糖皮质激素通过Keap1分子与泛素—蛋白酶体系统下调成骨系细胞Nrf2表达的机制研究

Glucocorticoid-induced osteoporosis (GIOP) is featured by apoptotic death of osteolineage cells. We have previously reported that exogenous glucocorticoids (GC) reduce the expression level of Nuclear factor E2-related factor 2 (Nrf2), leading to Nrf2 signaling inactivation and apoptosis in osteoblasts; yet if such any phenomenon is present in other osteolineage cells as well as the mechanism underlying GC-induced Nrf2 decrease remains unclear. Mechanistically, the Kelch-like ECH-associated protein 1 (Keap1) combines with Nrf2 and results in its degradation through cellular ubiquitin-proteasome system (UPS). We therefore aim to investigate the impact of GC on Keap1-Nrf2 complex formation and UPS function, attempting to explore whether GC decreases Nrf2 expression by inducing Keap1-dependent Nrf2 degradation via UPS. The results of this study will reveal the roles of UPS and Keap1 played in GC-induced apoptosis, and provide solid evidence for the use of Nrf2 activators to treat GIOP.

成骨系细胞凋亡是糖皮质激素性骨质疏松（GIOP）发生的生物学基础。我们前期研究发现，外源性糖皮质激素（GC）可下调核因子E2相关因子2（Nrf2）表达，导致Nrf2信号通路失活及成骨细胞凋亡，但这种现象在其它成骨系细胞中存在与否的情况未知，且GC降低Nrf2表达的具体机制也不明确。Nrf2能与Kelch样环氧氯丙烷相关蛋白1（Keap1）结合，并在其协助下经由泛素—蛋白酶体系统（UPS）降解。鉴于此，本项目拟以不同分化阶段的成骨系细胞为研究对象，探究GC对Nrf2-Keap1复合物形成及UPS功能的影响，明确GC能否通过调控Keap1介导的UPS降解途径来降低Nrf2表达。研究结果不仅有助于理解UPS与Keap1分子在GC诱导成骨系细胞凋亡过程中所扮演的角色，还将为应用Nrf2激活剂预防和治疗GIOP提供详实的理论依据。

成骨系细胞凋亡是糖皮质激素性骨质疏松（GIOP）发生的生物学基础。我们前期研究发现，外源性糖皮质激素（GC）可下调核因子E2相关因子2（Nrf2）表达，导致Nrf2信号通路失活及成骨细胞凋亡，但这种现象在其它成骨系细胞中存在与否的情况未知，且GC降低Nrf2表达的具体机制也不明确。Nrf2能与Kelch样环氧氯丙烷相关蛋白1（Keap1）结合，并在其协助下经由泛素—蛋白酶体系统（UPS）降解。. 本项目根据Nrf2通路活化途径和作用，研究经外源性糖皮质激素地塞米松（Dex）处理的不同分化阶段成骨系细胞（BMMSCs、MCT3T3-E1和MLO-Y4）的Nrf2信号通路的状态及其对凋亡的影响；基于Nrf2在转录和翻译后水平上受双重调控，以及UPS是细胞在翻译后水平上对Nrf2实现调控的最重要途径，研究GC对UPS功能的影响及其与Nrf2表达的关系；依据keap1在与Nrf2形成Keap1-Nrf2蛋白复合物后可正向调控Nrf2蛋白泛素化水平及后续蛋白酶体降解速率，研究GC促进UPS依赖性Nrf2蛋白降解过程中Keap1的作用及机制。. 我们的研究表明，暴露在Dex的成骨系细胞Nrf2及其代表ARE靶基因HO-1与NQO1表达量均明显下降，并且细胞质中的Nrf2表达明显上调，而细胞核中Nrf2表达明显下调，Nrf2蛋白游离入细胞核减少，下游含ARE序列抗氧化蛋白靶基因转录与表达下调，进而诱发细胞ROS依赖性凋亡过程。经Dex刺激的成骨系细胞其Nrf2 mRNA表达量明显下调，Dex可能通过抑制Nrf2转录来降低其蛋白表达量。UPS灭活剂（MG132）不仅增加成骨系细胞内Nrf2的基础表达量，还可对抗由外源性Dex所引发的Nrf2表达降低，表明Dex通过加快UPS依赖性Nrf2蛋白降解过程下调Nrf2表达量。成骨系细胞经过Dex处理后，其Nrf2蛋白表达量下降，而keap1蛋白的表达量上升。沉默Keap1的表达后，成骨系细胞中Nrf2蛋白表达上升，表明Dex可能通过调控Keap1介导的UPS降解途径来降低Nrf2表达。本研究结果揭示了外源性GC通过上调成骨系细胞UPS活性促进Keap1依赖性Nrf2降解的作用机制，将为应用Nrf2激活剂预防和治疗GIOP提供详实的理论依据。