（参考文献131）。无论是药理学还是遗传学方法激活NRF2，都可以在脂多糖（LPS）刺激期间减少干扰素β（IFNβ）及其下游效应分子IFIT2的转录，促进代谢重编程和线粒体适应，并精细调节巨噬细胞的先天免疫反应（参考文献132）。此外，eNAMPT作为一种损伤相关分子模式（DAMP）蛋白，通过调节涉及NRF2的炎症通路促进辐射诱导的肺纤维化；抑制eNAMPT可减轻肺纤维化的严重程度（参考文献133）。在心肌细胞中，肿瘤坏死因子α（TNF-α）对NRF2激活具有双相效应：低浓度促进NRF2向细胞核转运，增强抗氧化防御，提供保护作用；而高浓度则抑制KEAP1-NRF2通路，导致细胞死亡增加（参考文献134）。轻度阿尔茨海默病患者的全血中显示出由NF-κB介导的炎症和NRF2依赖性氧化还原基因表达增加的现象，这展示了基于血液的生物标志物在阿尔茨海默病诊断和监测中的潜力（参考文献135）。NRF2 in lipid peroxidation, iron signalling and ferroptosis NRF2在脂质过氧化、铁信号传导和铁死亡中的作用Para_01铁死亡（Ferroptosis）是一种由铁依赖性脂质过氧化作用驱动的、独特的程序性细胞死亡形式，现已成为迅速发展且具有重要影响的研究领域。NRF2在铁死亡中的作用正在不断被揭示，它能够调控铁死亡的多个方面，包括脂质过氧化过程和铁稳态136。Lipid peroxidation 脂质过氧化Para_01NRF2通过上调各种抗氧化基因的表达来减轻脂质过氧化（图5，右侧）。谷胱甘肽过氧化物酶4（GPX4）在将脂质氢过氧化物还原为无毒的脂质醇方面至关重要，从而防止脂质过氧化物的积累以及随后发生的铁死亡137,138,139（图5，GPX4）。尽管人们通常误解GPX4是NRF2的直接靶基因，并形成了所谓的‘NRF2–GPX4轴’，但关于NRF2对GPX4的实际调控作用仍存在争议，因为尚未证实GPX4调控区域中存在功能性ARE。此外，NRF2下调反而增加了GPX4的表达，这进一步挑战了将GPX4视为NRF2直接靶基因的观点140。GPX4是一种硒蛋白，其正确翻译需要硒半胱氨酸插入序列结合蛋白（SECISBP2）。硒蛋白的表达涉及多层面的调控机制，包括转录、翻译及翻译后机制141。即使NRF2激活了GPX4的转录，由于还需要硒半胱氨酸的插入和蛋白质的正确折叠，也不一定会导致GPX4蛋白水平的增加。因此，有关NRF2–GPX4轴的研究文献应受到严格审视。值得注意的是，最近一项研究表明，NRF1是Cap’n’collar（CNC）家族转录因子中的另一成员，可以独立于NRF2间接调控GPX4蛋白水平，并有助于产生铁死亡抗性（参考文献142）。Para_02NRF2增强谷胱甘肽合成相关基因的表达，谷胱甘肽是GPX4的一个关键辅因子（图5，谷胱甘肽合成）。这包括胱氨酸/谷氨酸逆向转运系统（system Xc–）。System Xc–由两个亚基组成，分别是SLC7A11和SLC3A2，其中SLC7A11是一个直接的NRF2靶基因¹⁴³。System Xc–的主要功能是将胱氨酸交换为谷氨酸转运入细胞内。胱氨酸被胱氨酸还原酶还原为半胱氨酸，而半胱氨酸是谷胱甘肽合成的限速前体。其他参与谷胱甘肽合成的NRF2靶基因包括GCLC和谷氨酸-半胱氨酸连接酶调节亚基（GCLM），它们共同形成谷氨酸-半胱氨酸连接酶¹⁴⁴,¹⁴⁵,¹⁴⁶。该酶催化谷胱甘肽合成的第一步反应，将谷氨酸和半胱氨酸结合生成γ-谷氨酰半胱氨酸。谷胱甘肽合酶（GSS）是一个NRF2靶基因，催化谷胱甘肽合成的第二步反应，将甘氨酸添加到γ-谷氨酰半胱氨酸中形成谷胱甘肽¹⁴⁷。SLC7A11、GCLC/GCLM和GSS协同作用控制谷胱甘肽的合成，从而对抗铁死亡¹⁴⁸,¹⁴⁹,¹⁵⁰,¹⁵¹。除了调控直接参与谷胱甘肽合成的基因外，NRF2还通过转录调控谷胱甘肽二硫键还原酶（GSR）（图5，GSR）以及多药耐药蛋白1（MRP1或ABCC1）来控制谷胱甘肽的氧化还原循环和输出¹⁵¹,¹⁵²。MRP1的高表达水平由于增加了谷胱甘肽的外排，使细胞对铁死亡诱导剂更加敏感¹⁵¹。这些基因还可以以不依赖谷胱甘肽的方式抑制铁死亡。例如，在半胱氨酸饥饿条件下的非小细胞肺癌（NSCLC）细胞系中，高水平的NRF2增强了谷氨酸-半胱氨酸连接酶（GCLC/GCLM）的活性，导致γ-谷氨酰肽的合成；这种合成限制了谷氨酸的积累，从而以不依赖谷胱甘肽的方式保护细胞免受铁死亡¹⁵³。此外，SLC7A11还参与色氨酸代谢产物——犬尿氨酸的摄取，这一细胞代谢物对一碳单位和NAD+代谢至关重要，从而抑制铁死亡¹⁵⁴。总体而言，这些发现强调了NRF2在调控依赖谷胱甘肽和不依赖谷胱甘肽的通路中发挥的关键作用，从而保护细胞免受铁死亡。Para_03许多其他NRF2的靶基因也被发现具有抵抗铁死亡的作用（图5，右），其中包括AIFM2基因，它编码铁死亡抑制蛋白1（FSP1）。FSP1通过将辅酶Q10（CoQ）还原为抗氧化剂泛醇（CoQH2），从而防止细胞膜中的脂质过氧化，其作用机制独立于GPX4（参考文献155,156）。醛酮还原酶（AKR1C1–3）是已被明确鉴定的NRF2靶基因，它们能够降解由12/15-脂氧合酶生成的脂质过氧化物，从而赋予转移性黑色素瘤细胞对铁死亡的抵抗力；抑制AKR活性可使这些细胞重新对铁死亡敏感（图5，AKR1C1–3）。胱硫醚β-合成酶（CBS）是一种通过转硫化途径将同型半胱氨酸代谢为半胱氨酸的酶，也是NRF2的靶基因（图5，转硫化途径）。在卵巢癌细胞中，通过爱拉斯汀酸（erastin）长时间抑制系统Xc⁻会通过持续激活转硫化途径并上调CBS表达来产生铁死亡抗性，这种机制可通过将同型半胱氨酸转化为半胱氨酸以补偿半胱氨酸的短缺实现。在耐药细胞中敲低CBS或抑制NRF2的表达会增强细胞对铁死亡的敏感性，这展示了NRF2/CBS信号通路如何保护细胞免受爱拉斯汀诱导的铁死亡（参考文献160）。Iron signalling 铁信号传导Para_01铁稳态调节是NRF2调控的另一个与铁死亡相关的方面（图5，左侧）。NRF2直接调控铁蛋白重链和轻链的转录表达161,162，这些蛋白形成一个复合物用于储存过量铁，并通过芬顿反应防止活性氧（ROS）的生成。最近研究表明，NRF2同时调控铁蛋白的合成与降解过程，从而通过三条信号通路防止不稳定铁池（LIP）的积累：NRF2–HERC2–FBXL5–IRP1/2依赖的铁蛋白合成通路、NRF2–HERC2–NCOA4介导的将铁蛋白招募至自噬体的通路，以及NRF2–TFEB–VAMP8驱动的自噬体-溶酶体融合以实现铁蛋白降解5（图5，铁蛋白自噬作用）。Para_02NRF2通过FPN1启动子中的ARE正向调控铁转运蛋白1（FPN1）的转录，FPN1也被称为SLC40A1（图5，FPN1），而BTB及CNC同源蛋白1（BACH1）则对FPN1起负向调控作用。FPN1是目前已知哺乳动物细胞中唯一的细胞铁外排转运蛋白，主要存在于肠上皮细胞和巨噬细胞中。通过促进细胞内多余铁的外排，FPN1有助于维持铁稳态。NRF2通过ARE介导的转录上调骨形态发生蛋白6（BMP6）和铁调素（由HAMP编码）的表达，进一步促进铁稳态。肝窦内皮细胞释放的BMP6可刺激邻近肝细胞合成铁调素。铁调素是一种由肝脏分泌的激素，通过与FPN1结合并诱导其降解，在调节全身铁水平方面至关重要（图5，铁调素）。当血液中铁浓度充足时，这种铁调素–FPN1调控系统能有效减少消化道对铁的吸收以及巨噬细胞释放铁。Para_03另一个参与铁信号传导的重要NRF2靶基因是HMOX1，它编码HO-1。除了调节氧化还原活性外，HO-1还控制铁稳态（见图5，HMOX1/HO-1）。HO-1催化血红素分解为胆绿素、一氧化碳和铁，从而有助于维持铁稳态。HO-1释放的不稳定铁可通过驱动脂质过氧化促进铁死亡。然而，NRF2的激活同时上调了具有细胞保护作用的基因，这些基因可抵消氧化损伤并限制不稳定铁的积累。通过增强铁蛋白和FPN的表达，NRF2减少了细胞内可用于催化脂质过氧化反应的不稳定铁池，最终对铁死亡起到总体保护作用。NRF2 and ferroptosis in diseases NRF2 与疾病中的铁死亡Para_01大量研究表明，NRF2在多种由铁死亡驱动的疾病中具有抗铁死亡的功能。最初，开发铁死亡诱导剂的目的是杀死对凋亡诱导剂产生耐药性的KRAS驱动型癌细胞。由于NRF2能够调控氧化还原稳态，研究人员由此受到启发，想要探究NRF2是否是癌细胞对铁死亡诱导剂反应的关键决定因素。通过遗传学和药理学手段，研究人员证实了NRF2水平与培养的卵巢癌细胞系、SKOV-3异种移植模型以及患者来源的异种移植模型对铁死亡诱导剂的耐受性相关。研究已证明，NRF2是在肝细胞癌细胞对包括erastin、索拉非尼和丁硫氨酸亚砜胺在内的铁死亡诱导剂敏感性方面的一个关键因素。同样，在头颈癌细胞中，抑制NRF2可以增强顺铂耐药癌细胞对青蒿琥酯诱导的铁死亡的敏感性。这些研究结果表明，抑制NRF2对于铁死亡诱导剂的效果至关重要，尤其是在NRF2高表达的癌症中。Para_02尽管诱导铁死亡可能对癌症治疗有益，但抑制铁死亡可能有助于预防某些疾病。在阿尔茨海默病和帕金森病的神经退行性疾病模型中，NRF2的激活可减轻铁积累和氧化应激，从而保护神经元细胞免受铁死亡的损害。NRF2的保护作用也延伸到心血管疾病，在其中其激活可减少铁的积累和脂质过氧化。在体外实验中，NRF2的激活可防止巨噬细胞发生铁死亡，同时在ApoE–/–小鼠中减少斑块形成并保护其免于动脉粥样硬化。在肝脏特异性GPX4敲除小鼠中，GPX4缺失的肝脏显示出NRF2及其靶基因的上调，这表明NRF2启动了强大的抗铁死亡反应，以对抗GPX4缺失及由此产生的脂质过氧化。尽管这些研究表明NRF2的激活可以减少铁死亡，但也有一些相互矛盾的报道得出了相反的结论。在阿霉素诱导和缺血-再灌注诱导心肌病的小鼠模型中，发现NRF2介导的HO-1上调通过降解血红素并随后导致LIP的积累，促进了心脏毒性。这种过量的LIP会导致线粒体脂质过氧化和铁死亡；使用铁抑素-1抑制铁死亡显著减轻了心肌病。在糖尿病性心肌病模型中，通过心肌细胞特异性敲除ATG5来抑制自噬，增强了NRF2活性并增加了铁死亡，从而加速了1型糖尿病中心肌病的发展。由心肌细胞特异性ATG5敲除诱导的这些不良心脏表型可通过同时敲除NRF2而得到缓解，突显了在自噬受损条件下，NRF2在促进铁死亡和加剧心肌损伤中的关键作用。NRF2 in human diseasePara_01许多研究探讨了NRF2调节对多种疾病的发生和发展的影响，包括癌症、衰老、神经退行性疾病、动脉粥样硬化、败血症、非酒精性脂肪性肝炎（NASH）、肺损伤、糖尿病及其并发症、银屑病和狼疮性肾炎。这些研究强调了NRF2在不同病理背景中的重要性，揭示了其在某些疾病中作为保护因子的作用，而在特定条件下也可能促进疾病进展的双重角色。Cancer 癌症Para_01大量研究强调了NRF2在癌症中的双重作用，从最初十年的化学预防研究转变为随后几十年对它在癌症进展和治疗耐药性方面作用的探索（参见‘NRF2：一把双刃剑’）。有关NRF2在癌症中作用的一般概述，请参阅方框2。关于人类癌症中发现的KEAP1、NRF2或其他NRF2调控因子突变，以及NRF2在治疗耐药性和肿瘤转移中的作用等主题的综述广泛可见。 [div_box]Ageing and neurodegenerative diseases 衰老与神经退行性疾病Para_01NRF2 在衰老过程中的作用，尤其是在神经干细胞/祖细胞（NSPCs）中的作用已被广泛研究。NSPCs 的再生功能随着年龄增长而下降，在中年阶段（13-15个月）时NSPC的存活和再生能力显著降低。这种下降与NRF2表达水平的降低相关。在年轻的NSPCs中抑制NRF2表达会损害其存活和再生能力，这种现象与老年NSPCs的衰退相似。相反，在老年的NSPCs中过表达NRF2则能增强其存活和再生能力，表明NRF2在衰老过程中对NSPC功能具有调节作用。此外，NRF2基因敲除（KO）小鼠表现出长时程增强作用受损，这是一种加强突触的过程，对学习和记忆至关重要，而这一过程依赖于颗粒下区的完整性。这表明可能存在与海马神经发生相关的认知缺陷。与正常神经元相比，NRF2缺失导致从出生到成年阶段颗粒下区来源的NSPCs克隆形成能力和增殖能力降低，神经元分化受损，并导致星形胶质细胞和少突胶质细胞的产生异常。通过异位表达NRF2来挽救来自NRF2 KO小鼠的NSPCs可以减轻这些变化，说明NRF2在NSPC维持中具有重要作用。尽管NRF2随年龄增长并未显著影响NSPC的整体活力，但在关键的中年时期，NRF2调控了NSPC的增殖以及神经元与胶质细胞分化的平衡。通过移植过表达NRF2的NSPCs改善海马环境，可缓解与年龄相关的NSPC再生能力下降，并改善与海马相关的动物行为，进一步强调了NRF2在维持NSPC功能方面的重要性。Para_02NRF2 在帕金森病中起到保护作用，这在过表达 α-突触核蛋白（α-SYN）的小鼠模型中得到了验证，缺乏 NRF2 会加剧蛋白酶体功能障碍、神经炎症和神经退行性病变。研究结果表明，α-SYN 聚集与 NRF2 缺乏共同促进了帕金森病早期发病机制，为研究早期帕金森病提供了一个有价值的模型。增强大脑中 NRF2 介导的防御反应可以有效抵御突触核蛋白病及其相关的神经退行性病变。在人类 α-SYN 过表达的小鼠中敲除 NRF2 导致氧化应激和蛋白质毒性应激增加，这是帕金森病的关键特征。这些 hα-Syn+/Nrf2–/– 小鼠表现出 α-SYN 的磷酸化和寡聚化增加，并伴随黑质多巴胺能神经元的丧失以及更为明显的行为缺陷，类似于早期帕金森病。这些小鼠还在多个脑区显示出增强的氧化应激、更高的炎症标志物表达水平以及升高的自噬负担。在另一个实验性帕金森病模型中，NRF2 调控小胶质细胞动态变化及神经炎症，NRF2 基因敲除小鼠表现出更严重的多巴胺能功能障碍、星形胶质增生和小胶质细胞增生，促炎标志物水平升高，抗炎标志物水平下降。NRF2 激活还减少了 MPTP 引起的氧化应激和炎症反应。这些研究表明，激活 NRF2 仍是延缓帕金森病发病和进展的一种有前景的治疗策略。Para_03NRF2 通过调控氧化应激和炎症反应在阿尔茨海默病中也发挥了重要作用。研究表明，在小鼠中 NRF2 的缺失复制了阿尔茨海默病患者中观察到的许多转录组变化，并加剧了淀粉样蛋白和 Tau 蛋白的病理特征。NRF2 的缺失会加重慢性神经炎症，突显其在调控大脑胶质细胞和炎症反应中的重要性。在一个阿尔茨海默病小鼠模型中，通过基因手段激活 NRF2 可以减轻氧化应激标志物和炎症反应，从而改善认知障碍，表明激活 NRF2 在阿尔茨海默病治疗中具有潜在的治疗益处。Atherosclerosis 动脉粥样硬化Para_01NRF2 通过减少氧化应激和炎症在动脉粥样硬化中起到保护作用。在内皮细胞中，层流触发 NRF2 介导的抗氧化基因（如 NQO1 和 HO-1）的表达，这些基因可对抗氧化损伤并减少促炎分子如 VCAM1 的表达（参考文献 192）。NRF2 调控小鼠巨噬细胞中 CD36、HO-1 及其他应激蛋白的表达，以应对氧化低密度脂蛋白和 HNE 的刺激，突显了其在泡沫细胞形成和动脉粥样硬化中的作用（文献 193）。有趣的是，CD36 参与调控小鼠血管平滑肌细胞中活性氧形成的信号通路。与野生型小鼠相比，在动脉损伤后，CD36 敲除小鼠血管壁中的活性氧显著减少（文献 194）。这是由于 CD36 配体依赖性的原癌基因酪氨酸蛋白激酶 FYN 的诱导和磷酸化，从而促进 NRF2 的核输出和降解，进而下调抗氧化酶的表达。CD36 介导的抗氧化系统（如过氧化还原酶 2 和 HO-1）的下调有助于其促血栓形成、促炎和致动脉粥样硬化的效应（文献 194）。色氨酸代谢物 3-羟基邻氨基苯甲酸通过 NRF2 介导的 HO-1 诱导作用抑制内皮细胞中 MCP-1 的分泌及 VCAM1 的表达，进一步强调了 NRF2 在预防血管炎症中的作用（文献 195）。NRF2 还可通过降低促炎细胞因子如 IL-1β 和 IL-6 的水平，减轻脂多糖诱导的泡沫细胞巨噬细胞炎症反应（参考文献 196）。Para_02有趣的是，在动脉粥样硬化模型中，NRF2缺乏既显示出保护性作用，也表现出有害效应。在低密度脂蛋白受体缺陷小鼠中，NRF2缺乏会减小动脉粥样硬化病变的大小，这可能是因为对脂质代谢产生了全身性影响。然而，在老龄化的LDLR–/–ApoB100/100小鼠中，这种缺乏会增强动脉粥样硬化斑块的不稳定性，增加斑块中的炎症和氧化应激水平，可能导致心肌梗死和猝死的风险升高。骨髓来源细胞中NRF2的缺失通过增加修饰型低密度脂蛋白的摄取、促进泡沫细胞形成以及诱导巨噬细胞呈现促炎表型，加剧了低密度脂蛋白受体缺陷小鼠早期动脉粥样硬化的发展。然而，NRF2在动脉粥样硬化中的作用是复杂的。最近的一项研究发现，NRF2对于胆固醇结晶诱导的炎症小体激活以及动脉粥样硬化的加重至关重要。胆固醇结晶同时激活NRF2和NLRP3炎症小体，从而引发显著的IL-1反应。因此，Nrf2–/–/Apoe–/–小鼠在饮食诱导的动脉粥样硬化发生中表现出抵抗性，表明NRF2的促动脉粥样硬化作用是通过其在IL-1产生中的角色介导的。Sepsis 脓毒症Para_01NRF2调节先天免疫反应，以确保在败血症中存活。当受到细菌感染或脓毒性休克时，NRF2缺陷型小鼠表现出更高的死亡率和加剧的炎症反应，表明严重的免疫失调。NRF2在败血症中的保护作用进一步得到了证实，NRF2激活剂如环状-28,30-二脱氢-28,29-二甲基-18β-齐墩果-12-烯酸衍生物、CDDO-咪唑酰胺（CDDO-Im）和CDDO-甲酯（CDDO-Me），也被称为巴多索龙衍生物，能够通过减少LPS诱导的细胞因子表达和氧化应激，减轻LPS引发的炎症和死亡率，这表明激活NRF2在败血症管理中具有治疗潜力。NRF2在调控人类单核细胞炎症反应中的作用也得到了研究。NRF2在LPS刺激下上调NQO1和HO-1的表达，从而防止过度的炎症反应。在人类单核细胞中沉默NRF2表达会导致TNF和IL-1β的产生增加，而NQO1和HO-1的过表达则会降低这些细胞因子的水平。NRF2还参与了由烟碱型乙酰胆碱受体α7亚单位（α7nAChR）介导的抗炎作用。尼古丁激活α7nAChR后，通过钙离子内流、蛋白激酶C激活和活性氧生成的通路诱导NRF2和HO-1的表达。这种激活可抑制促炎介质的产生，并改善脓毒症模型的生存率。这些观察结果强调了NRF2在介导α7nAChR激活的抗炎效应中的重要性。此外，NRF2在败血症中还发挥关键作用，它将HO-1的诱导与抗炎细胞因子的上调以及线粒体生物合成联系起来，从而减轻肝脏损伤并提高存活率。Metabolic dysfunction-associated steatohepatitis/non-alcoholic steatohepatitis 代谢功能障碍相关性脂肪性肝炎/非酒精性脂肪性肝炎Para_01非酒精性脂肪性肝病最近被重新归类为代谢功能障碍相关性脂肪性肝炎（MASH），其涵盖的疾病谱从单纯的脂肪变性到NASH、纤维化、肝硬化以及肝细胞癌。作为一种主要的全球健康负担，MASH强调了代谢功能障碍在肝病进展中的关键作用。NRF2在缓解MASH中起着关键作用，因为当NRF2缺陷小鼠接受蛋氨酸缺乏和胆碱缺乏或高脂饮食时，会发展为严重的NASH和肝硬化。这种易感性似乎源于氧化应激增强、未折叠蛋白反应受损、代谢酶调控紊乱、脂质生成增加、脂解作用减少以及炎症性肝损伤加重。与遗传模型数据一致，通过Cullin3的neddylation（类泛素化修饰）导致的NRF2失调会下调AGER1，即晚期糖基化终产物（AGE）清除受体，从而上调促炎受体RAGE，并加速氧化应激、炎症和纤维化进程。使用腺相关病毒疗法恢复NRF2功能，可逆转AGER1的下调，从而降低AGE水平并缓解促炎和促纤维化反应。有趣的是，肝细胞特异性NRF2缺失通过减少PPARγ表达来减轻高脂饮食诱导的肝脂肪变性，这表明NRF2在MASH发病机制中具有复杂且细胞特异性的作用。Para_02NRF2的激活已被战略性地用于减缓NASH的发展，通过对抗氧化应激、减少脂质过氧化并缓解纤维化。NRF2激活剂，如奥替普拉（OPZ）、NK-252和TBE-31，在小鼠和大鼠的MASH模型中均可减轻肝纤维化和组织学异常212,213。同样，通过Cre重组酶介导表达组成型活性NRF2构建体（AlbCre+/caNRF2+）实现的肝细胞特异性NRF2激活，在饮食诱导的MASH模型中已被证明可减少肝细胞损伤和脂肪变性。然而，仅此激活不足以完全应对MASH的其他病理特征，例如炎症、氧化应激和肝星状细胞的激活214。这表明NRF2的激活可能主要改变肝细胞代谢，而不是对炎性微环境产生显著影响。诸如SFN前体葡萄糖萝卜素等化合物可以改善肝脏脂肪变性和减少炎性信号传导，突出了NRF2在调节全身能量平衡和氧化应激中的作用215。NRF2激活剂BTT-105通过调节抗氧化通路并在肝星状细胞中减少PI3K-Akt信号传导表现出抗纤维化效果，进一步证实了NRF2作为MASH相关纤维化的治疗靶点216。脱氢松香酸通过激活NRF2改善NASH，从而减少铁死亡，这一过程以MASH中的过度脂质过氧化和氧化损伤为特征217。最后，PHAR作为一种选择性激活NRF2的化合物，其作用机制是破坏NRF2–β-TrCP–CULLIN1 E3复合物而非NRF2–KEAP1–CULLIN3 E3复合物，提供了一种有望的策略，可在减少肝脏脂肪积累和纤维化的同时避免与靶向KEAP1的其他NRF2激活剂相关的副作用（参考文献218）。总体而言，这些研究结果支持将NRF2激活作为管理MASH及其进展的多方面治疗方法的潜力。Para_03关于MASH患者肝组织中NRF2的表达水平，现有研究证据存在矛盾。在患有慢性肝病（包括非酒精性脂肪性肝病）的人群中，肝脏NRF2的表达增加，并且其水平与升高的氧化应激和炎症相关209,219,220。而其他研究则表明，在小鼠以及患有肥胖症和胰岛素抵抗人群的脂肪肝组织中，肝脏NRF2的表达降低，这些状况与MASH的发生密切相关221。这些差异突显了进一步研究的必要性，以明确NRF2在MASH发病过程中不同阶段的调控机制。很可能在单纯性脂肪变性的早期阶段，NRF2表达会增加以对抗氧化应激，但随着疾病进展为NASH和纤维化，其表达随后下调。Lung injury 肺损伤Para_01NRF2 在减轻肺损伤和促进多种情况下的恢复中起着关键作用。NRF2 可防御高氧性肺损伤。在高氧条件下，与野生型小鼠相比，NRF2 基因敲除（KO）小鼠表现出更严重的肺部过度通透性、巨噬细胞炎症和上皮损伤。高氧显著上调野生型小鼠中 NRF2 mRNA 的表达及其 DNA 结合活性，从而增加抗氧化酶和 II 相解毒酶的表达，例如 NQO1、GST、UGT、GPX2 和 HO-1，这些酶可保护肺组织免受氧化损伤。NRF2 KO 小鼠在由高氧引起的急性肺损伤和炎症恢复过程中存在障碍，表现为持续的细胞损伤和巨噬细胞浸润延长。通过补充谷胱甘肽（GSH），这些小鼠的恢复能力显著改善，突显了 NRF2 调控的 GSH 合成在肺组织修复和炎症消退中的关键作用。此外，NRF2 对于促进线粒体生物合成以及帮助缓解金黄色葡萄球菌肺炎导致的肺损伤至关重要，因为 NRF2 KO 小鼠表现出增强的肺部炎症和受损的线粒体生物合成。在 LPS 诱导的急性肺损伤过程中，研究显示磷酸二酯酶 4B（PDE4B）对于 NLRP3 炎症小体的激活是必需的，这种激活通过与 NRF2 的正反馈循环实现。尽管 PDE4B 不是 NRF2 的直接靶基因，但 NRF2 可间接调节其表达，从而影响肺部炎症中的炎症小体活性。这表明 NRF2 可能在急性肺损伤期间塑造炎症反应中发挥作用。然而，需要注意的是，关于 NRF2 在炎症小体调控中的作用仍存在争议，有证据支持其在不同情境下分别具有促炎或抗炎作用。Para_02在慢性肺部疾病背景下，NRF2的基因缺失会增加小鼠对香烟烟雾诱导的肺气肿的易感性。与野生型小鼠相比，这种破坏会导致更早发生且更为严重的肺气肿，其特征是支气管肺泡炎症增加、氧化应激标志物升高以及肺泡细胞凋亡增多226。使用CDDO-Im激活NRF2可显著减少暴露于香烟烟雾的小鼠肺部氧化应激、肺泡细胞凋亡、肺泡结构破坏和肺动脉高压227。同样，NRF2的缺失会增强对严重气道炎症和哮喘的易感性。NRF2基因敲除（KO）小鼠表现出更严重的过敏原诱发的气道炎症和高反应性，伴有黏液细胞增生增加、嗜酸性粒细胞浸润增多，以及辅助T细胞2型细胞因子IL-4和IL-13水平升高（参考文献228）。NRF2还能抵抗肺纤维化。在用博来霉素（一种肺纤维化模型）处理的NRF2基因敲除小鼠中，与野生型小鼠相比，肺重量增加更明显，上皮细胞死亡更多，纤维化标志物也更高，这表明NRF2在增强细胞抗氧化能力并对抗纤维化方面具有重要作用229。Diabetes and diabetic complications 糖尿病及其并发症Para_01NRF2已被证明可减轻与糖尿病肾病相关的组织损伤或骨骼肌萎缩，并促进糖尿病伤口的愈合此外，通过遗传或药物手段增强胰岛素分泌并改善胰岛素抵抗，NRF2可以预防糖尿病的发生，如下列研究所示上调NRF2可降低血糖水平，并改变与抗氧化活性、能量消耗和糖异生相关的代谢组织中的基因表达在小鼠中，二甲基酸（DMA）激活NRF2可抑制炎症和氧化应激，促进MGO代谢并减少AGEs和炎性细胞因子的形成，从而防止糖尿病相关并发症NRF2/HO-1轴在管理2型糖尿病相关骨关节炎的炎症方面也至关重要，进一步表明NRF2的激活可以改善糖尿病并发症中的炎症反应然而，通过p62介导的KEAP1隔离实现的长期NRF2激活会通过增加肝脏中的糖异生和葡萄糖通量而导致葡萄糖稳态向促糖尿病方向转变而经典的间歇性NRF2激活可以防止糖尿病引起的组织损伤，长期的非经典NRF2激活可能是有害的Psoriasis 银屑病Para_01NRF2 参与银屑病的发病过程，这是一种以角质形成细胞过度增殖和免疫反应改变为特征的慢性炎症性皮肤疾病。作为氧化应激和炎症的关键调节因子，NRF2 影响多种与银屑病相关的分子通路。虽然 NRF2 能促进角质形成细胞中与过度增殖相关角蛋白（如 K6、K16 和 K17）的表达，可能促使银屑病病变部位的细胞过度增殖，但其激活也可调节包括 NF-κB/MAPK 信号级联在内的炎症通路，从而减轻炎症和氧化损伤。针对 NRF2 的治疗策略已显示出前景，例如 DMF（首个获批临床使用的 NRF2 激活剂；详见下文进一步讨论）及新型杂合物（HYCOs），它们能够激活 NRF2 并释放一氧化碳，表现出显著的抗炎效果并改善银屑病症状。研究发现，在皮肤隔室中 NRF2 与免疫信号之间的相互作用尤为突出，这些研究识别了与 NRF2 调控通路相关的表达数量性状位点（eQTLs）。这些 eQTLs 为遗传变异如何驱动银屑病皮肤中的动态变化提供了关键见解。总体而言，这些发现强调了靶向 NRF2 治疗银屑病的潜力，通过同时应对角质形成细胞的过度增殖和免疫介导的炎症，标志着首次证明 NRF2 激活剂在治疗该疾病中的有效性。Lupus nephritis 狼疮性肾炎Para_01老年雌性NRF2基因敲除小鼠会出现严重的狼疮样自身免疫性肾炎，其特征包括肾小球病变、血清免疫球蛋白增加、肌酐清除率降低以及氧化应激标志物升高。此外，绿茶中含有的表没食子儿茶素-3-没食子酸酯（EGCG）可通过增强NRF2抗氧化信号通路和抑制NLRP3炎症小体的激活来预防狼疮性肾炎。在易患狼疮的小鼠模型中，EGCG改善了肾脏功能，减少了氧化应激并降低了炎症反应。NRF2通过抑制氧化损伤和NF-κB介导的炎症反应来减轻狼疮性肾炎的严重程度。在B6/lpr小鼠中敲除NRF2会通过增强辅助性T细胞17的功能，加剧狼疮性肾炎的发展，从而促进疾病的进展。这些研究共同表明，NRF2通过其抗氧化能力和对炎症通路的调控，在诸如狼疮性肾炎等自身免疫性疾病中具有保护作用。Therapeutic development of NRF2 modulatorsPara_01目前，有几种颇具前景的NRF2诱导剂正处于临床和临床前开发阶段。本节将探讨它们的作用机制、疗效和安全性特征，同时讨论阻碍NRF2特异性抑制剂开发的挑战，并强调NRF2治疗调控中的关键障碍和未来方向。Two classes of NRF2 inducers: cysteine-reactive activators and PPI (KELCH–ETGE) disrupting activators NRF2诱导剂的两类：半胱氨酸反应性激活剂和PPI（KELCH–ETGE）干扰性激活剂Para_01最早发现的NRF2诱导剂主要是可与半胱氨酸反应的化合物，这些化合物靶向KEAP1上的特定半胱氨酸残基，特别是KEAP1 Cys151。这些诱导剂通过共价修饰KEAP1，抑制KEAP1–CUL3 E3泛素连接酶的功能，从而稳定NRF2。尽管这些诱导剂具有一定的效果，但由于它们会与其他含有反应性半胱氨酸残基的蛋白质发生电亲反应，常常表现出脱靶效应。目前已有三种NRF2诱导剂获批——DMF（富马酸二甲酯）、地罗西梅尔富马酸盐（Diroximel fumarate）和奥美伐洛酮（Omevaloxolone），还有几种正在临床试验阶段（见图6和补充框3）。虽然一些与半胱氨酸反应的激活剂已在临床上取得成功，但这些化合物广泛的反应性和脱靶效应仍带来了重大挑战。PPI（蛋白-蛋白相互作用）干扰型激活剂提供了一种具有更高潜在特异性的替代方法来激活NRF2，但其开发受到药代动力学局限性的阻碍。对这两类诱导剂设计的持续研究和优化对于充分挖掘NRF2激活的治疗潜力至关重要。 Fig. 6: Structures of NRF2 inducers and inhibitors. - 图片说明 ◉ CDDO-Me，巴多索酮甲酯。 [div_box]Cysteine-reactive activators undergoing clinical trials 正在进行临床试验的半胱氨酸反应性激活剂Para_01SFN（见图6）是一种天然存在的异硫氰酸酯，当西兰花等十字花科蔬菜被咀嚼、切割或加工时，其中的黑芥子酶（myrosinase）将萝卜硫苷转化为SFN，其通过修饰KEAP1 Cys151来激活NRF2（参考文献8）。在各种疾病模型中开展的临床前研究已经证明了SFN在减少氧化应激和炎症方面的作用，从而缓解多种疾病的症状。然而，支持SFN作为潜在治疗剂的最有力证据来自于人类临床试验，因为SFN已在大量临床研究中进行了测试。目前，含SFN的制剂是在临床环境中研究最为广泛的NRF2诱导剂。在一项涉及2型糖尿病患者的研究中，SFN显著降低了氧化应激标志物并改善了血糖控制。一项针对自闭症谱系障碍患者的临床试验显示，SFN通过其经NRF2介导的抗炎作用，改善了社交行为和语言交流。富含SFN的西兰花芽提取物增强了健康志愿者对空气污染物的解毒能力，突出了SFN在化学预防中的潜力。这些发现强调了SFN在以氧化应激和炎症为特征的疾病中的治疗潜力，并支持正在进行的以及未来的临床试验。Para_02Bardoxolone methyl（CDDO-Me 或 BARD-Me）（图6）是一种oleanane三萜类化合物，也是CDDO的甲酯衍生物，通过激活NRF2通路，它在多种疾病中的潜在治疗作用已被广泛研究。CDDO-Me在Cys151位点修饰KEAP1（参考文献63），从而稳定并激活NRF2，进而上调抗氧化和细胞保护基因。临床前研究表明，CDDO-Me在预防致癌作用、肾脏缺血再灌注损伤、免疫性肝炎及其他多种病症中具有保护作用。尽管临床前结果令人鼓舞，但CDDO-Me在临床试验中面临重大挑战。由Reata Pharmaceuticals与协和发酵麒麟（Kyowa Kirin）合作开展的两项主要临床试验BEACON和CARDINAL未能达到主要终点，并引发了关于该化合物安全性的担忧。Para_03BEACON试验（NCT01351675）于2011年启动，是一项III期研究，旨在评估CDDO-Me在晚期慢性肾病和2型糖尿病患者中的疗效。由于严重不良事件的发生率增加，包括心力衰竭等心血管并发症，该试验提前终止，从而得出结论：CDDO-Me可能对严重慢性肾病患者带来重大风险。继BEACON试验之后，Reata Pharmaceuticals公司于2017年启动了CARDINAL试验（NCT03019185），以评估CDDO-Me在Alport综合征患者中的疗效，Alport综合征是一种以进行性肾病为特征的罕见遗传性疾病。尽管初步结果显示在改善肾功能方面具有潜力，但CDDO-Me的长期疗效和安全性仍不确定，关于潜在脱靶效应和心血管安全性的担忧依然存在，最终导致该药物的研发被终止。AYAME III期临床试验评估了CDDO-Me在糖尿病肾病中的有效性和安全性，但由于类似的安全性问题，该试验于2023年5月终止。尽管在估算的肾小球滤过率的主要和次要终点上达到了预期效果，但在治疗组和安慰剂组之间，进展至终末期肾病的时间上没有显著差异。Para_04这些临床试验的挫折凸显了基于NRF2的治疗开发过程中的复杂性与挑战。这些试验中观察到的不良事件表明了进行彻底的安全性评估的重要性，以及需要更好地了解潜在药物的作用机制及其脱靶效应。未来的研究应着重于优化NRF2诱导剂的药理特性，提高其特异性，减少脱靶毒性，并将潜在风险降至最低，以实现成功的临床结果。PPI disrupters PPI 干扰剂Para_01PPI干扰激活剂通过结合到KEAP1的KELCH结构域，特异性靶向KEAP1–NRF2相互作用，从而破坏其与NRF2的ETGE基序的相互作用。这些激活剂被设计用于稳定NRF2并防止其降解，与半胱氨酸反应性激活剂相比，具有更少的脱靶效应255,256,257。然而，这种方法潜在的脱靶效应包括与BTB-KELCH家族其他成员的相互作用；破坏结合于KEAP1 KELCH结构域的其他KEAP1底物；以及干扰p62–KEAP1相互作用，从而通过自噬体-溶酶体系统导致p62介导的蛋白质降解失调。目前，PPI干扰激活剂主要有四种类型：四氢异喹啉（THIQs）、萘类及其类似物、基于片段药物发现所鉴定出的化合物，以及大环化合物——其中THIQs和萘类受到最多关注。尽管在临床前研究中显示出良好的效果，但这些NRF2激活剂面临诸如细胞膜通透性低、代谢稳定性差、口服生物利用度有限以及中枢神经系统渗透性不足等挑战。这些问题导致其在体内的药效学和药代动力学特性不佳，阻碍了这些化合物进入临床试验。关于PPI干扰激活剂的更多详细信息和全面综述，请读者参考其他已发表的研究和综述文章258,259。NRF2 inhibitors NRF2抑制剂Para_01癌症中NRF2的持续激活会促进癌症的发展、转移以及对化疗药物、放疗和铁死亡诱导剂的耐药性。这种NRF2的‘阴暗面’突显了在那些因KEAP1、CUL3或其他基因体细胞突变而导致E3泛素连接酶活性受损、NRF2水平较高的癌症中，抑制其保护机制的重要性。尽管已有少量NRF2抑制剂被报道，但它们的特异性和有效性仍存在争议（图6和方框4），且尚无一种显示出进入药物研发管线的潜力。 [div_box]Brusatol 布鲁萨托尔Para_01Brusatol 是从Brucea javanica中提取的一种苦木素类化合物，通过基于细胞的天然产物筛选被发现具有抑制ARE-荧光素酶活性的能力（图6）。它能显著降低NRF2蛋白水平，EC50为20–40 nM，尽管它并不直接作用于NRF2，其确切的细胞靶点仍有待明确。后续研究发现，Bru satol能够抑制蛋白质合成，鉴于NRF2本身半衰期很短，这可能解释了其在降低NRF2蛋白水平方面的有效性（参考文献261,262）。Bru satol在培养的细胞系中以20–40 nM的浓度或在小鼠中以腹腔注射1–2 mg kg–1的剂量即可有效降低NRF2蛋白水平，使其成为研究以组成性NRF2过表达为特征的疾病模型中NRF2抑制作用的重要工具。Para_02白杨素使多种人类癌细胞系对各种化学治疗药物更加敏感，并在A549异种移植瘤模型和LSL-KrasG12D/+小鼠肺癌模型中逆转了先天性和获得性耐药性。当在肿瘤发生后开始使用白杨素治疗时，携带Kras驱动的肺肿瘤的小鼠的寿命显著延长。已有研究报道白杨素在使癌细胞对铁死亡敏感方面的作用。通过抑制NRF2，白杨素增加了LIP（不稳定铁池）并增强了癌细胞对铁死亡诱导剂的敏感性。当与诸如IKE（咪唑酮埃拉司汀）之类的铁死亡诱导剂联合使用时，白杨素在包括卵巢癌细胞系、肿瘤类器官、异种移植瘤以及患者来源的异种移植瘤模型在内的临床前模型中显著增加了铁死亡的细胞死亡率。这些研究突出了白杨素作为治疗辅助剂的潜力，可增强癌细胞对传统癌症治疗和涉及铁死亡诱导剂的新疗法的敏感性。Halofuginone 卤夫辛酮Para_01卤夫酮（结构式见图6）是从中国传统草药常山中提取的退热碱的半合成衍生物，最初通过使用ARE-荧光素酶报告细胞系的高通量筛选被发现。它在亚微摩尔浓度下能有效降低NRF2蛋白水平。机理研究表明，与布鲁泰辛类似，卤夫酮通过抑制脯氨酸tRNA合成酶从而导致整体蛋白质合成的抑制。在体内实验中，卤夫酮可增强顺铂的疗效，使其成为联合治疗中有前景的候选药物。然而需要谨慎的是，已有研究报道其存在脱靶效应。Challenges facing development of therapeutic NRF2 modulators 开发治疗性NRF2调节剂面临的挑战NRF2 inducers NRF2 激活剂Para_01识别NRF2激活剂相对较为直接，已有大量化合物被确认具有激活NRF2通路的作用。然而，将这些激活剂转化为有效的治疗药物仍然是一个重大挑战，这在一些临床试验中的挫折中可见一斑，这些挫折可能源于脱靶毒性、特定疾病适应症以及药代动力学问题等因素。Para_02脱靶毒性产生的原因在于NRF2诱导剂，尤其是那些与半胱氨酸反应的诱导剂，可以与其预期靶标KEAP1之外的多种蛋白质发生反应，从而导致非预期的不良反应。这种广泛的反应性使这些化合物的治疗特性及其安全性变得复杂。例如，蛋白质组学研究表明，CDDO及其衍生物能够与超过500种蛋白质发生反应。同样，研究也表明DMF在NRF2敲除小鼠中依然具有作用，这表明NRF2激活并非介导其治疗多发性硬化有益效果的主要机制。开发干扰蛋白-蛋白相互作用（PPI）的激活剂是一种减轻这些脱靶风险的策略。然而，KEAP1与ETGE基序之间的相互作用界面广泛，涉及多个带正电荷的氨基酸残基。为了增强结合能力，研究人员引入了带电荷的部分结构。然而，PPI干扰型激活剂，特别是那些体积较大且带有电荷的分子，面临显著的药代动力学挑战，包括较差的生物利用度、快速清除以及有限的组织穿透力，这些都限制了它们的治疗效果。Para_03此外，疾病适应症的选择至关重要。虽然NRF2诱导剂能够有效缓解急性活性氧（ROS）介导的组织损伤或急性代谢失衡，但在慢性疾病中这些诱导剂可能效果较差，因为在慢性疾病中，由于持续的ROS生成或NRF2反应受损，NRF2通路通常处于持续激活状态；这两种情况都会使NRF2的进一步激活变得极为困难。因此，NRF2诱导剂在慢性疾病中的治疗益处仍然有限，这突显了在临床应用中对这些化合物需要有更细致的理解和更有策略性的使用方法。Para_04然而，NRF2激活剂在两个主要背景下具有重要意义。首先，在正常细胞的化学预防方面，NRF2的激活可以保护细胞免受损伤或转化为癌细胞，这与早期NRF2研究的基本原则一致。这一观点仍然成立，因为NRF2能够增强抗氧化防御能力，并提升细胞对致癌侵害的抵抗力。其次，NRF2激活剂在缓解急性损伤方面特别有效，因为这些情况需要快速的保护性反应。例如，在缺血-再灌注损伤中，手术过程中激活NRF2可以减少因血液流动突然恢复所引起的氧化损伤和炎症。同样地，在辐射引起的组织损伤中，预先使用NRF2激活剂可能保护正常组织免受与放射治疗相关的氧化和炎性损伤。这些应用实例说明了将NRF2激活作为特定病理靶点的重要性，在这些病理中其保护功能可以得到最大程度的发挥。NRF2 inhibitors NRF2 抑制剂Para_01尽管自从报道布鲁萨妥醇以来已过去十多个年头，但目前在药物研发管线中仍没有任何NRF2抑制剂。这突显了利用小分子靶向NRF2所固有的困难。作为一种非激素受体转录因子，NRF2缺乏传统可药用的结合口袋，并且本质上是无序的。NRF2缺乏可使其适用于传统高通量筛选的可行生化功能，同时其结构域本身缺乏刚性，进一步使发现过程变得复杂。Para_02鉴于直接抑制如NRF2这样的转录因子存在上述挑战，靶向蛋白降解技术已成为一种颇具前景的替代方法。尽管蛋白水解靶向嵌合体（PROTACs）仍需要一种能够与目标蛋白结合的配体，但这种方法提供了一种新的策略，通过消除特定蛋白而不是抑制其功能来靶向那些‘不可成药’的蛋白。Para_03多篇文献表明，利用PROTAC介导的KEAP1降解可以激活NRF2（参考文献271、272、273、274、275）。相比之下，目前尚未有关于NRF2降解剂的报道，这可能是由于在识别能够结合NRF2的分子方面存在困难。最近有一项研究报道了一种能够降解NRF2–MAFG异源二聚体的ARE-PROTAC分子276。尽管该研究提出了NRF2–MAFG异源二聚体共降解的设想，但所声称的NRF2依赖性MAFG降解背后的机制仍不清楚，因为并未研究与ARE结合的MAFG同源二聚体是否也可能被降解。此外，这种降解ARE结合二聚体的策略无疑会导致所有sMAFs以及NRF1和NRF3的降解。另外，ARE包含一个反向的AP-1反应元件26、277，这可能导致AP-1家族蛋白如JUN、FOS和FRA1的降解。综上所述，尽管从概念上看ARE-PROTAC具有吸引力，但其潜在的脱靶效应众多。此外，将ARE-PROTAC开发为可行药物面临重大挑战，因为它们是DNA与化学分子的杂合物，在本研究中需通过转染方式导入细胞内。虽然工业界和学术界的药物递送团队在开发适用于人体的DNA/RNA类药物载体方面取得了巨大进展，但靶向递送含核酸成分的药物又给分子药代动力学优化增加了额外的复杂性。鉴于ARE-PROTAC存在的这些问题，开发一种小分子NRF2 PROTAC仍然是理想的选择。Para_04分子胶是一类创新的小分子，旨在促进两种蛋白质之间的相互作用，通常导致其中一种蛋白质通过蛋白酶体系统降解。最近的一项研究介绍了一种名为 R16 的小分子，被称为‘分子胶’，它可以选择性地结合 KEAP1 突变体，恢复其与 NRF2 的相互作用，并促进 NRF2 的泛素化和降解，同时不影响野生型 KEAP1。尽管这些发现令人鼓舞，但对这类声明应持谨慎态度。认为 R16 能普遍纠正 KELCH 结构域内的任何 KEAP1 突变以恢复 NRF2 结合并确保 NRF2 特异性泛素化和降解的观点显得过于理想化。鉴于蛋白质相互作用的复杂性，声称像 R16 这样的单一化合物可以在不结合野生型 KEAP1–NRF2 复合物的情况下，统一恢复多种突变型 KEAP1–NRF2 复合物至野生型 KEAP1–NRF2 构型，仍需保持谨慎乐观，并需要进一步的研究。ConclusionPara_01在过去三十年中，NRF2的研究历程极大地加深了我们对这一转录因子在健康与疾病中作用的理解。最初，NRF2被确认为氧化应激反应中的关键转录因子，如今已发展成为调控细胞氧化还原稳态、免疫调节、代谢和蛋白质稳态的主调控因子。这种多面性突显了NRF2的重要性，同时也揭示了其作用机制的复杂性和依赖于环境的双重特性。尽管间歇性激活NRF2能够抵御多种疾病，但长期或异常的NRF2激活可能会打破平衡，走向其‘黑暗面’，促进肿瘤发生并导致治疗耐药。因此，在利用基于NRF2疗法的有益方面的同时，精准医学方法对于减轻潜在脱靶风险将至关重要。随着我们继续揭示由NRF2调控的复杂通路，该领域有望将这些见解转化为创新疗法，以应对一系列疾病和健康挑战中尚未满足的医疗需求。