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Keap1、Nrf2和HO-1在大鼠应激性胃溃疡中的表达

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2024年4月24日发(作者:矫菱)

Keap1、Nrf2和HO-1在大鼠应激性胃溃疡中的表达

黄攀;陆瀚文;周峥嵘;宋广浩;安珂;张庄;丁威

【摘 要】探讨Kelch样环氧氯丙烷相关蛋白-1(Kelch-like epichlorohydrin-

associated protein 1,Keap1)/核因子E2相关因子2(nuclear factor-E2-related

factor 2,Nrf2)/血红素氧合酶-1(heme oxygenase 1,HO-1)信号通路在应激

性胃溃疡发生及发展中的作用。建立大鼠水浸束缚应激性(water immersion and

restraint stress,WRS )胃溃疡模型,按Guth标准计算溃疡指数(ulcer index,UI),

应用免疫组织化学检测Keap1、Nrf2、HO-1在胃黏膜组织中的定位和表达情况。结果

表明,WRS处理7 h后,大鼠胃黏膜出现明显的点线状出血;WRS处理前后,Keap1、

Nrf2、HO-1蛋白均主要定位于大鼠胃底腺细胞胞质中,其中Nrf2在溃疡周围胃底腺

细胞胞核中也有表达;WRS处理7 h后,Keap1表达量显著降低(P<0.05),于7 d

后恢复至正常水平,而HO-1表达量显著升高(P<0.05),于3 d后恢复至正常水平;

Nrf2恢复3 d后表达量显著升高(P<0.05),随后出现下降。WRS处理后,Keap1、

Nrf2、HO-1在大鼠胃黏膜中的定位和表达量均出现变化,提示Keap1/Nrf2/HO-1

信号通路可能在应激性胃溃疡的发生及发展过程中发挥了一定抗应激作用。

【期刊名称】《江苏农业科学》

【年(卷),期】2016(044)012

【总页数】3页(P280-282)

【关键词】应激性胃溃疡;Keap-1;Nrf2;HO-1;大鼠

【作 者】黄攀;陆瀚文;周峥嵘;宋广浩;安珂;张庄;丁威

【作者单位】江苏大学医学院,江苏镇江212013;江苏大学医学院,江苏镇江

212013;江苏大学医学院,江苏镇江212013;江苏大学医学院,江苏镇江212013;江苏大

学医学院,江苏镇江212013;江苏大学医学院,江苏镇江212013;江苏农林职业技术学院,

江苏句容212400

【正文语种】中 文

【中图分类】S858.91

应激性胃溃疡是动物受到环境应激后,交感神经系统(SNS)兴奋性升高,血管收缩,

引起胃黏膜缺血、缺氧、抵抗力下降,从而产生的急性出血性损伤[1]。应激性胃溃疡

的发生及发展与细胞氧化应激密切相关,应激后下丘脑-垂体-肾上腺轴(HPA)敏感性

升高,引起胃酸、胃蛋白酶、胃泌素分泌增加[2-3];同时,皮质醇与儿茶酚胺的释

放可诱导氧自由基的产生,导致细胞膜内脂质过氧化物的生成,从而引起氧化应激[4]。

Keap1/Nrf2/HO-1信号通路在细胞抗氧化损伤和炎症损伤过程中发挥重要作用[5]。

生理状态下,Nrf2与胞浆伴侣分子蛋白Keap1偶联并被锚定在胞浆中,Nrf2处于相对

失活状态;当细胞暴露于氧自由基时,Keap1的构象发生改变,Nrf2从二聚体上解离并

转移进入细胞核,与核内抗氧化应答元件(antioxidant responsive element,ARE)结

合,启动ARE调控的下游抗氧化基因HO-1等的表达,清除多余的氧自由基,从而发挥

抗应激作用[6]。王菲等研究发现,Keap1和Nrf2在热应激造成的大鼠肝脏损伤中发

挥抗应激作用[7]。沈锡中研究发现,HO-1在乙酸诱导的大鼠胃溃疡中表达明显增强,

对胃黏膜具有一定保护作用[8]。在胃溃疡的发生及发展过程中,HO-1是否受上游

Keap1/Nrf2/ARE信号通路的调控有待验证。通过研究Keap1/Nrf2/HO-1信号通

路相关蛋白在大鼠应激型胃溃疡中的表达情况,初步探讨其在应激性胃溃疡中可能发挥的

作用。

1.1 试剂

Keap1抗体、Nrf2抗体、HO-1抗体均购自大连宝生物公司,ABC试剂盒购自武

汉博士德生物公司,DAB购自Sigma公司(美国),动物切片石蜡(熔点为60~

62℃)、多聚甲醛购自上海凌锋化学试剂有限公司。其他试剂均为国产分析纯。

1.2 试验动物处理

采用28只9~11周龄、体质量200~220 g的雄性SD大鼠作为试验动物,购自江

苏大学试验动物中心。试验前对大鼠饥饿处理24 h,然后采取束缚处理并浸泡于

(20±2)℃的水中,水位达到大鼠剑突部[9]。分别于应激后7 h、恢复3 d、恢复7

d时采样。采用乙醚麻醉,颈椎脱臼致死。

1.3 溃疡指数的测定

剖腹将胃取出,结扎贲门和幽门,从腺胃部注入10 mL 1%多聚甲醛,并将全胃放入

1%多聚甲醛溶液中浸泡10 min;沿胃大弯将胃剪开,用生理盐水轻轻冲洗胃黏膜面,按

Guth标准评估胃黏膜损伤UI,并按以下标准累计积分[10]。按黏膜溃疡或糜烂长度

(mm)计算,斑点状糜烂为1分;糜烂长度不足1 mm为2分,介于1~2 mm为3

分,2~4 mm为4分,超过4 mm为5分;糜烂宽度超过1 mm则分值加倍。全胃得

分之和为胃溃疡指数。

1.4 样品处理与免疫组织化学

选取病变及与其交界处胃壁全层的胃组织,采用石蜡切片法制作成厚度为7μm的切

片,将切片进行免疫组织化学染色,观察胃黏膜组织HO-1、Keap1、Nrf2的定位与表

达。

1.5 免疫组织化学阳性结果的判定

Keap1、Nrf2、HO-1蛋白阳性表达时,经免疫组织化学染色着色呈棕褐色。对上

述结果采用双评分半定量法进行统计,在显微镜下随机观察5个高倍镜视野,每个视野计

数的细胞≥1 000个,并统计阳性细胞的平均百分比,以此作为评分标准。具体评分方法

为:无阳性细胞为0分,阳性细胞占0~25%为1分,26%~50%为2分,51%~75%

为3分,≥76%为4分。以染色程度作为评分标准,无着色为0分,淡黄色为1分,棕黄

色为2分,棕褐色为3分。将以上2种评分结果相加,作为该切片的表达强弱得分。每

只大鼠选取10张切片,计算每组的平均得分。整个计数及评分过程均由2位经验丰富的

病理医师协助完成。

1.6 统计学分析

所有数据均以“平均值±标准误”(±s)表示,所有试验均重复4次以上。采用SPSS

17.0统计软件对试验数据进行处理,经单因素方差分析(ANOVA),差异显著性检验采

用Turkey检验法进行多重比较。

2.1 WRS处理对大鼠胃黏膜UI的影响

由图1可知,WRS处理7 h后,大鼠胃黏膜出现点线状溃疡出血和少量血凝块,UI

为39.7±6.8;恢复3 d时UI为30.6±6.1,与WRS 7 h组相比差异不显著(P>0.05);

恢复7 d时UI为10.4±5.0,显著低于WRS 7 h组和恢复3 d组(P<0.05)。

2.2 免疫组织化学检测Keap1、Nrf2、HO-1蛋白的定位

由图2可知,WRS处理前后,Keap1(图2-A)、Nrf2(图2-B)、HO-1(图

2-C)3种蛋白均主要定位于大鼠胃底腺细胞胞质中,其中Nrf2在溃疡周围胃底腺细胞

胞核中也有表达。

2.3 Keap1、Nrf2、HO-1蛋白的表达水平

由图3可知,WRS处理7 h后,Keap1表达量显著降低(P<0.05),7 d后恢复

至正常水平。WRS处理7 h后,Nrf2表达量无显著变化,但恢复3 d后其表达量显著升

高(P<0.05);与恢复3 d组相比,恢复7 d时Nrf2表达量出现下降(P<0.05),但

仍显著高于正常水平(P<0.05)。WRS处理7 h后,HO-1表达量显著升高(P<

0.05),3 d后恢复至正常水平。

WRS处理大鼠被广泛应用于应激性胃溃疡病理机制的研究,具有简单、高效、重复

性高等特点,是理想的试验动物模型。本试验中,WRS处理7 h后,大鼠胃黏膜出现明

显的溃疡病变,表明应激性胃溃疡模型建立成功。

动物受到环境应激后,SNS、HPA敏感性升高,肾上腺素、糖皮质激素、儿茶酚胺

等激素的分泌增加,诱导氧自由基大量产生,导致细胞膜内脂质过氧化物的生成,引起氧

化应激。大量研究表明,Keap1/Nrf2/HO-1信号通路在细胞抗氧化损伤和炎症损伤

等过程中发挥重要作用[5]。其中,核转录因子Nrf2属于CNC-bZIP

(cap‘n’collar subfamily of basic leucine-zipper),即CNC亮氨酸拉链转录激活

因子家族,能够诱导一系列抗氧化剂保护蛋白的编码,参与调节抗氧化应激反应,是

CNC家族成员中最强的转录因子[11]。大量研究表明Nrf2与多种疾病的发生有关

[11-15]。很多因素可影响Nrf2的表达。Keap1是一种E3泛素连接酶,在胞浆中锚

定于肌动蛋白,可调节Nrf2的泛素化过程,是氧化应激反应的主调节器[13]。生理状

态下,Nrf2与Keap1偶联被锚定在胞浆中,Nrf2被泛素化修饰并快速降解,从而维持

细胞基础的氧化还原平衡;当细胞暴露于氧自由基时,Keap1的构象发生改变,Nrf2从

二聚体上解离并转移进入细胞核,调控下游抗氧化基因HO-1等表达,清除多余的氧自

由基,从而发挥抗应激作用[6,13]。通过免疫组织化学检测发现,WRS处理前后,

Keap1和Nrf2均主要定位于大鼠胃底腺细胞胞质中,其中Nrf2在胃溃疡组织周围胃底

腺细胞胞核中也有表达。蛋白表达半定量分析发现,WRS处理7 h后,Keap1表达量明

显下降,Nrf2在恢复3 d后表达量显著升高。提示WRS处理可能导致大鼠胃底腺细胞

胞质中的Nrf2从二聚体解离,并转移进入细胞核,从而起到了抗应激作用。

HO-1为诱导性血红素加氧酶,别称热体克蛋白32,很多诱导因素均可引起其活性

及蛋白量增加。已有研究证实,HO-1作为一种应激蛋白,在应激和疾病条件下对消化

道具有抗炎、抗组织损伤、抗氧化、保护细胞黏膜、调节胃肠运动等积极作用。目前已从

动物和人的组织器官中分离纯化出3种血红素氧合酶(HO)的同工酶,HO-1为诱导型,

HO-2、HO-3为结构型[16]。生理状态下,消化道中的HO同工酶主要为HO-2,

而HO-1在肠组织中不表达,仅在缺血、缺氧等刺激下才开始分泌HO-1。在消化道疾

病中,HO-1的水平增加,发挥抗炎、抗氧化等细胞保护作用[17]。沈锡中在乙酸诱

导的大鼠胃溃疡模型中发现,HO-1蛋白定位于胃黏膜细胞中,胃溃疡大鼠的胃黏膜

HO-1基因表达水平显著高于正常大鼠[8]。本试验通过免疫组织化学检测发现,

WRS处理前后,HO-1均主要定位于大鼠胃底腺细胞胞质中;蛋白表达半定量分析发现,

WRS处理7 h后,HO-1表达量出现明显升高的现象。提示应激性胃溃疡发生后,HO

-1可能参与了胃黏膜抗损伤机制。

在应激性胃溃疡的发生及发展过程中,Keap1、Nrf2、HO-1出现了表达量和蛋白

定位的改变,表明这3种蛋白可能均参与了胃黏膜的抗氧化损伤机制。由于调控Nrf2和

HO-1的信号通路非常多,Keap1/Nrf2/HO-1信号通路在应激性胃溃疡中的作用机

制有待进一步验证。

【相关文献】

[1]Brzozowski T,Zwirska-Korczala K,Konturek P,et of circadian

rhythm and endogenous melatonin in pathogenesis of acute gastric bleeding

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[7]王 菲,黄 毅,李延森,等.Keap1/Nrf2/ARE通路相关基因在热诱导的氧化

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2012,18(4):526-528.

2024年4月24日发(作者:矫菱)

Keap1、Nrf2和HO-1在大鼠应激性胃溃疡中的表达

黄攀;陆瀚文;周峥嵘;宋广浩;安珂;张庄;丁威

【摘 要】探讨Kelch样环氧氯丙烷相关蛋白-1(Kelch-like epichlorohydrin-

associated protein 1,Keap1)/核因子E2相关因子2(nuclear factor-E2-related

factor 2,Nrf2)/血红素氧合酶-1(heme oxygenase 1,HO-1)信号通路在应激

性胃溃疡发生及发展中的作用。建立大鼠水浸束缚应激性(water immersion and

restraint stress,WRS )胃溃疡模型,按Guth标准计算溃疡指数(ulcer index,UI),

应用免疫组织化学检测Keap1、Nrf2、HO-1在胃黏膜组织中的定位和表达情况。结果

表明,WRS处理7 h后,大鼠胃黏膜出现明显的点线状出血;WRS处理前后,Keap1、

Nrf2、HO-1蛋白均主要定位于大鼠胃底腺细胞胞质中,其中Nrf2在溃疡周围胃底腺

细胞胞核中也有表达;WRS处理7 h后,Keap1表达量显著降低(P<0.05),于7 d

后恢复至正常水平,而HO-1表达量显著升高(P<0.05),于3 d后恢复至正常水平;

Nrf2恢复3 d后表达量显著升高(P<0.05),随后出现下降。WRS处理后,Keap1、

Nrf2、HO-1在大鼠胃黏膜中的定位和表达量均出现变化,提示Keap1/Nrf2/HO-1

信号通路可能在应激性胃溃疡的发生及发展过程中发挥了一定抗应激作用。

【期刊名称】《江苏农业科学》

【年(卷),期】2016(044)012

【总页数】3页(P280-282)

【关键词】应激性胃溃疡;Keap-1;Nrf2;HO-1;大鼠

【作 者】黄攀;陆瀚文;周峥嵘;宋广浩;安珂;张庄;丁威

【作者单位】江苏大学医学院,江苏镇江212013;江苏大学医学院,江苏镇江

212013;江苏大学医学院,江苏镇江212013;江苏大学医学院,江苏镇江212013;江苏大

学医学院,江苏镇江212013;江苏大学医学院,江苏镇江212013;江苏农林职业技术学院,

江苏句容212400

【正文语种】中 文

【中图分类】S858.91

应激性胃溃疡是动物受到环境应激后,交感神经系统(SNS)兴奋性升高,血管收缩,

引起胃黏膜缺血、缺氧、抵抗力下降,从而产生的急性出血性损伤[1]。应激性胃溃疡

的发生及发展与细胞氧化应激密切相关,应激后下丘脑-垂体-肾上腺轴(HPA)敏感性

升高,引起胃酸、胃蛋白酶、胃泌素分泌增加[2-3];同时,皮质醇与儿茶酚胺的释

放可诱导氧自由基的产生,导致细胞膜内脂质过氧化物的生成,从而引起氧化应激[4]。

Keap1/Nrf2/HO-1信号通路在细胞抗氧化损伤和炎症损伤过程中发挥重要作用[5]。

生理状态下,Nrf2与胞浆伴侣分子蛋白Keap1偶联并被锚定在胞浆中,Nrf2处于相对

失活状态;当细胞暴露于氧自由基时,Keap1的构象发生改变,Nrf2从二聚体上解离并

转移进入细胞核,与核内抗氧化应答元件(antioxidant responsive element,ARE)结

合,启动ARE调控的下游抗氧化基因HO-1等的表达,清除多余的氧自由基,从而发挥

抗应激作用[6]。王菲等研究发现,Keap1和Nrf2在热应激造成的大鼠肝脏损伤中发

挥抗应激作用[7]。沈锡中研究发现,HO-1在乙酸诱导的大鼠胃溃疡中表达明显增强,

对胃黏膜具有一定保护作用[8]。在胃溃疡的发生及发展过程中,HO-1是否受上游

Keap1/Nrf2/ARE信号通路的调控有待验证。通过研究Keap1/Nrf2/HO-1信号通

路相关蛋白在大鼠应激型胃溃疡中的表达情况,初步探讨其在应激性胃溃疡中可能发挥的

作用。

1.1 试剂

Keap1抗体、Nrf2抗体、HO-1抗体均购自大连宝生物公司,ABC试剂盒购自武

汉博士德生物公司,DAB购自Sigma公司(美国),动物切片石蜡(熔点为60~

62℃)、多聚甲醛购自上海凌锋化学试剂有限公司。其他试剂均为国产分析纯。

1.2 试验动物处理

采用28只9~11周龄、体质量200~220 g的雄性SD大鼠作为试验动物,购自江

苏大学试验动物中心。试验前对大鼠饥饿处理24 h,然后采取束缚处理并浸泡于

(20±2)℃的水中,水位达到大鼠剑突部[9]。分别于应激后7 h、恢复3 d、恢复7

d时采样。采用乙醚麻醉,颈椎脱臼致死。

1.3 溃疡指数的测定

剖腹将胃取出,结扎贲门和幽门,从腺胃部注入10 mL 1%多聚甲醛,并将全胃放入

1%多聚甲醛溶液中浸泡10 min;沿胃大弯将胃剪开,用生理盐水轻轻冲洗胃黏膜面,按

Guth标准评估胃黏膜损伤UI,并按以下标准累计积分[10]。按黏膜溃疡或糜烂长度

(mm)计算,斑点状糜烂为1分;糜烂长度不足1 mm为2分,介于1~2 mm为3

分,2~4 mm为4分,超过4 mm为5分;糜烂宽度超过1 mm则分值加倍。全胃得

分之和为胃溃疡指数。

1.4 样品处理与免疫组织化学

选取病变及与其交界处胃壁全层的胃组织,采用石蜡切片法制作成厚度为7μm的切

片,将切片进行免疫组织化学染色,观察胃黏膜组织HO-1、Keap1、Nrf2的定位与表

达。

1.5 免疫组织化学阳性结果的判定

Keap1、Nrf2、HO-1蛋白阳性表达时,经免疫组织化学染色着色呈棕褐色。对上

述结果采用双评分半定量法进行统计,在显微镜下随机观察5个高倍镜视野,每个视野计

数的细胞≥1 000个,并统计阳性细胞的平均百分比,以此作为评分标准。具体评分方法

为:无阳性细胞为0分,阳性细胞占0~25%为1分,26%~50%为2分,51%~75%

为3分,≥76%为4分。以染色程度作为评分标准,无着色为0分,淡黄色为1分,棕黄

色为2分,棕褐色为3分。将以上2种评分结果相加,作为该切片的表达强弱得分。每

只大鼠选取10张切片,计算每组的平均得分。整个计数及评分过程均由2位经验丰富的

病理医师协助完成。

1.6 统计学分析

所有数据均以“平均值±标准误”(±s)表示,所有试验均重复4次以上。采用SPSS

17.0统计软件对试验数据进行处理,经单因素方差分析(ANOVA),差异显著性检验采

用Turkey检验法进行多重比较。

2.1 WRS处理对大鼠胃黏膜UI的影响

由图1可知,WRS处理7 h后,大鼠胃黏膜出现点线状溃疡出血和少量血凝块,UI

为39.7±6.8;恢复3 d时UI为30.6±6.1,与WRS 7 h组相比差异不显著(P>0.05);

恢复7 d时UI为10.4±5.0,显著低于WRS 7 h组和恢复3 d组(P<0.05)。

2.2 免疫组织化学检测Keap1、Nrf2、HO-1蛋白的定位

由图2可知,WRS处理前后,Keap1(图2-A)、Nrf2(图2-B)、HO-1(图

2-C)3种蛋白均主要定位于大鼠胃底腺细胞胞质中,其中Nrf2在溃疡周围胃底腺细胞

胞核中也有表达。

2.3 Keap1、Nrf2、HO-1蛋白的表达水平

由图3可知,WRS处理7 h后,Keap1表达量显著降低(P<0.05),7 d后恢复

至正常水平。WRS处理7 h后,Nrf2表达量无显著变化,但恢复3 d后其表达量显著升

高(P<0.05);与恢复3 d组相比,恢复7 d时Nrf2表达量出现下降(P<0.05),但

仍显著高于正常水平(P<0.05)。WRS处理7 h后,HO-1表达量显著升高(P<

0.05),3 d后恢复至正常水平。

WRS处理大鼠被广泛应用于应激性胃溃疡病理机制的研究,具有简单、高效、重复

性高等特点,是理想的试验动物模型。本试验中,WRS处理7 h后,大鼠胃黏膜出现明

显的溃疡病变,表明应激性胃溃疡模型建立成功。

动物受到环境应激后,SNS、HPA敏感性升高,肾上腺素、糖皮质激素、儿茶酚胺

等激素的分泌增加,诱导氧自由基大量产生,导致细胞膜内脂质过氧化物的生成,引起氧

化应激。大量研究表明,Keap1/Nrf2/HO-1信号通路在细胞抗氧化损伤和炎症损伤

等过程中发挥重要作用[5]。其中,核转录因子Nrf2属于CNC-bZIP

(cap‘n’collar subfamily of basic leucine-zipper),即CNC亮氨酸拉链转录激活

因子家族,能够诱导一系列抗氧化剂保护蛋白的编码,参与调节抗氧化应激反应,是

CNC家族成员中最强的转录因子[11]。大量研究表明Nrf2与多种疾病的发生有关

[11-15]。很多因素可影响Nrf2的表达。Keap1是一种E3泛素连接酶,在胞浆中锚

定于肌动蛋白,可调节Nrf2的泛素化过程,是氧化应激反应的主调节器[13]。生理状

态下,Nrf2与Keap1偶联被锚定在胞浆中,Nrf2被泛素化修饰并快速降解,从而维持

细胞基础的氧化还原平衡;当细胞暴露于氧自由基时,Keap1的构象发生改变,Nrf2从

二聚体上解离并转移进入细胞核,调控下游抗氧化基因HO-1等表达,清除多余的氧自

由基,从而发挥抗应激作用[6,13]。通过免疫组织化学检测发现,WRS处理前后,

Keap1和Nrf2均主要定位于大鼠胃底腺细胞胞质中,其中Nrf2在胃溃疡组织周围胃底

腺细胞胞核中也有表达。蛋白表达半定量分析发现,WRS处理7 h后,Keap1表达量明

显下降,Nrf2在恢复3 d后表达量显著升高。提示WRS处理可能导致大鼠胃底腺细胞

胞质中的Nrf2从二聚体解离,并转移进入细胞核,从而起到了抗应激作用。

HO-1为诱导性血红素加氧酶,别称热体克蛋白32,很多诱导因素均可引起其活性

及蛋白量增加。已有研究证实,HO-1作为一种应激蛋白,在应激和疾病条件下对消化

道具有抗炎、抗组织损伤、抗氧化、保护细胞黏膜、调节胃肠运动等积极作用。目前已从

动物和人的组织器官中分离纯化出3种血红素氧合酶(HO)的同工酶,HO-1为诱导型,

HO-2、HO-3为结构型[16]。生理状态下,消化道中的HO同工酶主要为HO-2,

而HO-1在肠组织中不表达,仅在缺血、缺氧等刺激下才开始分泌HO-1。在消化道疾

病中,HO-1的水平增加,发挥抗炎、抗氧化等细胞保护作用[17]。沈锡中在乙酸诱

导的大鼠胃溃疡模型中发现,HO-1蛋白定位于胃黏膜细胞中,胃溃疡大鼠的胃黏膜

HO-1基因表达水平显著高于正常大鼠[8]。本试验通过免疫组织化学检测发现,

WRS处理前后,HO-1均主要定位于大鼠胃底腺细胞胞质中;蛋白表达半定量分析发现,

WRS处理7 h后,HO-1表达量出现明显升高的现象。提示应激性胃溃疡发生后,HO

-1可能参与了胃黏膜抗损伤机制。

在应激性胃溃疡的发生及发展过程中,Keap1、Nrf2、HO-1出现了表达量和蛋白

定位的改变,表明这3种蛋白可能均参与了胃黏膜的抗氧化损伤机制。由于调控Nrf2和

HO-1的信号通路非常多,Keap1/Nrf2/HO-1信号通路在应激性胃溃疡中的作用机

制有待进一步验证。

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