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氧化应激是自由基或反应性代谢物如活性氧(ROS)和活性氮(RNS)的产生与通过抗氧化剂等保护性机制对其的消除能力和作用之间的不平衡,能够使重要的生物分子和细胞受损,并对整个生物体产生影响。因此,氧化应激与多种慢性疾病的发病机理有关,也是这些疾病导致人类最终死亡的主要原因。核转录因子Nrf2(NF-E2-related factor 2)是一种与细胞防御氧化应激途径有关的调控因子,能够调节Ⅱ相解毒酶和抗氧化酶以抵消氧化应激对生物体造成的损伤。氧化应激与炎症反应密切相关,二者相互作用并扩大彼此危害,造成机体损伤。核转录因子NF-κB是一条与炎症反应有关的通路,抑制NF-κB信号传导途径可以抑制炎症细胞因子的产生,减轻炎症反应。因此,能作为Nrf2激动剂和/或NF-κB抑制剂的分子更有可能被开发为有效的治疗或预防药物。天然药物是药物的重要组成部分,主要包括植物、动物、矿物和微生物等,是发现药物或药物先导分子重要的来源之一。本论文以天然药物提取物或小分子化合物为研究对象,基于Nrf2和/或NF-κB信号通路,针对慢性阻塞性肺疾病和糖尿病肾病两种慢性疾病,完成了以下三部分工作:第一部分:黄酮类Nrf2激动剂NOR对人支气管上皮细胞的保护作用Norartocarpin(NOR)是本课题组自菠萝蜜(Artocarpus heterophyllus)中分离得到的一种异戊烯基取代的黄酮化合物,在之前的研究中被证实为是一个潜在的Nrf2激动分子。在此基础上,本课题研究发现:(1)NOR可以通过促进Nrf2的转位入核,增强Nrf2及其下游基因NAD(P)H醌氧化还原酶1(NQO1)和c-谷氨酰半胱氨酸合成酶(GCLM)的蛋白水平,还能增强Nrf2蛋白稳定性;(2)NOR诱导的Nrf2活化与多种上游激酶相关,包括MAPK,PI3K,PKC和PERK;(3)NOR能以Nrf2依赖性方式保护人支气管上皮Beas-2B细胞免受亚砷酸钠[As(Ⅲ)]诱导的细胞毒性作用。上述结果在体外水平上证实了 NOR是潜在的氧化损伤预防剂,对氧化应激诱导的疾病具有预防作用。第二部分:Nrf2激动剂4β-HWE干预慢性阻塞性肺疾病的有效性评价本课题组从灯笼果(Physalis peruviana L.)的全果中纯化分离得到了一种醉茄内酯4β-hydroxywithanolide E(4β-HWE),是一种新型有效的Nrf2激动剂。通过本课题深入研究发现:(1)4β-HWE通过修饰Keap1中的Cys151和Cys288半胱氨酸残基来中断Nrf2-Keap1蛋白质-蛋白质相互作用(PPI),从而激活Nrf2介导的防御反应,抑制Nrf2泛素化;(2)4β-HWE可增强正常人支气管上皮Beas-2B细胞和野生型AB斑马鱼的细胞内抗氧化能力,抑制氧化应激;(3)4β-HWE通过抑制RAW 264.7小鼠巨噬细胞中的NF-κB活化来阻断LPS刺激产生的炎症反应;(4)4β-HWE能有效抑制香烟烟雾致小鼠肺损伤模型中的氧化应激和炎症反应,并与Nrf2和NF-κB的调控有关。上述结果表明4β-HWE对于预防或减轻COPD的病理进展的有效性,证明4β-HWE是预防和治疗COPD先导分子。第三部分:川芎对链脲霉素诱导的小鼠糖尿病肾病的保护作用川芎为伞形科植物川芎(Ligusticum chuanxiong Hort.)的干燥根茎,是中药复方治疗糖尿病肾病(DN)的常用药物,临床用于治疗DN也有显著效果。在本课题中,川芎乙醇提取物(EEL)在体外显示出对氧化应激和炎症的潜在抑制作用。使用链脲霉素(STZ)诱导的DN小鼠模型,发现EEL治疗可显著降低STZ诱导的尿量增加,尿白蛋白排泄(UAE)和尿白蛋白与肌酐比值(UACR),显著减弱STZ诱导肾脏损害(例如肾小球硬化和纤维化)。川芎中化学成分的主要生物活性成分类型为苯酞类、酚酸类和生物碱类,代表化合物蒿本内酯(LGT)、阿魏酸(FA)和川芎嗪(TMP)可以对Nrf2和NF-κB途径发挥不同的作用,是氧化应激和炎症的抑制剂。上述结果支持了川芎作为抗DN剂的传统中药药理学用途,并揭示川芎内不同结构类型强活性成分的作用机制。综上所述,在体外水平上,本论文系统评价了天然药物分子NOR、4β-HWE和川芎乙醇提取物在细胞中针对于抗氧化作用或抗炎作用的能力,为天然药物中具有抗氧化或抗炎活性分子的发现和研究提供了方向和思路。在体内水平上,本论文使用慢性阻塞性肺疾病和糖尿病肾病两种动物模型,评价了 4β-HWE和川芎乙醇提取物疾病治疗的有效性,为氧化应激导致的慢性疾病药物研发奠定了基础。