第 6 卷 第 6 期2020 年 12 月
生物化工
Biological Chemical Engineering
Vol.6 No.6
Dec. 2020
杨诗钰
（成都中医药大学，四川成都 611130）
摘 要：黄芩苷因其优秀的药理学疗效在临床上得到了广泛应用，其重要疗效之一是抗氧化作用。NF-E2相关因子（Nuclear
factor-erythroid 2-related factor 2，Nrf2）是细胞内调控氧化应激反应的核心转录因子，负责维持细胞内氧化还原环境的稳态。本文通过分析相关文献，剖析了Nrf2在黄芩苷抗氧化作用中的具体工作机制，分 析了黄芩苷的分子结构、黄芩苷调节下的Nrf2抗氧化机制、激活Nrf2的上游调控因子以及Nrf2调控的下游抗氧化因子，为黄芩苷的抗氧化作用机制研究提供了参考。
关键词：黄芩苷；Nrf2；抗氧化作用；调控机制
中图分类号：R363 文献标识码：A
An Analysis of the Regulatory Mechanism of Nrf2 in Baicalin's Antioxidant Action
YANG Shiyu
(Chengdu University of Traditional Chinese Medicine, Sichuan Chengdu 611137)
Abstract: Baicalin has been widely used in clinic because of its excellent pharmacological effect, one of its important curative effects is antioxidant effect. Nuclear factor-E2-related factor 2 (Nrf2) is the core transcription factor that regulates the oxidative stress response in cells, which is responsible for maintaining the homeostasis of redox environment in cells. This paper analyzes the specific working mechanism of Nrf2 in the antioxidant effect of baicalin, analyzes the molecular structure of baicalin, the antioxidant mechanism of Nrf2 regulated by baicalin, the upstream regulatory factors of activating Nrf2 and the downstream antioxidant factors regulated by Nrf2, which provide a reference
for the study of antioxidant mechanism of baicalin.
Keywords: baicalin; Nrf2; antioxidation; regulatory mechanism
黄芩是中医临床中的常见药物，早在《神农本草经》中便有记载，主要有清热泻火、解毒安胎等功效。通过现代药理学的探究，黄酮类成分被证明是黄芩的主要成分，包括黄芩苷、黄芩素、汉黄芩苷、汉黄芩素等。黄芩苷是植物黄芩中提取出的主要活性成分，具有抗氧化、抗炎症、抑制细胞凋亡等作用，在心肌梗塞和心脏搭桥手术中可以抑制心肌缺血再灌注损伤（MIRI）的发生。黄芩苷的抗氧化作用机制是现代药理学的重点方向之一，而其抗氧化机制的核心是对Nrf2（NF-E2相关因子，Nuclear factor-erythroid 2-related factor 2）核因子的调控作用。
Nrf2是调控细胞氧化反应的核心转录因子，通过对抗氧化反应蛋白原件（AREs）活性的诱导，抑制氧自由基（ROS）造成的氧化应激损伤，保护细胞内的稳定环境[1]。研究表明，黄芩苷通过调控Nrf2的转录活性来改善机体的氧化应激情况，本文主要对近年来的文献进行研究，就黄芩苷调控Nrf2的具体信号通道和抗氧化作用机制进行归纳。 1黄芩苷的分子结构
黄芩苷（Baicalin）是从唇形科多年生植物黄芩（Scutellaria Baicalensis Georgi）中提取出的一种黄
酮类化合物。黄芩苷是黄芩的核心活性作用成分，化学分子式为C21H18O11（图1），为淡黄粉末，其结构中有酚羟基存在，结构的不饱和度为11，熔点223~
作者简介：杨诗钰（1998—），女，四川成都人，本科在读，研究方向：中医药理学。文章编号：2096-0387（2020）06-0126-05
杨诗钰：Nrf2在黄芩苷抗氧化作用中的调控机制探析
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225 ℃[2]。黄芩苷被广泛应用在高血压、冠心病等相关疾病的中，主要是通过影响细胞内酶的活性、调控蛋白质的转录、调节细胞内相关联的细胞因子表达这3种作用方式，来实现其抗氧化、抗炎症、抑制
细胞损伤和凋亡等疗效和保护作用。
图1 黄芩苷化学分子式
2 黄芩苷调节下的Nrf 2抗氧化机制
抗氧化功能是黄芩苷的主要作用之一，其核心机制在于调控Nrf2因子，进而影响抗氧化蛋白反应原件的转录，调控超氧化物歧化酶（Superoxide Dismutase，SOD）、过氧化氢酶（Catalase，CAT）、血红素氧合酶1（Heme Oxygenase-1，HO-1）、机体内的谷胱甘肽（L-γ-glutamyl-cysteinyl-glycine，GSH）和NAD(P)H：醌氧化还原酶1（NAD(P)H:quinone oxidoreductase 1，NQO1）的表达，达到清除细胞内多余自由基、保护细胞在缺氧/复氧情况下免受损伤的目的。
如图2所示，Nrf2主要受到kelch 样ECH 相关蛋白1（Keap1）、泛素链接酶蛋白（cullin E3，cul3）和自噬蛋白（protein 62，p62）的调控，其在正常情况下为复合蛋白结构。其中，Keap1/Nrf2是Nrf2的主要受控信号通路，Nrf2和Keap1蛋白通过DLG 和ETGE 两个域结合。在缺氧/复氧条件下，细胞的自我保护机制会提高Nrf2的表达，增加核内Nrf2聚集含量。细胞核内的Nrf2因子能够促进抗氧化蛋白反
应原件的基因转录，从而提高细胞内抗氧化蛋白的含量，清除细胞内的氧自由基，抑制细胞的过氧化反应。黄芩苷主要通过keap1/Nrf2、cul3/Nrf2和p62/Nrf2三种方式来对Nrf2因子进行调控，激活其抗氧化机制，从而抑制氧化作用带来的细胞损伤。
3 激活Nrf 2的上游调控因子
兰州市铁路局
3.1 keap 1/Nrf 2
Keap1是激活和调控Nrf2分子的调节器，通过keap1上的N末端结构域实现与Nrf2之间的相互作用。在正常状态下，keap1与DLG 位点结合并导致Nrf2被降解；而氧化应激反应下，keap1无法与DLG 结
合并降解Nrf2，新合成的Nrf2即可在细胞核内聚集并产生作用[3]。高善颂等[4]研究发现，黄芩苷可以通过调控keap1/Nrf2信号通路，从而进一步调节SOD、GSH、CAT 等抗氧化酶的活性。Li 等[5]提出黄芩苷可能通过修饰keap1蛋白复合物来下调keap1蛋白活性，保证Nrf2的表达，从而在氧化应激损伤中保护心脏，Hong 等人[6]和Guo 等人[7]研究发现黄芩苷可以干预Nrf2和Keap1之间的联系，防止Keap1抑制Nrf2的表达，保护Nrf2与抗氧化剂反应因子结合来激活各种抗氧化基因并提高AREs 的活性。3.2 Cul 3/Nrf 2《关于企业加强职工福利费财务管理的通知》
Cul3是残余E3泛素连接酶复合物的支架蛋白，其过度表达会使Nrf2多聚泛素化，抑制Nrf2的蛋白表达。Keap1和Cul3之间通过BTB 域相互作用，共同维持Nrf2在正常状态下的降解，当Cul3与keap1相互作用的域界面发生突变时，则会导致keap1活性下调。Kobayashi 等[8]研究证明敲除Cul3可以抑制Nrf2多聚泛素化。Yu 等[9]研究发现通过调控miR-101，可以下调Cul3 mRNA 的表达，并大幅上调Nrf2和HO-1的表达。Cuadrado 等[10]
提出在收到氧化刺
图2 黄芩苷调控Nrf 2的抗氧化机制
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激时，RING蛋白（Ring-box 1，RBX1）的Keap1-Gul3-RBX1蛋白复合体会被破坏，从而导致Nrf2堆积并起到抗氧化的作用。Sun等[11]提出keap1可以通过Cul3泛素化Nrf2并将其降解。尽管Cul3在调控Nrf2的过程中起到重要作用，目前黄芩苷Cul3/ Nrf2通路的相关研究较少，仅有Zhou等[12]证明在黄芩苷激活Keap1-Nrf2系统的过程中，通过干预Cul3和keap1的联接，从而降低Nrf2泛素化。
3.3 p62/Nrf2
p62是一种自噬蛋白，可以表征细胞的自噬程度，p62是Keap1的调控蛋白之一，通过单独调控keap1蛋白的活性来保证Nrf2的正常表达，当受到氧化刺激时，p62会通过自身的STGE位点与Keap1相结合，诱发keap1泛素化从而增加Nrf2含量。Liang等[13] 证明黄芩苷可以增加p62表达，并提出黄芩苷
可能通过增加p62表达的方式来激活Nrf2，并干扰Nrf2和Keap1间的联系。Wang等[14]证明减少p62会降低keap1的自噬性泛素化程度，进一步证明了p62对keap1/Nrf2信号通路的调控作用。Matthew等[15]说明p62对keap1的抑制会进一步激活Nrf2，当Nrf2含量提高到一定程度，会导致自噬功能障碍，逆作用于选择性自噬接头蛋白（p62/Sequestosome 1，p62/ SQSTM1），将其作为靶蛋白并降解。
4 Nrf2调控的下游抗氧化因子
无锡 毛小平
4.1 Nrf2/HO-1
HO-1是一种重要的抗氧化酶，可以使得血红素分解成CO、亚铁和胆绿素。HO-1不仅可以通过分解血红素来抑制其促氧化作用，分解产生的胆绿素可以有效清除ROS的活性[16]。研究发现，Nrf2/HO-1是心肌缺血-再灌注损伤保护的重要渠道，在缺氧/ 复氧条件下Nrf2/HO-1通路会被激活，心肌细胞由Nrf2机制产生3H-1、D3T诱导剂，并诱导HO/HO-1表达，从而帮助心肌细胞对抗氧化应激损伤[17-19]。Cheng等[20]证明了在心肌缺血再灌注的缺氧/复氧条件下，黄芩苷可以提高Nrf2/HO-1通路的表达。Yu[21]等进一步发现在缺血再灌注过程中，黄芩苷是通过上调Nrf2和HO-1的表达，来进一步激活Nrf2/ HO-1信号通路。4.2 Nrf2/NQO1
NQO1可以催化醌发生反应，防止醌被还原成半氢醌，半氢醌会反应产生ROS，因此NQO1通过对醌的反应处理来起到抗氧化剂的作用。Nrf2是稳态系统和氧化应激反应系统中控制NQO1的核心因子，N
rf2的含量与NQO1的表达程度呈正相关。Zhang 等[22]证明黄芩苷可以上调Nrf2/NQO1/HO-1抗氧化信号通路，而NQO1是Nrf2调控下的产物。Chen等[23]证明黄芩苷可以减少Nrf2的含量，同时增加NQO1的mRNA转录活性。Yang等[24]通过荧光蛋白分析，证明黄芩苷可以显著提高细胞内Nrf2水平，并能诱导NQO1含量的增高。
4.3 Nrf2/SOD
SOD的主要作用是清除超氧阴离子自由基，是生物体内清除自由基的首要物质，通过抑制细胞与氧反应中产生的超氧阴离子，催化其分解为过氧化氢和氧，间接帮助清除氧自由基[25]。黄贤华等[26]验证了黄芩苷可以提高SOD活性，降低脂质过氧化反应的最终产物丙二醛（MDA）和髓过氧化物酶（MPO）的含量，清除氧自由基、减少脂质过氧化反应的发生。
4.4 Nrf2/CAT
CAT是细胞抗氧化的关键酶，可以分解过氧化氢，防止过氧化氢产生羟自由基，从而抑制脂质过氧化反应[27]。Zhu等人[17]研究证明，Nrf2与心肌细胞中CAT的诱导表达有关。KhanS等人[31]证明黄芩苷可以提高CAT的活性，减少活性氧（ROS）和MDA，抑制炎症因子的表达。高善颂等人[4]证明黄芩苷可以通过激活keap1-Nrf2/ARE通路，提高抗氧化酶SOD的活性，进一步激活免疫调节系统，提高组织的抗氧化能力，抵抗氧化因素引起的损伤。
4.5 Nrf2/GSH
GSH与SOD、CAT一起作为氧化还原系统的核心抗氧化因子，具有清除自由基和防止过氧化反应损伤的作用。Nrf2可以提高γ-谷氨酰半胱氨酸合成酶（γ-glutamyl cysteine synthetase，γ-GCS）的表达，γ-GCS负责调控GSH的合成，因此Nrf2可以调控GSH的生物合成[17]。Nrf2还可以通过调节谷胱甘肽还原酶（Glutathione Reductase，GSR）来还原被胱甘
杨诗钰：Nrf2在黄芩苷抗氧化作用中的调控机制探析
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肽过氧化物酶（Glutathione peroxidase，GPx）氧化的GSH，促进GSH的再生[29]。Chen等[30]证明黄芩苷通过降低肌肉过氧化脂质（Lipid Peroxidated Oxidation，LPO）、肌肉超氧阴离子和过氧亚硝酸盐的产生，降低Nrf2的表达，增加GSH和GPx的表达，可以有效减轻骨关节炎（Osteoarthritis，OA）大鼠的氧化应激。5结语
本文简述了黄芩苷的分子结构和基本特性，提出了黄芩苷调节下Nrf2的抗氧化机制，总结了其中起主要作用的上游调控因子和下游抗氧化因子，详细说明了keap1、cul3和p62三种上游调控因子激活Nrf2的工作机制及Nrf2调节HO-1、NQO1、SOD、CAT 和GSH等下游抗氧化因子的机理，为黄芩苷的临床和药物研提供了理论基础。
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王胜等：生物催化技术在化学制药中的应用
氨酸在反应液内浓度为0.2 mmol/L，在当前化学制药中应用前景非常广阔[8]。
4结语
化学制药中引入生物催化技术，能够借助其高选择性、环境友好等优势，不再受到传统工艺路线的限制，达到减少生产成本的目的，能够更好地在国际竞争中立足。此外，生物催化技术在高活性工程酶
、非天然氨基酸、药物中间体和原料药等生产中将发挥日益重要的作用，具有广阔的商业化应用前景，能够推动我国化学制药水平的进一步提升。
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