核因子红细胞2-样2； NFE2L2

NFE2相关因素2；NRF2
NFE2 相关转录因子 2

HGNC 批准的基因符号：NFE2L2

细胞遗传学位置：2q31.2 基因组坐标（GRCh38）：2:177,230,302-177,264,726（来自 NCBI）

▼ 描述

NFE2L2 基因编码一种与抗氧化反应元件（ARE）结合的转录因子，从而激活参与响应不同细胞损伤（例如氧化应激）的基因表达（Huppke 等人总结，2017）。

NFE2（601490）、NFE2L1（163260）和 NFE2L2 包含编码碱性亮氨酸拉链（bZIP）转录因子的人类基因家族。它们共享与其他 bZIP 家族不同的高度保守区域，例如 JUN（165160）和 FOS（164810），尽管其余区域彼此差异很大（Chan 等人，1995）。

▼ 克隆与表达

Moi 等人使用来自 β 球蛋白基因座（HBB；141900）控制区的 AP1（参见 JUN；165160）和 NFE2 结合序列筛选人骨髓性白血病细胞系 cDNA 文库，然后筛选胎儿肝脏 cDNA 文库（1994）克隆了全长 NFE2L2，他们将其称为 NRF2。推导的 589 个氨基酸的蛋白质的计算分子量为 66.1 kD。NRF2 具有亲水性 N 端结构域，随后是具有 DNA 激活结构域特征的酸性区域、NFE2 家族成员中保守的中央 CNC 同源区、基本 DNA 结合结构域和 C 端亮氨酸拉链二聚化结构域，其中包含预计会阻碍同源二聚体形成的带电残基。Northern 印迹分析在除胎儿血液之外的所有成人和胎儿组织和细胞系中检测到 2.4-kb NRF2 转录物，骨髓和骨头。在成人肌肉、肾脏和肺以及胎儿肝脏和肌肉中检测到最高表达。体外转录和翻译产生表观分子质量为 96 kD 的蛋白质。

▼ 基因功能

使用报告基因检测，Moi 等人（1994）证明 NRF2 的假定 N 末端酸性反式激活结构域是有功能的。

SSAT 基因（SAT1；313020）的超诱导与几种抗肿瘤多胺类似物的抗肿瘤活性相关。王等人（1999）发现 PMF1（609176） mRNA 在对多胺类似物敏感的肺肿瘤细胞系中也被诱导，但在不敏感的肺肿瘤细胞系中则不被诱导。在报告基因检测中，PMF1 和 NRF2 的共转染激活了 SSAT 启动子的多胺响应元件的转录，而 PMF1 是限速元件。王等人（1999）得出结论，PMF1 通过与 NRF2 合作介导 SSAT 转录诱导。

王等人（2001）证明NRF2-PMF1相互作用需要NRF2的亮氨酸拉链区域和PMF1的C末端卷曲螺旋区域。中断这些区域中的任何一个的突变都会改变蛋白质相互作用的能力，并且它们失去了调节 SSAT 基因转录的能力。

He 等人使用酵母 2-杂交测定法（2001）发现小鼠 Nrf2 与大鼠 Atf4 相互作用（604064）。免疫共沉淀和哺乳动物 2 杂交分析证实了这种相互作用。Nrf2-Atf4 二聚体结合来自 Nrf2 靶基因 Ho1（HMOX1；141250）的应激反应元件序列。其他实验表明，ATF4 以细胞特异性方式调节 HO1 表达，可能与 NRF2 形成复合物。

Clements 等人使用小干扰 RNA（siRNA）破坏人非小细胞肺癌细胞系中的 DJ1 表达（2006）表明 DJ1（602533）是多个基因表达所必需的，包括 NRF2 调节的抗氧化酶 NQO1（125860）。没有 DJ1，NRF2 蛋白不稳定，转录反应在基础和诱导后均下降。DJ1 通过影响 NRF2 与 KEAP1（606016）的关联，对于 NRF2 的稳定是不可或缺的，KEAP1 是一种促进 NRF2 泛素化和降解的抑制剂蛋白。

氧化磷脂，例如 oxPAPC（氧化 1-棕榈酰-2-花生四烯酰-sn-甘油-磷酸胆碱），具有促炎和促动脉粥样硬化作用，并且还通过诱导抗氧化酶对血管细胞产生有益作用。于尔卡宁等人（2008）表明 oxPAPC 增加了人脐静脉内皮细胞（HUVEC）中 NRF2 的核积累，并增加了抗氧化剂 HMOX1（141250）、GCLM（601176）和 NQO1（125860）的表达，所有这些都在其 5 素侧翼序列中含有抗氧化反应元件（ARE）。通过小干扰RNA敲低NRF2可逆转oxPAPC对GCLM和NQO1的诱导，但对HMOX1诱导的影响较小。报告基因检测和染色质免疫沉淀分析表明，oxPAPC 激活 ARE 并增加 NRF2 与 NQO1 和 HMOX1 ARE 的结合。此外，与野生型相比，Nrf2 缺失小鼠颈动脉中 oxPAPC 对 Hmox1、Gclm 和 Nqo1 的诱导减少。于尔卡宁等人（2008）得出结论，氧化磷脂对 NRF2 的激活限制了它们对脉管系统的有害影响。

破坏 NRF2-KEAP1 相互作用以稳定 NRF2 并增加 NRF2 靶基因组成型转录的体细胞突变的鉴定表明，增强的活性氧（ROS）解毒和额外的 NRF2 功能实际上可能具有致瘤性。德尼古拉等人（2011）研究了 Kras（190070）、Braf（164757）和 Myc（190080）内源性致癌等位基因表达后原代小鼠细胞中 ROS 代谢，发现 ROS 受到这些致癌基因的积极抑制。Kras（G12D）（190070.0005）、Braf（V619E）和 Myc（ERT2）均增加 Nrf2 的转录，从而稳定提升基础 Nrf2 抗氧化程序，从而降低细胞内 ROS 并赋予更还原的细胞内环境。癌基因引导的 Nrf2 表达增加是 Nrf2 抗氧化程序激活的机制，在表达 KRas（G12D）和 BRaf（V619E）的小鼠原代细胞和组织以及人类胰腺癌中很明显。此外，Nrf2 通路的基因靶向损害了 KRas（G12D）诱导的体内增殖和肿瘤发生。因此，德尼古拉等人（2011）得出的结论是，NRF2 抗氧化剂和细胞解毒程序代表了迄今为止未被认识到的肿瘤发生介质。

伊德斯等人（2011）发现 microRNA-200A（MIR200A; 612090）与 KEAP1 转录本的 3 素 UTR 结合，导致 mRNA 降解。乳腺癌细胞中 MIR200A 的表观遗传沉默导致 KEAP1 失调、NRF2 转录活性抑制以及 NQO1 表达减少。MIR200A 在人乳腺癌细胞中过度表达或用组蛋白脱乙酰酶抑制剂治疗小鼠乳腺癌模型可增强 MIR200A 依赖性 KEAP1 下调并恢复 NRF2 表达。

DeNicola 等人利用大量非小细胞肺癌（NSCLC）细胞系的综合代谢追踪和转录分析来表征 NSCLC 中丝氨酸/甘氨酸生物合成途径的活性和调节（2015）表明该活性具有高度异质性，并受到 NRF2 的调节，NRF2 是一种在 NSCLC 中经常失调的转录因子。德尼古拉等人（2015）发现 NRF2 通过 ATF4 控制关键丝氨酸/甘氨酸生物合成酶基因 PHGDH（606879）、PSAT1（610936）和 SHMT2（138450）的表达，以支持谷胱甘肽和核苷酸的产生。德尼古拉等人（2015）表明这些基因的表达导致人类非小细胞肺癌预后不良。

班布斯科娃等人（2018）表明衣康酸和衣康酸二甲酯会诱导亲电子应激，与谷胱甘肽发生反应，随后诱导 NRF2 依赖性和非依赖性反应。班布斯科娃等人（2018）发现亲电应激可以通过抑制 I-kappa-B-zeta（608004）蛋白诱导来选择性调节对 Toll 样受体刺激的次级而非初级转录反应。I-kappa-B-zeta 的调节孤立于 NRF2，作者确定 ATF3（603148）为其关键介质。这种抑制作用在物种和细胞类型中是保守的，体内给予衣康酸二甲酯可以改善银屑病小鼠模型中 IL17（603149）-I-kappa-B-zeta 驱动的皮肤病理学，凸显了该调节途径的治疗潜力。

米尔斯等人（2018）表明，衣康酸是一种内源性代谢物，是小鼠和人类巨噬细胞中脂多糖激活抗炎转录因子 NRF2 所必需的。米尔斯等人（2018）发现衣康酸通过半胱氨酸残基的烷基化直接修饰蛋白质。衣康酸烷基化蛋白质 KEAP1（606016）上的半胱氨酸残基 151、257、288、273 和 297，使 NRF2 能够增加具有抗氧化和抗炎能力的下游基因的表达。NRF2 的激活是衣康酸抗炎作用所必需的。米尔斯等人（2018）描述了细胞渗透性衣康酸酯衍生物 4-辛基衣康酸酯的用途，它可以防止体内脂多糖诱导的致死性并减少细胞因子的产生。作者表明，I 型干扰素可增强 IRG1（615275）的表达和衣康酸的产生。衣康酸的产生限制了 I 型干扰素反应，表明涉及干扰素和衣康酸的负反馈循环。米尔斯等人（2018）得出结论，衣康酸是一种重要的抗炎代谢物，通过 NRF2 发挥作用，限制炎症并调节 I 型干扰素。

博隆等人（2018）鉴定了一种糖酵解酶 PGK1（311800）的小分子抑制剂，并揭示了糖酵解和 NRF2 信号传导之间的直接联系。抑制 PGK1 会导致反应性代谢物甲基乙二醛的积累，从而选择性地修饰 KEAP1（606016），在近端半胱氨酸和精氨酸残基之间形成甲基咪唑交联。这种翻译后修饰导致 KEAP1 的二聚化、NRF2 的积累以及 NRF2 转录程序的激活。博隆等人（2018）得出的结论是，他们的结果证明了糖酵解和 KEAP1-NRF2 转录轴之间存在直接的通路间通讯，并为细胞应激反应的代谢调节提供了深入的见解。

▼ 基因结构

Moi 等人（1994）确定 NFE2L2 基因包含 5 个外显子，跨度超过 11 kb。第一个内含子长度超过 6 kb。

▼

通过荧光原位杂交作图，Chan 等人（1995）证明 NFE2L2 基因（他们用 NRF2 表示）位于 2q31。尽管编码 NFE2、NFE2L1 和 NFE2L2 的基因分别位于 12、17 和 2 号染色体上，但它们可能通过染色体复制源自单一祖先。对应到3条染色体相同区域的其他基因彼此相关，例如，是胶原蛋白、整联蛋白和HOX基因家族的成员。

▼ 分子遗传学

Huppke 等人在 4 名患有免疫缺陷、发育迟缓和低同型半胱氨酸血症的无关患者中（IMDDHH; 617744）（2017）在 NFE2L2 基因（600492.0001-600492.0004）中发现了 4 个不同的从头杂合错义突变。所有突变均影响 N 末端 Neh2 结构域中的 2 个基序（ETGE 或 DLG）中的 1 个，该基序促进抑制性 KEAP1（606016）分子的结合。来自 1 名患者的成纤维细胞显示突变 NFE2L2 水平增加，多个基因表达增加，包括那些参与应激反应的基因。AKR1C1（600449）和 AKR1B10（604707）的表达增加最为强烈。患者红细胞显示 G6PD（305900）和 GSR（138300）活性增加，表明体内 NFE2L2 靶基因的下游激活。患者细胞还表现出细胞质氧化还原平衡的不平衡，与对照相比，静息状态氧化还原平衡更还原，即更负。使用抗氧化剂木犀草素治疗患者细胞可将 NFE2L2 水平降低高达 90%，而使用抗坏血酸治疗效果较差。总体而言，研究结果表明，在没有压力的情况下，突变会增加 NFE2L2 水平，并引起应激反应基因的组成性慢性激活，这与功能获得效应一致。

▼ 动物模型

陈等人（2001）发现 Nrf2 敲除小鼠对乙酰氨基酚（APAP）高度敏感。使用野生型小鼠能够耐受的 APAP 剂量，Nrf2 -/- 小鼠死于肝功能衰竭。当服用 400 mg/kg APAP 后肝脏谷胱甘肽耗尽时，野生型小鼠能够补偿并恢复正常的谷胱甘肽水平。相比之下，基因敲除小鼠的谷胱甘肽水平没有得到补偿，仍然很低。结果强调了 Nrf2 在调节谷胱甘肽合成和细胞解毒过程中的重要性。

李等人（2004）报道，靶向破坏 Nrf2 的小鼠表现出再生性免疫介导的溶血性贫血。由于抗氧化能力下降而导致的氧化应激慢性增加，使红细胞变得敏感，并导致 Nrf2 -/- 小鼠溶血性贫血，这表明 Nrf2 抗氧化反应元件途径在细胞抗氧化防御系统中发挥着关键作用。

兰加萨米等人（2004）报道说，Nrf2 -/- 小鼠比野生型同窝小鼠出现更早、更广泛的香烟烟雾诱发的肺气肿。暴露于香烟烟雾 6 个月的 NRF2 缺陷小鼠的肺气肿与更明显的支气管肺泡炎症、氧化应激标记物的肺泡表达增强以及凋亡的肺泡间隔细胞数量增加有关。微阵列分析确定了肺部近 50 个 Nrf2 依赖性抗氧化剂和细胞保护基因的表达，这些基因可能协同作用，抵消香烟烟雾引起的氧化应激和炎症。兰加萨米等人。

野生型啮齿动物有棕黄色门牙，颜色代表铁含量。铁通过成釉细胞沉积到成熟的牙釉质中，从而勾画出牙齿牙釉质表面的轮廓。柳川等人（2004）发现 Nrf2 缺陷基因工程小鼠的门牙呈灰白色。显微X射线成像分析显示，与野生型小鼠相比，Nrf2缺陷小鼠门牙的铁含量显着降低。在 Nrf2 缺陷小鼠中，铁异常沉积在釉质器官的乳头层细胞中，表明铁从血管到成釉细胞的转移受到干扰。柳川等人（2004）还发现Nrf2缺失小鼠的成釉细胞在成熟后期表现出退行性萎缩，导致成熟牙釉质表面铁沉积的损失。

蒂穆拉帕等人（2006）观察到，与野生型小鼠相比，Nrf2 -/- 小鼠中脂多糖（LPS）治疗以及盲肠结扎和穿刺（CLP）诱导更高的死亡率和肺部炎症，包括 Tnf（191160）分泌和 Nfkb（参见 164011）活性。微阵列和RT-PCR分析表明，Nrf2控制许多促炎细胞因子和趋化因子及其调节因子以及抗氧化基因（例如GCLC；606857）的早期激增。免疫印迹分析显示，在用 LPS 或 TNF 治疗后，Nrf2 -/- 小鼠中 Ikba（NFKBIA；164008）的降解更大，Ikk（参见 600664）活性增加。荧光素酶报告基因检测显示，N-乙酰半胱氨酸抗氧化剂预处理显着减弱了 Nrf2 -/- 细胞中 Nfkb 介导的活性，并消除了 Nrf2 -/- 小鼠中 LPS 诱导的促炎基因表达。蒂穆拉帕等人（2006）得出结论，NRF2 调节脓毒症期间的先天免疫反应，并通过维持氧化还原稳态和抑制促炎信号传导来提高生存率。

热量限制是已知的最有效的干预措施，既可以防止实验动物致癌，又可以延长实验动物的寿命。Pearson 等人使用 Nrf2 -/- 小鼠（2008）表明 Nrf2 负责热量限制的大部分抗癌作用，但它对于增加胰岛素敏感性和延长寿命来说是可有可无的。

▼ 等位基因变异体（4 个选定示例）： .0001 免疫缺陷、发育迟缓和低同型半胱氨酸血症 NFE2L2、THR80LYS 在一名患有

免疫缺陷、发育迟缓和低同型半胱氨酸血症（IMDDHH; 617744）的 9 岁男孩（患者 1）中，Huppke 等人（2017）在 NFE2L2 基因的外显子 2 中鉴定出从头杂合的 c.239C-A 颠换（c.239C-A, NM_006164.4），导致 Neh2 结构域 ETGE 基序中的保守残基发生 thr80 至 lys（T80K）取代。该突变是通过外显子组测序发现并经桑格测序证实的，但在ExAC数据库中并未发现。

.0002 免疫缺陷、发育迟缓和低同型半胱氨酸血症
NFE2L2、GLY81SER
在一名患有免疫缺陷、发育迟缓和低同型半胱氨酸血症（IMDDHH; 617744）的 13 岁男孩（患者 2）中，Huppke 等人（2017）在 NFE2L2 基因的外显子 2 中发现了一个从头杂合的 c.241G-A 转换（c.241G-A, NM_006164.4），导致 Neh2 结构域 ETGE 基序中的保守残基处发生 gly81 到 Ser（G81S）取代。该突变是通过外显子组测序发现并经桑格测序证实的，但在ExAC数据库中并未发现。

.0003 免疫缺陷、发育迟缓和低同型半胱氨酸血症
NFE2L2、GLY31ARG
在一名患有免疫缺陷、发育迟缓和低同型半胱氨酸血症（IMDDHH; 617744）的 14 岁男孩（患者 3）中，Huppke 等人（2017）在 NEF2L2 基因的外显子 2 中发现了一个从头杂合的 c.91G-A 转换（c.91G-A, NM_006164.4），导致 Neh2 结构域的 DLG 基序中的保守残基处发生 gly31 至 arg（G31R）取代。该突变是通过外显子组测序发现并经桑格测序证实的，但在ExAC数据库中并未发现。

.0004 免疫缺陷、发育迟缓和低同型半胱氨酸血症
NFE2L2、GLU79LYS
在一名患有免疫缺陷、发育迟缓和低同型半胱氨酸血症（IMDDHH; 617744）的 1.5 岁女孩（患者 4）中，Huppke 等人（2017）在 NFE2L2 基因的外显子 2 中发现了一个从头杂合的 c.235G-A 转换（c.235G-A, NM_006164.4），导致 Neh2 结构域 ETGE 基序中的保守残基处发生 glu79 到 lys（E79K）取代。该突变是通过外显子组测序发现并经桑格测序证实的，但在ExAC数据库中并未发现。该患者有一个未受影响的双胞胎姐妹，她没有携带这种突变。