Nrf2 屬於 bZip 轉錄因子，負責表現保護細胞的酵素，與 NF-E2、Nrf1、Nrf3、
Bach1 及 Bach2 同樣歸類於 Cap’n’collar 家族蛋白質。研究發現 Nrf2 基因剔除的 老鼠具有正常的存活率及生育力，但是對於外來的傷害刺激，像是來自於 cigarette smoke、acetaminophen 及 diesel exhaust fumes，則較敏感，存活率因此下降43。 另一方面，根據一流行病學調查，oltipraz 為 Nrf2 活化誘導物 (inducer)，以此當 做口服藥以治療病人 (長期接觸 aflatoxin 高度致癌物質的工作族群)，發現可幫 助 aflatoxin 以不具毒性的型式從尿液中排出，也說明了 Nrf2 可做為降低氧化性 傷害的重要角色41。
Nrf2 有 605 個胺基酸，蛋白質構造上帶有 6 個功能性 domains，分別為 Neh1-6 (Nrf2-ECH homology)。Neh1 為 bZip DNA binding 及 heterodimirization domain，
為 Nrf2 與其他蛋白質及 DNA 交互作用的 domain。Neh2 負責 Nrf2 與其活性調 控者 Kelch-like ECH associated protein 1 (Keap1)間的交互作用，Neh3-5 為與不同 的轉錄促進子蛋白質作用處，Neh6 則是負向調控 Nrf2 43。研究指出 Nrf2 的半衰 期很短，若以 cadmium (可抑制 proteasome)處理細胞使 Nrf2 半衰期從 13 分鐘得 以延長到 100 分鐘，並促進活化 Nrf2，推測 Nrf2 的調控與其本身的穩定性有關
44,45。目前發現 tert-butylhydroquinone (tBHQ)、sulforaphane 及 diethyl maleate 此
類 Nrf2 活化誘導物，並不影響 Nrf2 的 mRNA 量，而是增加 Nrf2 蛋白質的含量，
表示 Nrf2 蛋白質變得較為穩定46。
Nrf2 蛋白上有數個可被磷酸化的胺基酸 (S214、S408、S558、T559 及 S577)，
若做這些點的單一胺基酸突變，並不影響 Nrf2 的活性，只有當五個位置同時突 變時，才對 Nrf2 的活性產生些微地抑制，顯示磷酸化並非主要影響 Nrf2 活性的 變因。其他細胞內的訊息傳遞路徑，如 mitogen-activated protein kinases (MAPK) 或是 protein kinase C (PKC)，皆與 Nrf2 的活化相關47，但是只有在當 Keap1 缺乏 時才顯現出重要性，說明了 Keap1 仍是調控 Nrf2 的主要方式46。
Keap1-Nrf2 路徑
Keap1 為二聚體的型式，與 actin 接合而存在於細胞質中，並透過與 Nrf2 接 合而將之留在細胞質中以抑制活化 (scheme 6a)。如 scheme 6b 所示，當 Keap1 的半胱胺酸被 Nrf2 活化誘導物修飾時，此時 Keap1 無法抑制 Nrf2 (Keap1 inactivated)。因 Keap1 結構改變而釋放 Nrf2，此為鉸鏈及門栓理論 (hinge and latch)，或是促進 Keap1 與 cullin3 (Cul3, ubiquitin E3 ligase)分開 (dissociation)，
導致 ubiquitination 活性降低，使得 Nrf2 不被降解而穩定性增加。Nrf2 因此可進 到細胞核內 (nuclear translocation)與 Maf 蛋白質形成 heterodimer (transcriptionally active 複合體)，促進下游基因的表現。因此 Keap1 扮演著一個控制 Nrf2 活化與 否的樞紐角色。
Keap1
Keap1 為 624 個胺基酸所組成的蛋白質，主要包含三個 domains：BTB dimerization domain (Broad-Complex Tramtrack Bric a` brac)、cysteine-rich IVR domain (Intervening region)及 Kelch domain (包含 6 個重複的 Kelch 序列)。Kelch domain 為 Keap1 與 Nrf2 接合的區域。BTB domian 則是 Keap1 與 Cul3 接合的區 域，而形成 ubiquitin ligase complex，因此可利用 ubiquitination 的方式調控 Nrf2 蛋白質的含量48。
Scheme 6、Keap1-Nrf2 調控方式示意圖
a 具抑制 Nrf2 活性的 Keap1 狀態 (Keap1 activated)，Keap1 與 Cul3 形成 ubiquitin ligase 複合體，
透過 ubquitination 將 Nrf2 以 proteasome 機制降解 (degradation)。b Nrf2 活化誘導物透過修飾 Keap1，
使得 Keap1 無法抑制 Nrf2 (Keap1 inactivated)，促進 Nrf2 下游基因的表現。本圖表擷取自 Sporn et al., 201248。
人類 Keap1 蛋白質序列中含有 27 個半胱胺酸，目前已知數個半胱胺酸能夠 與 Nrf2 活化誘導物反應並形成鍵結、改變 Keap1 的活性。根據文獻指出，Cys-151、
-273 及-288 為主要調控 Keap1 活性的三個位點。Cys-151 位於 BTB domain，當 其被小分子修飾時，發現 Cul3 與 Keap1 分開，因而造成 E3 ligase 活性降低；
Cys-273 及-288 位於 IVR domain，是用於維持 ubiquitin E3 ligase 活性以降解 Nrf2 的重要位點。除了這三個位點外，目前發現的 Nrf2 活化誘導物皆有其它進行反 應 的 半 胱 胺 酸 位 點 (scheme 7)43。 另 外 sulforaphane 、 isothiocyanates 及 sulfoxythuicarbamates，這類物質大多存在於 cruciferous 蔬菜類中，屬於此類結構
（-N=C=S），因具有親電子的特性而容易與 Keap1 的硫醇基反應43。
Scheme 7、Keap1 上已知可被修飾的半胱胺酸位點
本圖列出目前發現可被小分子修飾的位點。Cys-151、-273 及-288 為已知具有活性的重要位點。
本圖擷取自 Taguchi et al., 201143。
Nrf2 調控的基因
在 Hayes 的研究中歸納出 Nrf2 活化後所調控的基因具有兩大特性，包括 1) 可 代謝並清除外來物質及 2) 具有抗氧化活性的功能49。Nrf2 所調控的基因上游處 都帶有 anti-oxidant response element (ARE)，此序列為 5’-TGACnnnGC-3’。常見 Nrf2 調控的基因包括：heme oxygenase-1 (HO-1)、glutathione S-transferase (GST) 及 glutamate-cysteine ligase catalytic subunit (GCLC) 50。
Heme oxygenase (HO)為血紅質 (Heme)的降解酵素，血紅素被代謝後產生 biliverdin、CO 及二價鐵離子 (Fe2+)。Biliverdin 會接著被 biliverdin reductase 代 謝成為 bilirubin，這些血紅素的代謝物被認為是具抗氧化能力的物質。細胞內有 多 種蛋 白質 帶有 血紅素， 如 cytochromes、catalase peroxidase 及 tryptophan oxygenase，可做為 HO-1 代謝的受質來源。HO 有三種亞型：HO-1、HO-2 及 HO-3，
HO-1 為誘導型，被誘導時才表現的蛋白質；HO-2 及 HO-3 為持續表現型。HO-1 的表現是為了負責維持細胞內的恆定，凡舉重金屬、細胞激素、荷爾蒙或是氧化 壓力都會誘導 HO-1 的表現，以提升細胞對於氧化性損傷的耐受性51，不僅是在
細胞實驗中，並且在活體實驗中也有類似的結果 52。GCLC 為 GSH 生成的速率 決定酵素，GSH 可被 glutathione peroxidase 應用於降解過氧化氫的過程41。