新型Keap1-Nrf2蛋白-蛋白相互作用抑制剂设计、合成和生物活性评价文献综述

一、实验背景

1 Keap1-Nrf2/ARE信号通路的基本结构

1.1 Nrf2的结构

Nrf2蛋白相对分子质量为 6.610⁴，位于 2q31位点，属于Cap-n-Collar（CNC）调节蛋白家族，是具有高度保守的碱性亮氨酸拉链结构（basic leucine zipper，bZip）的转录因子，在未受诱导的正常细胞里Nrf2的代谢相当快，半衰期（T1/2）只有 10~30 min。除 Nrf2外，该家族成员还包括核因子 NF-E2（nuclear factor erythroid-2，NF-E2）、Nrf1、Nrf3、BTB-CNC异体 同 源 体 1（BTB and CNC homology1，Bach1）和BTB-CNC 异体同源体 2（BTB and CNC homology2，Bach2），尽管在 DNA结合域和亮氨酸拉链域上有着高度同源性，却具有各自不同的生物学功能。不同种属（如人、鼠和鸡等）的 Nrf2基因均含有6个高度保守的环氧丙氯烷（epichlorohydrin，EHC）相关蛋白同源结构域（Nrf2-EHC homology，Neh），分别被命名为 Neh1-6：①Neh1区含有一个 C端 bZip，bZip 通过与细胞核内小 Maf蛋白（small Mafproteins，包括 MafG、MafK、MafF）形成异二聚体，使Nrf2能识别 ARE并与之结合，从而启动目标基因转录。②Neh2 区是 Nrf2 与 Keap1 的结合区，含有DLG和 ETGE两个结合位点，Neh2区通过蛋白酶介导 Nrf2降解而对 Nrf2活性进行负性调节，与 Nrf2的转录活性密切相关。③Neh3位于 Nrf2的 C端，与细胞转录活性密切相关。④Neh4 和 Neh5 位于Neh1 和 Neh2 之间，对 Nrf2 目标基因的转录活化起着重要作用。当 Nrf2进入细胞核，以 Nrf2-Maf的形式与 ARE结合后并不能立即启动转录，尚需 Neh4、Neh5 与 共 激 活 因 子 cAMP 反 应 元 件 结 合 蛋 白（cAMP response element binding protein，CREB）相互作用，才能启动转录过程。⑤Neh6区域是一段非Keap1依赖的富含丝氨酸的 Nrf2 降解调控区域，与Nrf2的负性调节有关。

1.2 Keap1的结构

Keap1蛋白相对分子质量为6.910⁴，位于19p13.2位点，是 Kelch家族的一种多区域阻遏蛋白，主要存在于细胞质中，是Nrf2的胞浆抑制蛋白，正常情况下锚定于胞浆的肌动蛋白细胞骨架上。人类 Keap1蛋白一级结构含有5个结构域：①NTR 区，N端区域。②BTB区，常形成二聚体结构，是 Keap1与Cul3（Cillion 3）作用的区域，可介导 Nrf2的泛素化及蛋白降解；当该区域的 Cys151 发生突变时，可使Keap1 与 Cul3 的作用解离，导致 Nrf2 不被泛素化。③IVR区，该区域不仅富含半胱氨酸，而且含有Keap1活性最强的半胱氨酸残基，是整个蛋白的功能调节区，不但参与亲电试剂及氧化剂的反应，其 Cys273和 Cys288等半胱氨酸位点还与 Nrf2的泛素化有关，在氧化应激条件下，这些位点被诱导剂所修饰降低了 Nrf2的泛素化。④DGR区，又称 Kelch区，含有 6个重复的 Kelch区域形成经典的beta;螺旋结构，含有多个蛋白质结合位点，既是 Keap1与 Nrf2的 Neh2区的结合位点，也是 Keap1 与胞浆肌动蛋白的结合位点。⑤CTR区，C端区域。

2 Keap1-Nrf2/ARE信号通路的抗氧化应激作用

Nrf2属于CNC调节蛋白家族，是具有碱性亮氨酸拉链结构的转录因子，广泛存在于机体各个器官，是细胞氧化还原反应的主控调节因子。正常生理情况下，Nrf2主要与其抑制剂 Keap1结合，以其非活性状态存在于胞浆中，在泛素蛋白酶体途径作用下迅速降解，以保持在生理状态下 Nrf2的低转录活性。当细胞受到活性氧（ROS）或其他亲核剂刺激后，Nrf2与 Keap1解偶联，活化的 Nrf2转运进入细胞核，与Maf蛋白结合成异质二聚体后与 ARE结合，激活靶基因表达，调控Ⅱ相代谢酶、抗氧化酶或药物转运体的转录活性，从而发挥抗氧化损伤作用。

Nrf2主要定位于代谢性解毒器官如肝、肾、肺及持续暴露在环境中的皮肤和黏膜。目前 Nrf2 被认为是调节细胞对抗异源性物质和氧化损伤的关键转录因子，但另一方面，学者们发现 Nrf2 的激活障碍或缺失均可增加细胞对应激原的敏感性，因此认为 Nrf2在化学促癌、炎症修复进程延长及细胞凋亡等病变过程中同样也发挥了关键作用。

二、实验目的和意义