【资源共享】Keap1-Nrf2-ARE信号通路
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Keap1-Nrf2-ARE信号通路
氧化应激产生的活性氧（reactive oxygen species，ROS）直接或间接地损伤细胞内蛋白质、脂质、核酸等大分子物质的生理功能，是众多疾病发生的病理生理基础。机体形成了一套复杂的氧化应激应答系统，当暴露于亲电子试剂或活性氧刺激时，能诱导出一系列的保护性蛋白，以缓解细胞所受的损害。Nrf2（NF-E2-related factor 2）是细胞氧化应激反应中的关键因子，受Keap1的调控，通过与抗氧化反应元件ARE（antioxidant response element）相互作用，调节抗氧化蛋白和II相解毒酶的表达。
Nrf2与Keap1的结构特征
Nrf2是CNC转录因子家族成员，含有6 个高度保守的结构域Neh（Nrf2-ECH homology），分别被命名为Nehl-Neh6。Nehl 区包含1 个C端亮氨酸拉链结构bZip（basic leucime zipper），bZip与细胞核内小Maf 蛋白（small Maf proteins）形成异二聚体，使Nrf2 能够识别、结合ARE，从而启动目标基因转录。Neh2区是Nrf2与胞浆蛋白Keap1（Kelch-like ECH-associated protein-1）结合区，含有ETGE基序、DLG基序两个结合位点。Neh4、Neh5是参与启动下游基因转录的结构域，当进入细胞核的Nrf2以Nrf2-Maf 的形式与ARE 结合后并不能立即启动转录，尚需要其他辅助蛋白如CREB结合蛋白、转录激活剂与Nrf2 的Neh4，Neh5两个结构域结合后，才能启动转录过程。
Keap1是Nrf2在细胞质中的结合蛋白，并与肌动蛋白结合锚定于胞浆中，含有5个结构域，分别为N端结构域（***）、干预区（IVR）、BTB区、双甘氨酸重复区（DGR）和C端结构域（CTR）。其中DGR区也叫Kelch区，是Keap1与Nrf2的结合区，同时也是与胞浆内肌动蛋白结合的位点；IVR区富含半胱氨酸，是整个蛋白的功能调节区；BTB区与看Keap1同源二聚有关。
Nrf2的活化
有证据显示，修饰Keap1的半胱氨酸残基，可以使Nrf2在细胞核内积聚，并且表达Nrf2的靶基因。有人认为，在正常条件下，Nrf2与Keap1结合，存在于细胞之中，发生氧化应激时，Keap1的半胱氨酸残基被修饰，改变构象导致Nrf2释放出来，进入细胞核中，与ARE结合后，促进靶基因的表达。然而后来发现，诱导剂无法使Keap1-Nrf2解离，并且Nrf2可以经泛素化后降解。
Keap1通过其BTB区结合Cul3、Kelch区结合Nrf2，将Nrf2连接到E3复合体，使泛素从E3转移到Nrf2的赖氨酸残基（位于ETGE基序、DLG基序之间），泛素化的Nrf2被迅速降解。发生氧化应激时，Keap1特定的半胱氨酸残基被修饰，导致构象的改变，DLG基序与Keap1的亲和力减弱而分离，即所谓的hinge and latch模型，从而免于泛素化降解。另外，多种蛋白激酶，例如MAPKs、PKC、PI3K等，可通过诱导Nrf2的磷酸化参与对Nrf2转录活性的调节。
氧化应激产生的活性氧（reactive oxygen species，ROS）直接或间接地损伤细胞内蛋白质、脂质、核酸等大分子物质的生理功能，是众多疾病发生的病理生理基础。机体形成了一套复杂的氧化应激应答系统，当暴露于亲电子试剂或活性氧刺激时，能诱导出一系列的保护性蛋白，以缓解细胞所受的损害。Nrf2（NF-E2-related factor 2）是细胞氧化应激反应中的关键因子，受Keap1的调控，通过与抗氧化反应元件ARE（antioxidant response element）相互作用，调节抗氧化蛋白和II相解毒酶的表达。
Nrf2与Keap1的结构特征
Nrf2是CNC转录因子家族成员，含有6 个高度保守的结构域Neh（Nrf2-ECH homology），分别被命名为Nehl-Neh6。Nehl 区包含1 个C端亮氨酸拉链结构bZip（basic leucime zipper），bZip与细胞核内小Maf 蛋白（small Maf proteins）形成异二聚体，使Nrf2 能够识别、结合ARE，从而启动目标基因转录。Neh2区是Nrf2与胞浆蛋白Keap1（Kelch-like ECH-associated protein-1）结合区，含有ETGE基序、DLG基序两个结合位点。Neh4、Neh5是参与启动下游基因转录的结构域，当进入细胞核的Nrf2以Nrf2-Maf 的形式与ARE 结合后并不能立即启动转录，尚需要其他辅助蛋白如CREB结合蛋白、转录激活剂与Nrf2 的Neh4，Neh5两个结构域结合后，才能启动转录过程。
Keap1是Nrf2在细胞质中的结合蛋白，并与肌动蛋白结合锚定于胞浆中，含有5个结构域，分别为N端结构域（***）、干预区（IVR）、BTB区、双甘氨酸重复区（DGR）和C端结构域（CTR）。其中DGR区也叫Kelch区，是Keap1与Nrf2的结合区，同时也是与胞浆内肌动蛋白结合的位点；IVR区富含半胱氨酸，是整个蛋白的功能调节区；BTB区与看Keap1同源二聚有关。
Nrf2的活化
有证据显示，修饰Keap1的半胱氨酸残基，可以使Nrf2在细胞核内积聚，并且表达Nrf2的靶基因。有人认为，在正常条件下，Nrf2与Keap1结合，存在于细胞之中，发生氧化应激时，Keap1的半胱氨酸残基被修饰，改变构象导致Nrf2释放出来，进入细胞核中，与ARE结合后，促进靶基因的表达。然而后来发现，诱导剂无法使Keap1-Nrf2解离，并且Nrf2可以经泛素化后降解。
Keap1通过其BTB区结合Cul3、Kelch区结合Nrf2，将Nrf2连接到E3复合体，使泛素从E3转移到Nrf2的赖氨酸残基（位于ETGE基序、DLG基序之间），泛素化的Nrf2被迅速降解。发生氧化应激时，Keap1特定的半胱氨酸残基被修饰，导致构象的改变，DLG基序与Keap1的亲和力减弱而分离，即所谓的hinge and latch模型，从而免于泛素化降解。另外，多种蛋白激酶，例如MAPKs、PKC、PI3K等，可通过诱导Nrf2的磷酸化参与对Nrf2转录活性的调节。
