根据世界卫生组织分级法，中枢神经系统肿瘤可分为Ⅰ~Ⅳ级^[1]，高级别胶质瘤发病率、复发率和死亡率均较高。患者的临床治愈率和5年生存率也非常低，预后极差，其平均存活时间仅约为1年^[2]。患者预后较差的原因之一是脑胶质瘤易对化疗药物产生耐药性以及对放射治疗产生抵抗，脑胶质瘤干细胞(glioma stem cells，GSC)和转录因子核因子红细胞2(nuclear factor erythroid 2, NF-E2)相关因子2(nuclear factor erythroid 2-related factor 2，Nrf2)及其信号通路之间的相互关系及其作用机制尚无相关综述报道。

1 脑胶质瘤

脑胶质瘤亦称为神经胶质瘤，是起源于神经外胚层的最常见中枢神经系统原发性恶性肿瘤，好发于青壮年，脑胶质瘤发病率逐年递增，其发生与化学、物理以及遗传学等因素均有密切联系。在我国每年约有3万人死于脑胶质瘤。脑胶质瘤发生发展的过程实际上是细胞增殖、分化和凋亡失控的过程，与细胞的信号传导过程密切相关。脑胶质瘤常呈侵袭性生长，侵袭范围远大于肉眼和影像可显示范围，传统的治疗方案是在全部切除瘤体的基础上，采用综合手段(包括化学药物治疗和放射治疗等)杀伤肿瘤细胞或抑制其增殖。目前研究的热点集中在寻找有效的分子治疗脑胶质瘤细胞的靶点、阻断肿瘤细胞的恶性增殖、逆转其多药耐药和提高临床治疗有效率^[3]。

2 GSC

研究^[4-5]显示:肿瘤内部存在小部分的起始细胞即肿瘤干细胞(cancer stem cells，CSC)。有学者认为脑胶质瘤细胞中也存在着这样一些“种子细胞”，其在脑胶质瘤的发生发展和转归中起重要作用，Singh等^[6]和Galli等^[7]在研究人类脑胶质瘤的实验中发现一些与神经干细胞(neural stem cells，NSC)具有相似特性的细胞，称为GSC或胶质瘤起始细胞。目前越来越多的研究^[8-10]结果支持GSC学说，并逐渐成为研究热点。CD133、ABCG2或Nestin可作为GSC的标记物, 研究^[11-12]显示：CD133(+)细胞可能是脑胶质瘤肿瘤多药耐药、对放疗不敏感及造成肿瘤复发的重要因素。Jin等^[13]借助荧光激活细胞分离仪分选出Nestin呈阳性的GSC，验证了Nestin在神经干细胞中尤其是GSC中表达丰富，可作为GSC的分子标记。GSC对肿瘤组织的持续增生起重要作用，与脑胶质瘤对化疗药物耐药性的产生密切相关，脑胶质瘤中GSC比例越高，脑胶质瘤抵抗放化疗的能力就越强^[14]，如果能够对GSC进行有效的杀伤，将会极大提高脑胶质瘤治疗的有效率^[15]。

3 Nrf2和Nrf2信号通路 3.1 Nrf2和Nrf2信号通路的基本概况

Nrf2是1种相对分子质量为66 000~68 000的蛋白质，有1个基本的亮氨酸结构域。由Kelch样环氧氯丙烷相关蛋白1(Kelch-like ECH-associated protein 1，Keap1)、Nrf2和抗氧化反应元件(antioxidant response element，ARE)组成的Keap1-Nrf2-ARE信号通路，简称Nrf2信号通路，是重要的内源性抗氧化应激通路^[16-17]。生理状态条件下，Nrf2主要存在于细胞质中，仅有少量位于细胞核中，起维持基本转录水平的作用。Nrf2的激活是一个正反馈调节机制。目前，为了调节Nrf2通路活性进而治疗疾病，一般可用Nrf2调节剂阻止Nrf2和Keap1的结合。由泛素介导的Nrf2蛋白降解可以抑制Nrf2信号通路被激活，从而保持细胞质中Nrf2蛋白浓度的稳定，提高Nrf2转录活性^[18]。

3.2 Nrf2和Nrf2信号通路对肿瘤的抑制作用

外界药物、射线刺激以及内源性的活性氧自由基会损伤细胞DNA和蛋白质，如不及时修复损伤，会使细胞发生癌变。生理条件下，细胞在损伤后会经过一系列反应降低这种氧化损伤，最主要的方式之一是通过Ⅱ相解毒酶结合有害物质而将其清除^[19]。Nrf2是体内多种Ⅱ相解毒酶的主要转录激活因子，当机体受到外界刺激引起细胞损伤时，Nrf2表达量上调，以激活下游Ⅱ相解毒基因的表达，可以增强细胞对氧化应激的耐受能力，通过对体内多种致癌物DNA的清除，以及对其生物功能蛋白的破坏，维持机体内环境稳定，从而起到抑制肿瘤发生发展的作用。研究^{[18, 20-21]}显示：Nrf2具有降低肿瘤易感性作用，Nrf2是调控细胞对抗氧化损伤和外来异物的关键转录因子，Nrf2缺失或激活发生障碍，会造成细胞对应激源的敏感性升高。Nrf2信号通路在抗氧化应激和抑制肿瘤形成等多方面的作用引起广泛的关注，很多学者对此进行了深入的研究，Yu等^[22]发现：Nrf2基因敲除小鼠更容易产生化学诱导的DNA损伤，在苯并芘致胃癌和亚硝基化合物致泌尿系统上皮恶性肿瘤模型中表现出高发性。Nrf2基因缺陷的小鼠比野生型小鼠更容易生成肿瘤，Nrf2诱导剂抑制肿瘤生长的研究结果进一步证明了Nrf2在肿瘤发生发展中的重要抑制作用^[5]。研究^[23-24]表明：Nrf2信号通路的激活在抗肿瘤方面具有重要作用，同时Nrf2信号通路呈低表达时更容易发生癌变，而刺激Nrf2信号通路有助于抵抗癌症的发生。

3.3 Nrf2和Nrf2信号通路对肿瘤的促进作用

Nrf2是介导细胞防御反应的重要转录因子，协助抵抗氧化应激损伤，保护细胞免受化学物质的损害，在抑制肿瘤发生发展、抗应激反应、调控凋亡、抗炎症反应和神经保护等方面发挥细胞保护功能，是细胞氧化还原稳态的主要调节剂，一直被认为是一种有益的防御机制，是研究领域的热点问题，但随着研究的深入，发现在正常细胞条件下，Nrf2由于诱导ARE依赖性细胞保护基因表达从而具有抗癌作用，可保护细胞免受氧化的影响。Nrf2最初通过防御致癌物破坏或氧化应激介导的细胞成分损伤起到预防肿瘤的作用，但是如果连续诱导，Nrf2可以发挥其致癌作用^[25]。肿瘤细胞通过Nrf2或Keap1突变与基因杂合性丢失，使Nrf2和Keap1不能正常结合，致使Nrf2在肿瘤细胞中积累，激活下游基因，增加肿瘤细胞中的解毒酶水平，促进肿瘤的形成和生长，降低肿瘤细胞对化疗的敏感性，增强肿瘤细胞对放化疗的抵抗性，诱导化疗耐药^[26]，即肿瘤细胞能够利用Nrf2信号通路增强自身的抗氧化应激能力，防御放疗和化疗对其影响，从而产生耐受性^[27]。Nrf2在多种肿瘤中表现异常活跃。造成肿瘤中Nrf2高表达的原因很多，Keap1和(或)Nrf2突变是最主要的因素^[28]，而无Keap1和Nrf2突变的肿瘤中，Nrf2高表达则是通过其他多种途径调节实现的。研究^[29-30]表明：当细胞处于高氧化应激状态时，细胞发生凋亡，而当出现低氧化应激水平时，Nrf2表达过度，出现还原应激则容易导致肿瘤的发生。Nrf2信号通路在肿瘤性病变中的正负作用主要由其激活状态决定。Nrf2的水平极低或极高均具有负面影响。在癌症患者体内，过表达的Nrf2信号可能有助于癌细胞的存活和增殖^[31]。

Nrf2信号通路被认为是重要的信号通路的另一个原因是该通路激活后能够启动下游多种保护性基因的表达，重要的保护性基因包含Ⅱ相解毒酶基因、蛋白酶体基因、泛素酶基因、抗氧化蛋白类基因和多向性抗药蛋白2(MRP2、ABCC2)基因等^[32]。Nrf2激活调控的基因目前有超过200个，可被不同的激活物在不同的条件下所激活，其激活的基因种类和程度取决于激活剂种类、激活方式和被激活的对象。这些基因可以使外来物质失活、解毒，从而保护细胞，但这些下游基因很多已被证实与肿瘤耐药相关，因此，Nrf2是引起肿瘤细胞多药耐药的重要因素^[27]。Nrf2信号通路与肿瘤耐药之间存在着密切的关系，肿瘤细胞中Nrf2的异常调控可引起下游蛋白表达或活性提高，从而导致耐药性的产生。抑制Nrf2活性，从而下调Nrf2调控基因的表达，可以提高肿瘤细胞对化疗药物的敏感性，给治疗肿瘤带来新的希望。Nrf2表达水平还与肿瘤预后有关，研究^[33-34]表明：在恶性肿瘤中Nrf2表达水平越高提示其预后越差。Nrf2的异常活化可以增强肿瘤细胞的存活和生长，并进一步增强肿瘤细胞对化疗和放疗的抵抗，癌症患者的预后与肿瘤中Nrf2水平呈负相关关系，Nrf2过表达对肿瘤发生发展的有利影响可归因于Nrf2抗氧化蛋白表达水平的增加及其对氧化应激的反作用。一旦细胞转化为肿瘤细胞，则肿瘤细胞可利用Nrf2来适应环境并进一步发展。具有高Nrf2活性的肿瘤细胞通过促进对抗癌药物的解毒和增强的抗氧化能力，对细胞毒性化学治疗药物的敏感性较低^[35]。Nrf2的激活减少了放射治疗和化学治疗诱导的细胞毒性，增强了癌细胞的耐药性，抑制Nrf2信号是克服肿瘤耐药性的潜在靶点，可以被认为是提高传统治疗效果的新策略^[25]。

4 Nrf2和Nrf2信号通路在CSC和GSC中的表达

在不同类型的CSC模型中已证实Nrf2信号的激活，可能促进CSC在氧化性肿瘤微环境中的维持和存活，并与CSC对化疗药物耐药性的产生密切相关，CSC耐药性与化疗后肿瘤复发有关。结直肠CSC中Nrf2抗氧化特征和广泛的抗氧化网络可能有助于结直肠CSC耐药性的产生，更好地了解结直肠CSC耐药性的途径可能有助于开发有效的结直肠CSC靶向药物^[36]。蛋白酶功能改变和p62异常表达在乳腺癌CSC中可引起Nrf2活化，Nrf2沉默的乳腺癌CSC不产生化疗耐药性，表明Nrf2在乳腺癌CSC生存以及耐药性的产生中起作用^[37]。Nrf2及其靶向基因在非黏附性乳腺球群细胞中呈高表达，Nrf2介导的细胞保护性反应明显升高，Nrf2抑制剂有潜力发展成新的辅助化疗药物组合，用于难治性肿瘤起始CSC的治疗^[38]。Nrf2介导的ATP结合盒转运蛋白G2(ABCG2)在肺腺癌SP细胞中的表达可能会导致化疗失败。因此，设计出能够减轻Nrf2和ABCG2表达的新型抗癌药物可使肺腺癌SP细胞对化疗更敏感，从而防止肿瘤复发^[39]。可通过抑制Nrf2，使CSC增殖减少和致癌性降低。Nrf2介导的转运蛋白的过度表达可能在CSC的多药耐药中起关键作用。目前该研究中的一个设想是能否通过调节Nrf2途径来靶向治疗CSC，具有特征化作用模式的Nrf2抑制剂将是重要的研究方向^[5]。

Nrf2是肿瘤的重要转录因子，研究^[40]表明：Nrf2通过诱导调节腺苷酸活化蛋白激酶(adenosine monophosphate-activated protein kinase，AMPK)和雷帕霉素靶(mammalian target of rapamycin，mTOR)抑制脑胶质瘤增殖。此外，Nrf2在神经胶质瘤细胞中的表达量较正常脑组织明显升高，并且随着脑胶质瘤的级别增加，其表达量越高^[41]，即Nrf2过表达与脑胶质瘤的WHO分级呈正相关关系，肿瘤分级越高，Nrf2表达的阳性率越高，具有较高Nrf2表达的脑胶质瘤患者总生存期趋于缩短，因此Nrf2可以作为判断神经胶质瘤患者细胞行为和预后的有效生物学标志物^[41-42]。Nrf2在GSC中的表达量明显高于脑胶质瘤细胞，使GSC在脑胶质瘤发生发展甚至治疗过程中得以维持生长与自我更新^[43]，且进入细胞核的Nrf2比例也明显升高，上调Nrf2表达能促进GSC增殖，下调Nrf2表达可抑制GSC生长、促进细胞凋亡。脑胶质瘤细胞系U251在敲除Nrf2之后，能在替莫唑胺作用下发生细胞自吞噬性死亡^[44]。Nrf2对胶质母细胞瘤的直接调控机制是通过靶向调节GSC信号通路，以消除肿瘤细胞对化疗和放疗的抵抗，增强GSC的自噬，抑制肿瘤增殖，阻断肿瘤的侵袭和迁移，诱导肿瘤细胞凋亡；间接调控机制主要是调节胶质母细胞瘤细胞与周围微环境之间的反应^[45]。因此，Nrf2为脑胶质瘤的靶向治疗提供了新的方向，研究^[46]已证实脑胶质瘤细胞中ERK和PI3K信号通路是通过调控Nrf2而发挥促进肿瘤增殖、产生化疗耐药等功能的。Nrf2是抑制GSC分化的关键因素，抑制Nrf2可诱导分化GSC，Nrf2敲除后，Nrf2的表达量明显降低，改善了肿瘤细胞分化过程，为GSC提供了治疗靶点，从而达到有效消除GSC的治疗目标，可能有益于脑胶质瘤患者的治疗^[47]。Nrf2的敲除可抑制GSC增殖，Nrf2表达量的下调可以明显减弱GSC的自我更新。敲除Nrf2通过引起G₂期细胞比例异常增加、S期细胞比例降低，改变细胞周期的分布，进而可抑制GSC的增殖^[48]。GSC对肿瘤化疗和放疗产生高度耐药性及抗辐射性，Nrf2及其信号通路是维持其生长与自我更新的重要因素，可促进其生长，Nrf2的异常调控还促进了多药耐药基因的表达，也是使肿瘤产生耐药性的原因之一，提示脑胶质瘤细胞可通过某种方式利用Nrf2及其信号通路起到保护自身的作用。Nrf2及其信号通路在正常细胞中具有抗氧化应激和抑制肿瘤形成的重要作用，而在脑胶质瘤细胞尤其GSC中Nrf2呈高表达，可促进其生长、增殖，抑制其凋亡；另外Nrf2与脑胶质瘤多药耐药及抗辐射有关联，即Nrf2对脑胶质瘤具有双重作用，鉴于其对肿瘤的双面性作用，调控Nrf2及其信号通路将成为探讨脑胶质瘤防治策略的有效途径。

5 展望

综上所述，GSC是肿瘤中具有自我更新能力、无限增殖以及产生异质性肿瘤细胞的多向分化潜能的细胞, 对脑胶质瘤的发生发展和转移有重要作用。因此, 进一步研究Nrf2及其信号通路在脑胶质瘤细胞和GSC中的调控机制, 进而明确如何靶向性调控脑胶质瘤细胞和GSC中的Nrf2表达水平，以及如何在脑胶质瘤防治过程中合理地利用和控制该信号通路具有积极意义。