Front Aging Neurosci:AD細胞模型中氧化應激的調控機制

氧化應激（自由基和抗氧化劑系統之間的失衡）在阿爾茨海默氏病（AD）的發生和發展中起著重要作用。Nuclear factor erythroid 2-related factor 2（Nrf2）是中樞神經系統中抗氧化應激的重要轉錄因子，Nrf2的核易位能夠促進多種抗氧化劑基因的表達，例如超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化氫酶（CAT）、血紅素加氧酶-1（HO-1）和NAD(P)H等。先前的研究已經觀察到AD中Nrf2的表達降低。

本研究利用DNA甲基轉移酶（Dnmts）抑制劑5-Aza探討Nrf2的表達是否受DNA甲基化的調節，以及通過DNA去甲基化對Nrf2的上調是否會促進Nrf2的核易位及其下遊基因NQO1的表達。

本研究利用以氧化應激損傷為特徵的AD細胞模型—N2a / APPswe細胞系，證明了5-Aza處理可導致Nrf2基因的mRNA和蛋白質表達增加。

圖1. 5-Aza上調Nrf2 mRNA和蛋白水平

CpG二核苷酸在嘧啶環的5'位點甲基化形成5-甲基胞嘧啶（5-mC），破壞細胞轉錄機制並導致基因沉默。反之，DNA低甲基化與基因表達的上調相關。

本研究表明，在未處理的N2a / APPswe細胞中，觀察到較低的Nrf2水平和Nrf2啟動子的前五個CpG位點的高甲基化，表明該甲基化與Nrf2基因低表達密切相關。

圖2. 5-Aza處理使前五個CpG位點特異性去甲基化

DNA甲基轉移酶（Dnmts）抑制劑5-Aza是第一種由食品和藥物管理局（FDA）批准用於治療骨髓增生異常綜合症（MDS）的表觀遺傳藥物，可以通過下調Dnmts或抑制Dnmts酶的活性來使DNA去甲基化，促進基因正常表達。

為了探討5-Aza是否可以重新激活N2a / APPswe細胞中Nrf2基因的表達，該研究以不同劑量5-Aza（3μM和5μM）進行幹預，結果表明5-Aza處理可特異性降低N2a / APPswe細胞中Dnmt1，Dnmt3a和Dnmt3b的表達；通過亞硫酸氫鹽測序，發現在5-Aza處理組中同樣位點的甲基化減少（98％對78％）。作者提出，5-Aza是通過抑制N2a / APPswe細胞中的Dnmts表達來影響Nrf2的表達。

在AD細胞模型中觀察到Nrf2不能順利轉移入核內，或在核內表現出了低反應性。

經5-Aza處理的N2a / APPswe細胞比溶劑對照組顯示出更高的核內螢光反應，結合Nrf2核蛋白（N-Nrf2）定量結果，說明DNA去甲基化能增加Nrf2 mRNA和蛋白質水平，並促進Nrf2的核易位。

圖3. 5-Aza處理促進Nrf2在細胞中的核易位

NQO1是Nrf2的目標基因之一，作為一種抗氧化酶，它通過減少各種醌類和防止活性氧的積累維持細胞氧化還原平衡。

本研究發現5-Aza可以增加Nrf2下遊基因NQO1的mRNA和蛋白表達水平，這與Nrf2在N2a / APPswe細胞中的總表達和核轉運增加有關。

圖4. 5-Aza增加了NQO1的mRNA和蛋白質表達水平

參考文獻：

AO H, WANG L, CHEN B, et al. DNA Demethylation Upregulated Nrf2 Expression in Alzheimer's Disease Cellular Model [J]. Frontiers in aging neuroscience, 2015, 7(244).

編譯作者：樂行僧 (Brainnews創作團隊)

校審：Victoria, Simon (Brainnews編輯部)