全 文 ：·综述与专论· 2013年第9期
生物技术通报
BIOTECHNOLOGY BULLETIN
氧化应激产生的活性氧（reactive oxygen species，
ROS）直接或间接地损伤细胞内蛋白质、脂质、核
酸等大分子物质的生理功能，是众多疾病发生的病
理生理基础。而近年来的研究发现，核因子 NF-E2
相关因子（nuclear factor erythroid 2-related factor，Nr-
f2）是外源性有毒物质和氧化应激的感受器，是细
胞抗氧化反应的中枢调解者，在参与细胞抗氧化应
激和外源性有毒物质诱导的主要防御机制中发挥重
要的作用。Nrf2 及其下游的抗氧化蛋白在调节体内
氧化水平，改善病理生理变化等方面具有重要作用。
而最新的研究发现 miRNA 与 RNF2、抗氧化蛋白之
间有着密切的关系。
小 分 子 RNA（MicroRNA，miRNA） 是 一 类 存
在于动植物体内、大小为 21-25 nt 的内源性非编
码单链小分子 RNA，对生物体转录后的基因表达
调 控 起 关 键 作 用。miRNA 的 形 成 包 括 在 RNA 聚
合酶 II 的作用下形成的茎环结构，即初级 miRNA
（Primary miRNA，pri-miRNA）， 定 位 于 细 胞 核 内
收稿日期 ：2013-03-07
作者简介 ：覃玉娥，女，硕士，研究方向 ：分子生物学与免疫学 ；E-mail ：1050472287@qq.com
通讯作者 ：刘朝奇，男，教授，研究方向 ：分子生物学与免疫学 ；E-mail ：zqliu @ctgu.edu.cn
Nrf2 及其相关抗氧化基因的 miRNA 调控研究进展
覃玉娥  刘朝奇
（三峡大学分子生物学研究所，宜昌 443002）
摘 要 ： Nrf2 在机体抗氧化、维护机体正常生理功能具有重要作用。MicroRNAs（miRNAs）是真核生物中调控基因表达的
一类内源性非编码 RNA，其大小长约 20-25 个核苷酸。围绕机体抗氧化相关基因调控的 miRNA 最新研究进展作一综述。
关键词 ： miRNAs Nrf2 抗氧化基因 基因调节
Progress of miRNA Regulation for Nrf2 and Related Antioxidant Genes
Qin Yu’e Liu Chaoqi
（Institute of Molecular Biology，Three Gorges University，Yichang 443002）
Abstract:  Nrf2 plays an important role in the anti-oxidation, maintaining the normal physiological function. MicroRNAs（miRNAs）are
a kind of endogenous regulators of gene expression, which are eukaryotes non-coding RNA. This article reviewed the recent research progress of
miRNAs focused on the antioxidant gene regulation.
Key words:  miRNAs Nrf2 Antioxidant gene Gene regulation
Drosha/DGCR8（Pasha）复合体剪切 pri-miRNA，从
而释放出具有发夹结构大小为 70 nt 左右的前体
miRNA（Precursor miRNA，pre-miRNA），在转运受
体 Exportin-5（Exp5）的作用下被转运至细胞质，然
后被胞质中的另一种 RNase Ⅲ蛋白复合体 dicer 剪
切，最终被加工成成熟的 miRNA。在动物细胞中大
多数 miRNA 通过与靶基因的 mRNA 3 端非翻译区
（3UTR）结合阻止转录后的翻译，从而起到调节基
因表达的作用。
1 miRNAs 直接调控 Nrf2
Nrf2 是细胞氧化应激反应中的关键因子，与抗
氧 化 反 应 元 件（antioxidant response element，ARE）
结合，启动下游很多保护性基因的表达，Nrf2/ARE
信号路径调节的可编码的内源性基因已超过 200 个。
这些保护性基因主要有抗氧化酶，如 NAD（P）H ：
醌氧化还原酶 NQO1、谷胱甘肽 S-转移酶、谷胱甘
肽过氧化物酶、过氧化物酶Ⅰ、谷氨酸半胱氨酸连
接酶、谷胱甘肽、环氧化物水解酶和血红素氧化酶
2013年第9期 35覃玉娥等 ：Nrf2 及其相关抗氧化基因的 miRNA 调控研究进展
（HO-1）等，这些酶能够保护机体免受活性物质（如
ROS）及一些毒害物质（如致癌物、药物代谢活化
产物等）的侵害［1］。
miRNA 抑制蛋白的产生，主要是通过与靶基因
的 mRNA 3 UTR 序列相互作用，因此应用计算机靶
区扫描分析发现多个 miRNAs 参与 Nrf2 基因调控。
人的 Nrf2 的 3 UTR 有 2 个潜在的 miR144 结合区域，
即 nt265-271 和 nt370-377 ；另 外， 还 有 miR27a，
miR142-5p，miR153 的结合区域，分别为 nt62-68，
nt83-90 和 nt98-105［2］。将 Nrf2 的 3 UTR 的 428 bp
克隆入报告基因中，转染神经细胞 SH-SY5Y，通过
荧光素酶报告基因试验，结果检测到荧光素酶活性
的 降 低， 证 明 SH-SY5Y 细 胞 中 有 miRNAs 结 合 在
Nrf2 的 3 UTR 区，抑制荧光素酶的表达。经 qRT-
PCR 试验，证明 miR27a，miR142-5p，miR153 和 mi-
R144 抑制 Nrf2 的表达是结合在 Nrf2 的 3 UTR，并
下调其表达［3］。
而最新文献报道，miR-93 调控 Nrf2 的表达。在
乳腺癌细胞中，用 17-β 雌二酮刺激后，用 vit-c 治疗
发现，miR-93 表达上升，而 Nrf2 表达却下降，认为
可能是 miR -93 调控了 Nrf2，于是将 miR-93 沉默，
Nrf2 的表达则明显增加，明确证明 miR-93 调控 Nrf2
的表达［4］。miR-28 也可调控 Nrf2 的表达，异位表
达 miR-28，能降低 Nrf2 的 mRNA 和蛋白的表达水平。
荧光素酶报告试验发现，miR-28 能使野生型的 Nrf2
的 3 UTR 的荧光素酶报告基因的活性降低，将 miR-
28 结合 Nrf2 的 3 UTR 进行突变，这种降低即消失。
过表达 miR-28，内源性的 Nrf2 的 mRNA 和蛋白均
降低，均证明 miR-28 直接调控 Nrf2 的表达［5］。。
2 miR-200a 调节 keap1
Kelch-like-ECH 相 关 蛋 白 1（Kelch-like ECH-
associated protein 1，Keap1）是一个与胞浆肌动蛋白
结合的含 624 个 氨 基 酸的多肽，包含 5 个 区，其
中 DGR 区是与 Nrf2 Neh2 区的结合位点［6］。生理状
态下，keap1 与 Nrf2 偶联并与胞浆肌动蛋白结合被
锚定在胞浆。当受到亲核剂或氧化剂作用后，Nrf2
与 keap1 解偶联并转移入核，与 Maf 蛋白结合成异
二聚体后识别并与 ARE 结合，启动第Ⅱ相解毒酶和
抗氧化应激蛋白基因的转录，提高细胞抗氧化应激
能力［7］。Nrf2 的活性主要是依赖胞浆中与之相结合
的 keap1，在胞浆中 Nrf2 和 keap1 结合，使 Nrf2 不
断降解。
miRNA 对 Nrf2 /keap1 通路有调节作用，研究发
现在转移性乳腺癌细胞 MDA-MB-231 中，miR-200
簇作用于 keap1 的 3 UTR，调控 keap1 的表达［8］。
将 keap1 的 3 UTR 克隆进荧光素报告基因载体中，
荧光素酶报告试验结果证实 miR-200 对 keap1 基因
的调控 ；应用 PCR 技术将 keap1 的 3 UTR 序列中
miR200-a 识别的区域进行突变［T（C to G）A（G to C）
T（G to C）TT］，以此来干扰 miR-200a 识别目标基
因，突变后的报告基因与阴性对照无明显区别，进
一步证明上述结论［9］。
将野生型或突变的 keap1 3 UTR 荧光素酶载体
和 miR200-a 表达载体或空载共转染人胚肾 293T 细
胞，结果发现，共转染 miR-200a 表达载体能降低野
生型 keap1 3 UTR 报告基因的活性 85%（P<0.01），
但不能改变已突变的 keap1 3 UTR 报告基因的活性
（P>0.05）， 充 分 说 明 miR200-a 是 作 用 于 keap1 的
mRNA 的 3 UTR。将 miR-200a 表达载体或空载转染
MDA-MB-231 细胞和 Hs578T（人乳腺成纤维细胞）
后，加入转录抑制剂 Act D，在多个时间点收集细胞，
qRT-PCR 测定 keap1 mRNA 水平，转染空载的 MDA-
MB-231 和 Hs578T 细胞的 keap1 mRNA 半衰期分别
是 1.5 h 和 1 h，而转染 miR200-a 的 MDA-MB-231 和
Hs578T 细胞的半衰期分别是 0.7 h 和 0.4 h，这就说
明 miR200-a 调控 keap1 是通过降低其 mRNA 的半衰
期实现的［10］。
van Jaarsveld 等［11］在研究卵巢上皮细胞癌对化
疗药物顺铂的抵抗时发现，在对化疗不敏感的乳腺
癌细胞中，miR-141 可明显降低 keap1 诱导的顺铂
抵抗，进一步试验发现，miR141 结合在 keap1 的 3
UTR，从而调控 keap1 的表达。
3 miRNAs 调控 HO-1
血红素氧合酶 1（Heme Oxygenase 1，HO-1）是
血红素降解的限速酶，催化血红素生成等摩尔数的
胆红素、CO 和铁，是受 Nrf2 调控的重要基因。近
年研究发现 HO-1 的抗氧化功能一方面与其阻止游
离血红素参与氧化反应有关 ；另一方面，HO-1 及其
生物技术通报 Biotechnology Bulletin 2013年第9期36
酶解产物胆红素共同发挥着抗氧化抗炎抑制细胞凋
亡和扩张血管改善组织微循环等作用，广泛参与心
脑肺肝肾等组织细胞的抗氧化应激损伤，是机体最
重要的内源性保护体系之一［12］。
赭曲毒素（Ochratoxin，OTA）可刺激肾远端小
管上皮细胞，使其 Nrf2、HO-1、促红细胞生成素表
达降低，并发现 OTA 调节细胞中总的 miRNA、miR-
132 和 miR-200c 的表达。经计算机预测，miRNAs
可直接作用于 HO-1，而抗 miR-132 和 miR-200c 能
抑制 OTA 介导的 HO-1 的表达水平降低，这也说
明 miR-132 和 miR-200c 作用于 HO-1。经试验证明，
miR-132 和 miR-200c 可结合在 HO-1 的 3 UTR，并
下调其表达［13］。这些结果提示 miR-132 和 miR-200c
可抑制 HO-1 的表达。
而有文献报道 miR-155 可间接的调控 HO-1 的
表达，在内皮细胞中，转录因子 BACH1 是 HMOX-1
（ 编 码 HO-1 的 基 因 ） 的 抑 制 因 子，miR-155 抑 制
BACH1 的表达，将 BACH1 的 3 UTR 克隆进荧光素
酶报告基因发现，miR-155 能使报告基因活性下降
56%，此结果证明 miR-155 能抑制 BACH1 的活性，
从而间接的提高 HO-1 的表达［14］。
4 miR34a 和 miR93 调节 Sirt1 和 MGST1
Sirtuin 蛋白家族是一类在进化过程中非常保守
的蛋白酶。首先被发现并研究的是该家族中酵母的
SIR2 蛋白。沉默信息调节因子 1（silent information
regulator 1，SIRT1）与 Sirt2 的同源性最高。Sirt1 位
于细胞核，在细胞能量代谢、DNA 损伤修复、细胞
周期控制、抑制细胞凋亡、抗氧化逆境和延长细胞
寿命方面发挥极重要的调控作用［15］。
微粒体谷胱甘肽 - S 转移酶 1（Microsomal gluta-
thione S-transferase 1，MGST1）是类花生酸与谷胱甘
肽代谢相关的膜结合蛋白超家族的一个成员，在该
家族中研究最为广泛透彻，扮演家族中的“模型蛋
白”角色。MGST1 是一种Ⅱ相药物代谢酶，在体内
执行“双重功能”：（1）催化还原性谷胱甘肽与亲电
子物质的结合反应，使后者毒性更低更易排出体外；
（2）催化氧化应激产物和谷胱甘肽（GSH）的结合，
执行抗脂质过氧化功能。在机体的药物代谢和抗氧
化方面发挥着重要作用。
在啮齿动物中，随着年龄的增长，抗氧化能力
会越来越弱。有研究发现，与年轻化的大鼠相比，
中龄和老龄化大鼠的 miR-34a 和 miR-93 的表达增
加［16］。MiR 34a 和 miR 93 的 4 个 候 选 的 靶 基 因 ：
SP1（ 转 录 因 子 ）、Nrf2、Sirt1 和 MGST1。Western
blotting 和免疫荧光分析显示，上调 miR 34a 和 miR
93，肝组织中的上述 4 个基因的表达降低［17］。通过
转染人胚肾 293 细胞试验，进一步验证 MiR 34a 和
miR 93 强烈抑制这 4 个蛋白的表达。MiR 34a 抑制
SP1、Nrf2、Sirt1 和 MGST1 这 4 个蛋白的表达，而
miR 93 只影响 SP1、Sirt1 和 MGST1 三个蛋白的表
达［18］。另外，有研究报道，Nrf2 是 MGST1 的转录
因子，SP1 是 Sirt1 和 MGST1 的转录因子［19］，因此
上调 miR 34a 和 miR 93，可以对两个关键抗氧化基
因的抑制，形成转录后双重调节。
5 展望
miRNA 的发现，是对基因表达调控研究的一个
突破，其为人们提供了一个全新的角度来认识生物
基因和基因表达调节的本质。miRNA 参与各种各样
的调节途径，包括发育、病毒防御、造血过程、器
官形成、细胞增殖和凋亡及脂肪代谢等等。而针对
miRNA 在抗氧化应激方面的调节，特别是感染、肿
瘤和自身免疫性疾病的发病机理中，随着研究的不
断深入，将会有突破性进展，同时有助于阐明药物
反应的个体机制，为药物设计与靶向性治疗提供潜
在目标。
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（责任编辑 狄艳红）