还原酶系统对肿瘤研究的价值范文

作者：吴俊兰卢斌肖菊香 单位：武警上海总队医院西安交通大学第一附属医院

TrxR2主要存在于线粒体中，人TrxR2基因位于22q11．2，分子量为56．2kD，二级结构中含有一个α－螺旋及β－片层，N－端有一个33个氨基酸组成的延伸部分，其中富含碱性残基，与绿色荧光蛋白(GFP)融合的TrxR全长表达后，在线粒体中显示有绿色不规则荧光，但去除N端延伸区域后，则绿色荧光在线粒体中消失，说明该延伸区域是线粒体的引导序列。TrxR3分子量约为57kD，N端延伸部分短，富含精氨酸，形成α－螺旋。

TrxR3与TrxR1、TrxR2有52%－53%同源。TrxR1和TrxR2在许多组织均有表达，尤其在肝脏中表达更为丰富，而TrxR3仅在睾丸中高表达。硫氧还蛋白结合蛋白2(TBP－2)又称硫氧还蛋白相互作用蛋白(TXNIP)和维他命D3上调蛋白1(VDUP1)，能结合还原型Trx，它与Trx的催化活性中心作用，从而抑制Trx的还原活性，因此，TBP－2被认为是Trx的一个内源性抑制物。

硫氧还蛋白系统的生物学活性

Trx普遍存在于各种细胞中，为核糖核苷酸还原酶的受氢体及一些酶和受体的调节因子。作为一种生长因子，Trx可由多种细胞产生，也可被淋巴细胞、肝细胞和成纤维细胞以及许多癌细胞分泌。Trx具有抗氧化和清除过量的活性氧自由基的作用，一方面能够特异性地还原具有维持细胞氧化还原状态功能的酶，如过氧化物酶家族成员和谷胱甘肽过氧化物酶等，一方面可以直接清除单线态氧和羟基，从而使细胞免受氧化应激，维持机体内细胞的正常生理活性。Trx作为核糖核苷酸还原酶的电子运载体，参与核酸代谢，它是DNA合成所必需的。同时，Trx可以调节NF－κB、AP－1等多种转录因子的活性并能促进其表达。还原型Trx通过抑制凋亡信号调节激酶1(ASK－1)活性抑制细胞凋亡，因此，它与细胞增殖和凋亡有着密切的联系。此外，Trx在保护神经免受退行性改变和诱导神经突触生长方面亦起着重要作用。

TrxR具有多种生物学活性，在调节机体的氧化还原、细胞生长与增殖等方面起着重要的作用。TrxR依靠NADPH提供电子能够还原各种来源的Trx－S2，TrxR和还原型Trx形成了一个有效的蛋白还原系统，具有重要的防御氧化损伤和维持氧化－还原平衡的作用。TrxR是重要的抗氧化酶，TrxR不仅催化Trx的还原反应，还催化除Trx外的非二硫化物底物的还原反应，如氢过氧化物、维生素C、亚硒酸盐、四氧嘧啶、2－硝基苯甲酸等。有研究发现TrxR还可还原辅酶Q10，使抗氧化辅酶Q10再生，而发挥防御脂质和蛋白质过氧化的作用。另外，线粒体TrxR可能自身充当抗氧化酶，直接还原像胰岛素一类的蛋白质，无需Trx参与。TrxR还具有调节细胞生长的作用，Trx在调节细胞生长、抑制细胞凋亡中起重要作用，但Trx必须处于还原状态才能发挥此作用，而Trx还原只能通过TrxR来完成。还有很多研究显示TrxR还具有抗坏血酸循环、抗电离辐射及防御氮氧化应激的作用。

硫氧还蛋白系统与肿瘤

1硫氧还蛋白与肿瘤

Trx在哺乳动物正常组织中广泛分布，其在正常人血清中水平维持在10－80ng/ml之间，但在许多恶性肿瘤，如肺癌、乳腺癌、肝癌、胰腺癌、结肠癌、胃癌、实体瘤、淋巴瘤和白血病等患者血清中Trx含量约为正常人的2倍甚至2倍以上，肿瘤组织、细胞中TrxmRNA和其蛋白产物明显过量表达，提示Trx可作为诊断和治疗某些肿瘤的潜在分子标志物。

多项研究结果发现Trx在肿瘤细胞中的功能随着肿瘤发展阶段的不同而不同。在早期阶段，Trx可以抵抗由多种致癌物引起的氧化应激，从而在一定程度上阻止肿瘤的发展。而一旦细胞发生恶性变异，高浓度的Trx则表现为促生长及抗凋亡功能，加速肿瘤细胞进展。在肿瘤发生的后期阶段，Trx则可能与肿瘤血管形成和转移扩散相关。Trx是机体细胞清除活性氧自由基(ROS)最重要的因子之一，具有维持细胞氧化还原状态平衡的功能。若机体内ROS的产生超过Trx的清除能力或者Trx功能受到抑制时，将会导致氧化还原状态失衡并最终引起细胞凋亡。而Trx的抗凋亡活性可通过与其相互作用的蛋白结合实现，但在某些特殊情况下这些蛋白配体可反过来调节Trx的抗凋亡功能，其中研究最多的是ASK－1、PTEN和TXNIP。Trx还可以通过调节NF－κB、AP－1等多种转录因子活性来实现其抗凋亡功能。此外Trx在p53、caspase－3诱导的肿瘤细胞凋亡过程中也起着非常重要的作用。目前很多研究发现，升高的Trx水平与抗肿瘤药物，如顺铂、阿霉素、丝裂霉素、多西他塞及表鬼臼毒等的耐药性正相关，这表明Trx可能通过影响凋亡通路降低肿瘤细胞对药物诱导凋亡的敏感性，靶向于Trx诱导肿瘤细胞凋亡可作为今后抗肿瘤治疗的新思路。

在肿瘤细胞内Trx可通过多种途径促进其生长和增殖，包括激活生长因子活性、促进DNA前体合成、调节信号通路中蛋白激酶及转录因子活性、抑制血管细胞黏附分子－1和JNK/p38等由细胞黏附促发的应激信号。值得注意的是，Trx虽然具有较强的促生长能力，但不是对所有的生长因子都有激活增强的作用，其自身也并不是一个直接的促有丝分裂素，故不能单纯地将其归为一个致癌基因。研究表明Trx能提高肺癌细胞内IL－2和FGF表达水平，但其他生长因子像表皮生长因子等就没有变化。Trx可以通过增加肿瘤细胞内缺氧诱导因子－1α的蛋白水平，刺激低氧诱导因子－1、一氧化氮合酶－2和血管内皮生长因子的产生，从而促进肿瘤血管生成。Trx能通过其活性位点抑制微血管内皮毛细小管生成，伴随内皮细胞由形态分化改变为连续的增殖，最终导致浸润性单分子层的形成。此外，Trx还能通过还原胞外基质蛋白如层粘连蛋白中的二硫键，并通过其氧化还原活性抑制金属蛋白酶组织抑制因子活性及促进基质金属蛋白酶－2活性，促进肿瘤浸润与转移。RaoAK等通过蛋白印迹法和免疫细胞化学法研究Trx转染的人乳腺癌细胞系MCF－7发现，Trx可上调p53的表达，从而有效地抑制顺铂诱导的人乳腺癌细胞凋亡。因此，Trx在一些肿瘤中高表达，成为肿瘤发展的促进因子，可能提示淋巴结阳性、远处转移、肿瘤耐药等不良预后。

2硫氧还蛋白还原酶与肿瘤

大量研究表明肿瘤细胞中TrxR水平显著高于正常组织细胞。Lincoln等采用免疫细胞化学法检测TrxR在人类乳腺癌、甲状腺癌、结直肠癌、前列腺癌及恶性黑色素瘤中的表达，发现TrxR表达水平均较正常组织细胞升高。FernandesAP等人采用免疫组化法和原位杂交法对42例肺腺癌进行分析，结果表明TrxRmRNA在肺腺癌组织中的表达高于癌旁正常肺组织，病理分化程度低的组织中表达高于分化程度高的组织，直径较大的组织中表达高于直径小的组织，有淋巴结转移的组织中表达高于无淋巴结转移的表达。由此可见，TrxR在恶性肿瘤中过度表达，其表达水平与肿瘤细胞的恶性程度、增殖力及转移力有着密切的关系。目前尚有报道指出，TrxR的活性与肿瘤耐药性有关。GandinV等通过对顺铂耐药的卵巢癌患者使用TrxR抑制剂金诺芬发现其可诱导TrxRmRNA阳性肿瘤细胞的凋亡，此作用可能与线粒体通透性改变和活性位点硒集团相互作用有关。结果提示，TrxR可作为克服肿瘤细胞耐药及抗肿瘤治疗的一个潜在研究位点。

干预治疗与展望

目前已有很多关于Trx或TrxR肿瘤靶向治疗的报道。Lincoln等认为，莫特沙芬扎可通过间接抑制Trx的活性，从而降低肿瘤细胞的生长活性，延缓肿瘤增殖和分化。TianCH等应用三氧化二砷作用于肝癌细胞系HepG2，发现其可以TRX1活性位点由Cys32/35转换为Ser32/35，通过抑制细胞色素C的释放、半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶的活化，从而抑制癌细胞生长活性并诱导其发生凋亡。

此外，Trx系统的亚细胞定位和与不同肿瘤的关系亦是有待深入研究的问题;研究不同药物对Trx系统的亚细胞定位的影响及与之相应的细胞耐药性可成为揭示Trx系统在肿瘤中作用的重要方向。总之，只有深入地揭示Trx系统在肿瘤发生发展及细胞耐药性中的亚细胞和分子机理，才能更深入地利用Trx系统进行更有效的抗肿瘤治疗。