Nrf2-AREs和NF-κB信号通路及其交互作用在低水平砷诱导细胞凋亡中的作用

砷"致癌与治癌"的双重作用与砷凋亡诱导机制密切相关。细胞内GSH含量是决定细胞凋亡的关键因素，其合成限速酶γ-GCL的启动子区域同时存在核转录因子Nrf2和NF-κB结合序列，提示γ-GCL的表达可能受到Nrf2-AREs和NF-κB两条通路的调控。然而这两条通路如何调节γ-GCL的表达影响细胞内GSH含量和ROS水平以调控细胞凋亡，国内外未见报道。课题以砷主要靶器官的正常细胞和癌细胞作为研究对象，三氧化二砷和亚砷酸钠作为砷的代表物质，用siRNA技术构建细胞的Nrf2或NF-κB低表达模型，结合Nrf2或NF-κB激动剂或抑制剂，开启/关闭这两条通路，检测细胞凋亡和(NF-κB/Nrf2)-(γ-GCL)-GSH-ROS变化规律，阐明NF-κB和Nrf2信号通路及其交互作用通过调节γ-GCL表达影响细胞内GSH含量和ROS水平而调控凋亡的分子机制，为揭示砷的双重作用机制提供新的实验依据。

砷“致癌与治癌”的双重作用与砷凋亡诱导机制密切相关。细胞内GSH含量是决定细胞凋亡的关键因素，其合成限速酶γ-GCL的启动子区域同时存在核转录因子Nrf2和NF-κB结合序列，提示γ-GCL的表达可能受到Nrf2-AREs和NF-κB两条通路的调控。本研究同时以亚砷酸钠和三氧化二砷作为受试砷化物，分别处理肝癌HepG2细胞、肝正常组织L02细胞和肺腺癌A549细胞、正常支气管上皮16-HBE细胞两对细胞株，比较两种受试物的细胞毒性、细胞周期和凋亡、氧化应激和遗传毒性等生物学效应；结果显示：对于正常组织细胞和肿瘤细胞，三氧化二砷均比亚砷酸钠具有更强的毒性效应，但并无显著的组织特异性；而且，细胞内GSH的合成-利用-回收稳态的失衡是导致三价无机砷毒性效应的重要原因，利用抗氧化物干预可明显减轻砷的毒性作用；为深入探讨砷作用的分子机理，本研究同时利用NF-κB 和Nrf2的激动剂、抑制剂结合慢病毒稳定转染和siRNA技术，构建NF-κB和Nrf2高、低表达细胞株，揭示砷诱导的NF-κB核转位是启动凋亡性死亡的重要通路，而Nrf2信号通路的激活则可显著减弱砷化物的毒性作用；进一步研究发现，砷诱导NF-κB的活化可能受G蛋白-AC-cAMP/cGMP-PKA信号通路调节，诱发的凋亡效应包括线粒体、死亡受体和内质网应激三种路径；Nrf2的活化则可被cGMP-PKG信号通路调控，特异性抑制PKG能降低砷诱发的氧化损伤作用。这些研究结果将有助于进一步阐明砷凋亡诱导作用的分子机制，明确氧化应激理论上下游相关因子在砷凋亡诱导效应中的作用，从而在一定程度上揭示砷双重作用的分子机制，同时也为寻求正常细胞对砷致癌敏感性或肿瘤细胞对砷耐药性的生物标志物提供了实验依据。研究完全达到了预期目标，并超额完成多项研究计划外的内容。