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NF-κB通路对Keap1-Nrf2通路的负向调控及其分子机制探究

一、引言

1.1研究背景

在细胞的复杂调控网络中，NF-κB通路与Keap1-Nrf2通路宛如两条关键的信息高速公路，各自承载着独特而重要的生理使命，在众多生理病理过程中扮演着不可或缺的角色。

NF-κB通路作为细胞内重要的信号转导通路之一，其身影广泛地活跃在免疫反应、炎症应答以及细胞增殖、分化与凋亡等诸多关键生理过程中。当机体遭受细菌、病毒等病原体的侵袭时，NF-κB通路会迅速做出响应，被激活后调控一系列免疫相关基因的表达，促使免疫细胞活化、增殖并分泌细胞因子，从而启动免疫防御机制，以抵御病原体的入侵。在炎症反应中，NF-κB通路也发挥着核心调控作用。它能够响应各种炎症刺激，如脂多糖（LPS）、细胞因子等，调节炎症介质如肿瘤坏死因子-α（TNF-α）、白细胞介素-1β（IL-1β）等的表达，进而引发炎症级联反应，维持机体的内环境稳定。然而，NF-κB通路的异常激活却与多种疾病的发生发展紧密相关。在肿瘤领域，持续激活的NF-κB通路可促进肿瘤细胞的增殖、抑制其凋亡，同时还能通过诱导血管生成和肿瘤细胞的迁移、侵袭，助力肿瘤的生长与转移。在自身免疫性疾病中，NF-κB通路的过度活化会导致免疫系统的失衡，错误地攻击自身组织和器官，引发炎症损伤。在心血管疾病中，NF-κB通路的异常也参与了动脉粥样硬化、心肌梗死等疾病的病理进程，促进炎症细胞浸润、血管平滑肌细胞增殖以及血栓形成等。

Keap1-Nrf2通路则是细胞内应对氧化应激的关键防御机制，宛如一座坚固的抗氧化堡垒。核因子E2相关因子2（Nrf2）作为该通路的核心转录因子，宛如一位精密的指挥官，在正常生理状态下，Nrf2与Kelch样环氧氯丙烷相关蛋白1（Keap1）紧密结合，处于失活状态。Keap1如同一个“分子牢笼”，通过其特定的结构域与Nrf2相互作用，并招募E3泛素连接酶复合物，促使Nrf2发生泛素化修饰，进而被蛋白酶体降解，维持细胞内Nrf2的低水平表达。然而，当细胞遭遇氧化应激时，如受到活性氧（ROS）、亲电试剂等刺激，Keap1的半胱氨酸残基会发生修饰，其与Nrf2的结合力减弱，“分子牢笼”被打开，Nrf2得以逃脱，进入细胞核内。在细胞核中，Nrf2与小肌肉腱膜纤维肉瘤癌基因同源物（Maf）蛋白形成异二聚体，特异性地识别并结合到抗氧化反应元件（ARE）上，启动一系列抗氧化酶基因和Ⅱ相解毒酶基因的转录表达，如血红素加氧酶-1（HO-1）、NAD（P）H醌氧化还原酶1（NQO1）、谷胱甘肽S-转移酶（GST）等。这些酶能够协同作用，增强细胞的抗氧化能力，清除过多的ROS，维持细胞内氧化还原稳态，从而保护细胞免受氧化损伤。Keap1-Nrf2通路的功能异常与多种疾病的发生发展密切相关。在神经退行性疾病中，如阿尔茨海默病、帕金森病等，由于氧化应激的过度积累以及Keap1-Nrf2通路的受损，导致神经元细胞内抗氧化防御能力下降，ROS大量堆积，引发神经元的损伤和死亡。在心血管疾病中，氧化应激也是重要的病理因素之一，Keap1-Nrf2通路的失调会影响血管内皮细胞、心肌细胞等的抗氧化能力，促进心血管疾病的发展。在肿瘤方面，虽然Keap1-Nrf2通路在正常细胞中起到保护作用，但在肿瘤细胞中，该通路有时会被异常激活，赋予肿瘤细胞更强的抗氧化能力和耐药性，使其能够抵抗化疗药物和放疗的杀伤作用，导致肿瘤治疗的失败。

鉴于NF-κB通路和Keap1-Nrf2通路在生理病理过程中如此关键的地位，深入探究二者之间的关系显得尤为必要。越来越多的研究表明，这两条通路并非孤立存在，而是存在着复杂的相互作用和交叉对话。它们之间的平衡与协调对于维持细胞的正常生理功能以及机体的健康状态至关重要。当这种平衡被打破时，就可能引发一系列疾病的发生发展。因此，深入研究NF-κB通路负调控Keap1-Nrf2通路的分子机制，不仅有助于我们更深入地理解细胞内信号转导网络的复杂性和精细调控机制，还为相关疾病的防治提供新的理论依据和潜在治疗靶点，具有重要的科学意义和临床应用价值。

1.2研究目的与意义

本研究旨在深入剖析NF-κB通路负调控Keap1-Nrf2通路的具体方式和详尽的分子机制。通过细胞实验和动物模型，运用分子生物学、细胞生物学等多学科实验技术，观察在不同条件下NF-κB通路激活或抑制时，Keap1-Nrf2通路关键分子如Keap1、Nrf2及其下游抗氧化酶基因表达水平的变化，以及细胞内氧化还原状态、炎症因子水平的改变。同时，借助基因编辑技术如CRISPR/Cas9等，对相关基因进行敲除