综述：重连氧化还原防御：Nrf2驱动的抗氧化信号作为结直肠癌细胞程序性死亡激活的门户

《Genes & Diseases》：Rewiring redox defense: Nrf2-driven antioxidant signaling as a gateway to programmed cell death activation in colorectal cancer

　　

核因子红系2相关因子2（Nuclear factor erythroid 2-related factor 2，Nrf2）是抗氧化及II相解毒基因的核心调控因子，在结直肠癌（colorectal cancer，CRC）进展中发挥双重作用：既维持氧化还原稳态，又反常地促进化疗耐药。程序性细胞死亡（programmed cell death，PCD）通路，包括凋亡、铁死亡和自噬，主要通过活性氧（reactive oxygen species，ROS）介导的机制，深刻影响CRC的发生发展及治疗应答。新兴证据表明，靶向PCD的药理制剂或天然化合物可诱导ROS蓄积，由于CRC细胞对ROS依赖性增强，该策略能选择性削弱其存活能力。尽管Nrf2的双重功能已被广泛阐明，但Nrf2介导的氧化还原调控与PCD调节之间的具体互作仍未完全明确，制约了氧化还原靶向治疗策略的发展。本综述系统整合了PCD中心范式下CRC中Nrf2活性调控的最新进展，重点阐述其在ROS管理中的情境依赖性作用。此外，研究人员提出了合理策略，通过单药或联合常规治疗方案，利用Nrf2抑制剂或激活剂克服化疗耐药并提升治疗效果。通过桥接机制见解与治疗潜力，本研究强调Nrf2是重新定义CRC氧化还原靶向干预的关键节点。本文为叙述性综述，系统总结了CRC中Nrf2、ROS与PCD通路（凋亡、铁死亡、自噬）的相关文献。检索数据库为PubMed和Web of Science，检索词为（“Nrf2”OR“NFE2L2”）AND（“colorectal cancer”OR“CRC”）AND（“apoptosis”OR“ferroptosis”OR“autophagy”OR“programmed cell death”OR“ROS”OR“oxidative stress”），限定发表时间为2010至2024年的英文文献，优先纳入2018–2024年的体内外实验、临床及机制研究，排除其他肿瘤相关研究及综述，并通过参考文献追溯补充文献。数据经合成后用于凸显Nrf2、ROS与PCD之间的机制关联及转化治疗策略。

Nrf2信号通路及其在结直肠癌中的作用

Nrf2表达与活性的调控

Nrf2又称NRF2或NFE2L2，属于Cap'n'Collar（CNC）碱性区亮氨酸拉链（basic-region leucine zipper，bZIP）转录因子家族，是调控细胞抗氧化反应的核心分子。其包含6个Nrf2-ECH同源（Neh）结构域：Neh1含CNC-bZIP区域，可与小肌动蛋白（small musculoaponeurotic fibrosarcoma，sMaf）蛋白异二聚化并结合DNA；Neh2位于N端，通过结合Keap1的DGR和CTR结构域，介导Nrf2经Keap1依赖途径降解；Neh4和Neh5通过与CREB结合蛋白互作，启动靶基因转录；Neh3通过结合染色质解旋酶DNA结合蛋白6（CHD6）发挥转录激活功能；Neh6富含丝氨酸残基，可被糖原合成酶激酶3β（glycogen synthase kinase 3β，GSK3β）磷酸化后，被β-转导重复相容蛋白（β-TrCP）识别并介导降解。

基础状态下，Nrf2的Neh2结构域与Keap1–Cullin3复合物结合，在胞质中被泛素化并经蛋白酶体降解，维持低基线水平。当细胞遭遇亲电或氧化应激时，氧化剂或亲电试剂修饰Keap1的半胱氨酸残基，导致Nrf2从Keap1解离。游离Nrf2在胞质蓄积并转位入核，与sMaf蛋白（MafF、MafG、MafK）形成异二聚体，结合抗氧化反应元件（antioxidant response element，ARE）并启动靶基因转录。此外，丝裂原活化蛋白激酶（mitogen-activated protein kinase，MAPK）/磷脂酰肌醇3-激酶（phosphoinositide 3-Kinase，PI3K）–蛋白激酶B（protein kinase B，AKT）信号通路可通过磷酸化GSK3β的Ser9位点，抑制GSK3β介导的Nrf2磷酸化，阻断β-TrCP与Neh6结构域的结合，构成Keap1非依赖的Nrf2激活途径。蛋白激酶C（PKC）还可磷酸化Nrf2 Neh2结构域的Ser40，促进其核转位及下游基因激活。自噬功能障碍时，磷酸化的自噬衔接蛋白p62可与Keap1竞争性结合Nrf2，同样促使Nrf2入核。

Nrf2在结直肠癌中的双重作用

生理状态下，ROS主要来源于线粒体、内质网和过氧化物酶体，包括超氧阴离子（O₂^•–）、过氧化氢（H₂O₂）、羟基自由基（HO^•）和单线态氧（¹O₂）。外源性应激或病理状态可导致ROS过量产生，引发癌症等慢性疾病。Nrf2–ARE通路通过激活谷氨酸半胱氨酸连接酶催化亚基（glutamate cysteine ligase catalytic，GCLC）、谷氨酸半胱氨酸连接酶修饰亚基（glutamate cysteine ligase modifier，GCLM）和谷胱甘肽S-转移酶（glutathione S-transferase，GST）等抗氧化及II相解毒基因，抵御氧化剂和异生物质损伤。

Nrf2兼具肿瘤抑制与促瘤双重功能：在正常结肠上皮或炎症性肠病（inflammatory bowel disease，IBD）背景下，Nrf2上调GCLC、GCLM和谷胱甘肽过氧化物酶3（glutathione peroxidase 3，GPX3），降低ROS及炎症水平，保护细胞免受氧化损伤，抑制结肠炎相关癌变；早期CRC阶段，Nrf2激活血红素氧合酶1（heme oxygenase 1，HO-1）和NAD(P)H醌氧化还原酶1（NAD(P)H quinone oxidoreductase 1，NQO1）等保护性基因，抑制凋亡，维持氧化还原稳态，限制肿瘤起始；晚期CRC中，Keap1突变或p62蓄积导致的Nrf2持续高表达，可上调B细胞淋巴瘤-2（B-cell lymphoma-2，Bcl-2）和溶质载体家族7成员11（solute carrier family 7 member 11，SLC7A11），促进化疗耐药，抑制铁死亡与凋亡；治疗过程中，正常组织的Nrf2激活可降低辐射诱导的铁死亡，保护肠上皮免受放射性肠炎损伤。

结直肠癌中的凋亡：ROS介导的调控及Nrf2的调节作用

结直肠癌细胞中ROS驱动的凋亡信号

凋亡分为外源性与内源性通路，均依赖半胱天冬酶（caspase）执行，并受核因子κB（nuclear factor kappa B，NF-κB）、PI3K等通路调控。内质网未折叠蛋白累积及钙稳态失衡也可诱导凋亡。多项研究显示，靶向Wnt/β-连环蛋白通路的抑制剂DGG-300273可通过ROS–BIM–caspase级联诱导CRC细胞凋亡；熊果酸通过同时抑制信号转导与转录激活因子3（signal transducer and activator of transcription 3，STAT3）、细胞外信号调节激酶（extracellular signal-regulated kinase，ERK）和NF-κB通路，协同诱导ROS依赖性凋亡，克服单靶点耐药。绿原酸、根皮素、蓝雪醌、NO-阿司匹林、肉桂水提物及褪黑素联合穿心莲内酯等天然产物或组合，均可通过升高ROS、降低线粒体膜电位（mitochondrial membrane potential，MMP）、调控Bax/Bcl-2比例、抑制Wnt/β-连环蛋白通路等机制诱导凋亡。此外，沉默激活素A受体样1型（activin A receptor-like type 1，ACVRL1）、过氧化物还原酶2（Peroxiredoxin 2，Prdx2）或过表达脯氨酸氧化酶（proline oxidase，POX）等分子操作，也可通过提升ROS水平促进CRC细胞凋亡。

Nrf2作为ROS介导凋亡的情境依赖性调控因子

CRC细胞可通过Nrf2介导的抗氧化防御限制ROS诱导的凋亡。线粒体热休克蛋白肿瘤坏死因子受体相关蛋白1（tumor necrosis factor receptor-associated protein 1，TRAP1）抑制剂G-TPP可通过升高ROS诱导内质网应激与凋亡，而抑制Nrf2会加剧该效应。阿司匹林联合锌可通过激活Nrf2增强抗氧化防御，抑制DMH-DSS诱导的结肠炎相关CRC进展；但ZnCl₂可通过抑制Nrf2激活，恢复p53功能并增加细胞死亡。长链非编码RNA MIR4435-2HG通过Nrf2/HO-1通路介导顺铂耐药，敲低该分子可增敏顺铂并诱导凋亡。铁螯合剂血晶素（hemin）诱导的ROS可剂量依赖性激活Nrf2并上调Sestrin2（SESN2），后者作为负反馈抑制氧化应激，但在高铁环境下反而阻碍凋亡并促进CRC进展。六跨膜上皮抗原1（six-transmembrane epithelial antigen of the prostate 1，STEAP1）通过激活Nrf2降低ROS并抑制凋亡，沉默STEAP1则因Nrf2介导的抗氧化机制受损诱发凋亡。海洋过氧倍半萜、麦卢卡蜂蜜、二甲双胍、乙酰唑胺等分子或药物，均可通过抑制Nrf2活性，升高ROS、下调抗凋亡蛋白、激活促凋亡通路，最终促进CRC细胞凋亡。在IBD相关的结肠炎癌变早期，炎性髓系细胞诱导的短暂ROS可激活Nrf2，增强蛋白酶体活性并抑制凋亡；姜黄素通过ROS/Nrf2通路激活miR-34a/b/c，诱导凋亡并抑制转移。Nrf2遗传多态性与CRC细胞凋亡及放化疗预后显著相关。Lapatinib衍生物AF8c可通过p53依赖的方式上调Nrf2，进而诱导DR5依赖的凋亡。

结直肠癌中的铁死亡：ROS、脂质代谢与Nrf2介导的耐药

ROS与脂质过氧化：结直肠癌细胞铁死亡的核心触发因素

铁死亡是一种铁与ROS依赖的程序性细胞死亡形式，特征为谷胱甘肽过氧化物酶4（glutathione peroxidase 4，GPX4）失活及细胞内脂质过氧化物蓄积。铜载体Elesclomol通过降解铜转运蛋白ATP7A，破坏线粒体呼吸并升高ROS，促进SLC7A11降解，诱导铁死亡；金属配合物Cu-1可通过扰乱氧化还原稳态，在体内外诱导铁死亡依赖性细胞死亡并增强抗肿瘤免疫。喜树碱类似物SN38联合电穿孔可降低谷胱甘肽（glutathione，GSH）水平、升高脂质过氧化，诱导铁死亡。抑癌基因APC膜招募1（APC membrane recruitment 1，AMER1）通过促进SLC7A11和铁蛋白轻链（ferritin light chain，FTL）的泛素化降解，升高胞内胱氨酸与Fe²⁺水平，诱导铁死亡，其缺失则抑制铁死亡并促进CRC转移。非甾体类一氧化氮供体NCX4040、缺氧诱导因子2-α（hypoxia-inducible factor 2-alpha，HIF-2α）、维生素C联合西妥昔单抗等处理，均可通过升高ROS、扰乱铁稳态或脂质代谢，诱导CRC细胞铁死亡。半胱氨酸脱硫酶（NFS1）缺乏联合奥沙利铂可通过升高ROS触发包含铁死亡在内的PANoptosis，且奥沙利铂诱导的NFS1丝氨酸磷酸化可抑制该过程。

Nrf2介导的ROS-脂质过氧化抑制拮抗铁死亡

Nrf2通过上调下游抗氧化基因抑制铁死亡，促进肿瘤存活。Nrf2抑制剂Brusatol可通过抑制金属硫蛋白1G（metallothionein-1G，MT-1G）诱导肝癌细胞铁死亡并增敏索拉非尼；葫芦巴碱抑制Nrf2可增强头颈部肿瘤细胞对RSL3和青蒿琥酯诱导的铁死亡的敏感性。尿苷胞苷激酶样1（uridine-cytidine kinase-like-1，UCKL1）通过稳定Nrf2上调SLC7A11，促进GSH合成以清除脂质过氧化物并抑制铁死亡，靶向UCKL1可逆转该保护效应。丁酸钠（sodium butyrate，NaB）通过FFAR2–AKT–Nrf2通路下调SLC7A11，抑制GPX4合成并升高脂质ROS，诱导铁死亡并减缓结肠炎相关CRC进展。KRAS突变通过MAPK–Nrf2通路上调铁死亡抑制蛋白1（ferroptosis suppressor protein 1，FSP1），保护KRAS突变CRC细胞抵抗铁死亡，西妥昔单抗可通过抑制p38 MAPK–Nrf2–HO-1通路降低GPX4表达，增敏该类细胞。芳基乙酰胺脱乙酰酶（arylacetamide deacetylase，AADAC）通过激活Nrf2上调SLC7A11，抑制脂质过氧化并促进CRC肝定植；长链非编码RNA LINC00239通过与Keap1互作抑制Nrf2泛素化并增强其稳定性，抑制铁死亡并与不良预后正相关。奥沙利铂通过抑制Nrf2及其下游抗氧化基因诱导铁死亡；铁暴露可通过ROS激活Nrf2，上调糖酵解相关基因及GSH相关蛋白SLC7A11和GPX4，增强Warburg效应并抑制铁死亡。人参皂苷Rh3（Ginsenoside Rh3，GRh3）通过抑制Nrf2激活，下调SLC7A11并诱导铁死亡；黄杞叶总黄酮（total flavonoids of Engelhardia roxburghiana Wall. leaves，TFERL）通过激活Nrf2上调GPX4，降低脂质过氧化，减轻辐射诱导的肠损伤；肿柄菊素C通过内质网应激介导的PERK–Nrf2–HO-1通路诱导铁死亡。

结直肠癌中的自噬：Nrf2对细胞保护与死亡的双重调控

ROS作为结直肠癌细胞自噬流的关键诱导因子

自噬是胞质成分转运至溶酶体降解并回收的过程，对维持细胞稳态至关重要，ROS是其关键诱导因素。受体酪氨酸激酶抑制剂安罗替尼通过上调ATP6V0E2和TFEB等溶酶体相关基因，增强溶酶体功能与自噬体融合，抑制溶酶体功能可因ROS升高增强其抗肿瘤效应；自噬抑制剂氯喹联合SN-38可通过p53-ROS互作诱导ROS爆发，增敏CRC细胞。线粒体靶向近红外自噬增强剂IR-58通过TIM44–SOD2–ROS–mTOR通路诱导过量ROS与自噬，介导CRC细胞死亡。β-榄香烯、菠萝蛋白酶、七叶皂苷、水飞蓟宾、青蒿琥酯、萘酰亚胺衍生物6c、铁皮石斛多糖等天然产物或化合物，均可通过升高ROS、破坏线粒体功能、降低MMP，激活AMPK/mTOR等通路诱导保护性自噬或自噬性死亡。环吡酮胺通过下调DJ-1诱发线粒体功能障碍与ROS蓄积，触发保护性自噬，联合自噬抑制剂可增强疗效；卡介苗细胞壁骨架联合电离辐射通过ROS诱导自噬增强CRC放射敏感性；SWI/SNF复合物的ATP酶BRG1通过调控自噬相关氧化应激抑制结肠炎与CRC进展。光动力疗法、纳米TRAIL（TRAIL/Apo2L与氧化铁纳米颗粒结合）、放疗联合热疗等创新疗法，也可通过升高ROS激活JNK或Beclin1/LC3B，诱导自噬并发挥抗肿瘤效应。

Nrf2–p62反馈环：调控ROS依赖性自噬结局

Nrf2可直接诱导Atg5、p62、LC3B、ULK1等自噬相关基因，或通过诱导Sestrin2抑制mTORC1间接激活选择性自噬。基础状态下Nrf2被Keap1介导的泛素化降解，氧化应激时Nrf2与Keap1解离并入核启动靶基因转录，其中包括p62。磷酸化的p62通过Keap1相互作用区域与Keap1结合，亲和力高于Nrf2的ETGE基序，从而竞争性释放Nrf2并促进其核转位，形成正反馈环路。大麻二酚通过p53依赖的ROS过量产生激活Keap1–Nrf2信号通路，诱导巨自噬，抑制Hsp70可将自噬重定向为caspase依赖的凋亡；漆黄素通过降低核Nrf2水平抑制自噬并诱导凋亡；L-硒代胱氨酸通过p62–Nrf2–ARE轴下调Nrf2及自噬通路蛋白，选择性杀伤持续激活Nrf2的CRC细胞；小亮氨酸拉链蛋白（small leucine zipper protein，sLZIP）在营养缺乏时上调，通过启动LC3转录并调控Keap1–Nrf2–NQO1通路维持代谢应激下的氧化还原稳态；谷氨酰胺酶1（glutaminase 1，GLS1）耗竭通过LC3和p62依赖的自噬通路抑制Nrf2激活，阻碍CRC增殖与迁移；阿魏酸三丁基锡（IV）通过激活Nrf2介导的抗氧化反应，增强ROS诱导的内质网应激与自噬；TXNDC9通过调控Nrf2表达降低CRC细胞对奥沙利铂的敏感性并调节自噬应答；高浓度乙醇通过激活Nrf2诱导保护性自噬促进CRC细胞存活；表没食子儿茶素没食子酸酯（Epigallocatechin-3-gallate，EGCG）通过促进Nrf2核转位上调自噬相关基因，增强CRC细胞放射敏感性；二十二碳六烯酸（docosahexaenoic acid，DHA）的抗CRC效应与自噬敏感性相关；褪黑素通过减少炎症与氧化应激抑制自噬，升高p62并激活Nrf2，上调NQO1和HO-1，减缓结肠炎相关CRC进展。

Nrf2与结直肠癌的其他细胞死亡程序

Nrf2活性决定CRC细胞对化疗的敏感性。沉默Nrf2可通过升高ROS上调GSDME-N表达，诱导细胞焦亡并增敏化疗。Nrf2激活可上调人脐静脉内皮细胞中HO-1，进而影响NLRP3和caspase-1等焦亡关键蛋白表达；人参皂苷Rh3通过Stat3/p53/Nrf2轴抑制Nrf2核转位，下调HO-1并诱导焦亡，发挥抗肿瘤效应。

靶向Nrf2与ROS的结直肠癌新型治疗策略

Nrf2的小分子调节剂

Nrf2调节剂分为激活剂与抑制剂：Brusatol和葫芦巴碱通过抑制Nrf2活性削弱抗氧化防御，增敏ROS介导的铁死亡与凋亡；NaB通过抑制Nrf2及下游SLC7A11诱导铁死亡，减缓结肠炎相关CRC进展。EGCG作为Nrf2激活剂，可通过促进自噬依赖性死亡增强CRC放射敏感性；姜黄素通过激活ROS/Nrf2/miR-34a/b/c通路诱导凋亡，体现Nrf2功能的复杂性。开发特异性靶向Nrf2–Keap1互作的调节剂仍是当前难点。

联合治疗

联合治疗通过整合Nrf2调节剂与常规化疗或创新疗法，增强ROS介导的细胞死亡：Penexanthone A抑制Nrf2，联合顺铂可降低移植瘤负荷；麦卢卡蜂蜜抑制Nrf2，联合5-氟尿嘧啶协同抑制增殖与迁移；西妥昔单抗抑制Nrf2/HO-1通路，联合铁死亡诱导剂RSL3可抑制KRAS突变CRC细胞活力；EGCG激活Nrf2联合放疗可抑制增殖；TFERL预处理激活Nrf2，联合放疗可减轻放射性肠炎并抑制肿瘤增殖。联合策略可靶向Nrf2介导的耐药机制，但仍需临床试验验证安全性与有效性。

Nrf2抑制剂与化疗药物

Nrf2抑制剂与奥沙利铂、顺铂或5-氟尿嘧啶联合，可有效增强ROS介导的细胞死亡。Penexanthone A破坏氧化还原平衡并诱导铁死亡，增敏顺铂；麦卢卡蜂蜜抑制Nrf2表达，通过升高ROS协同增强5-氟尿嘧啶的化疗效果。

Nrf2抑制剂与铁死亡诱导剂

Nrf2抑制剂与RSL3、Erastin等铁死亡诱导剂联合在CRC中显示显著疗效。西妥昔单抗通过抑制Nrf2/HO-1通路，促进KRAS突变CRC细胞的铁死亡。

Nrf2激活剂与放疗

Nrf2激活剂EGCG联合放疗可促进Nrf2核转位，增强抗氧化反应并诱导自噬性死亡；TFERL预处理可增强CRC细胞放射敏感性，同时通过激活Nrf2通路减轻辐射性肠损伤。

转化可行性与Nrf2靶向治疗的生物标志物

Nrf2的双重角色使治疗窗口狭窄：激活Nrf2保护正常组织但可能促进肿瘤耐药，抑制Nrf2增敏肿瘤但可能损伤正常组织。小分子Nrf2抑制剂Brusatol在高剂量时可致肝损伤；EGFR靶向纳米粒可降低全身毒性并提高肿瘤内药物浓度。Nrf2激活剂的临床应用需根据Nrf2/Keap1遗传状态进行患者分层。目前Nrf2调节剂的临床试验多为I/II期：谷氨酰胺酶抑制剂CB-839联合卡培他滨在PIK3CA突变CRC患者中耐受性良好，并可改善无进展生存期；索拉非尼联合立体定向体部放疗在SLC7A11高表达的CRC肝转移患者中客观缓解率达55%，延长无进展生存期，但尚未完成III期试验。临床应用中需密切监测副作用：Nrf2抑制剂可能加重放疗患者的肠道毒性；二甲双胍虽总体安全，但可能导致维生素B12缺乏，需在CRC化学预防中补充。

未来方向

靶向Nrf2通路是CRC治疗的 promising策略，小分子调节剂可调控ROS介导的PCD，联合治疗可改善疗效。目前Nrf2在焦亡、坏死性凋亡等PCD通路中的作用研究有限，需进一步探索其机制并评估治疗潜力。肿瘤微环境中的炎性髓系细胞、缺氧、肿瘤相关巨噬细胞及癌相关成纤维细胞均可通过调控ROS与Nrf2活性影响PCD，未来需纳入肿瘤微环境互作设计治疗策略。

结论与展望

Nrf2是调控细胞氧化应激适应的核心转录因子，在CRC中发挥双重作用：既可保护细胞免受氧化损伤，又可在特定条件下促进细胞死亡。Nrf2通过调控ROS水平影响凋亡、铁死亡与自噬，但其对其他PCD形式的调控仍待阐明。肿瘤微环境与非上皮组分对Nrf2介导的PCD调控至关重要，未来需结合动物模型与临床研究深入解析这些机制，为开发靶向Nrf2通路的CRC精准治疗提供依据。