還原酶系統(tǒng)對腫瘤研究的價(jià)值范文

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作者：吳俊蘭盧斌肖菊香 單位：武警上海總隊(duì)醫(yī)院西安交通大學(xué)第一附屬醫(yī)院

TrxR2主要存在于線粒體中，人TrxR2基因位于22q11．2，分子量為56．2kD，二級結(jié)構(gòu)中含有一個(gè)α－螺旋及β－片層，N－端有一個(gè)33個(gè)氨基酸組成的延伸部分，其中富含堿性殘基，與綠色熒光蛋白(GFP)融合的TrxR全長表達(dá)后，在線粒體中顯示有綠色不規(guī)則熒光，但去除N端延伸區(qū)域后，則綠色熒光在線粒體中消失，說明該延伸區(qū)域是線粒體的引導(dǎo)序列。TrxR3分子量約為57kD，N端延伸部分短，富含精氨酸，形成α－螺旋。

TrxR3與TrxR1、TrxR2有52%－53%同源。TrxR1和TrxR2在許多組織均有表達(dá)，尤其在肝臟中表達(dá)更為豐富，而TrxR3僅在睪丸中高表達(dá)。硫氧還蛋白結(jié)合蛋白2(TBP－2)又稱硫氧還蛋白相互作用蛋白(TXNIP)和維他命D3上調(diào)蛋白1(VDUP1)，能結(jié)合還原型Trx，它與Trx的催化活性中心作用，從而抑制Trx的還原活性，因此，TBP－2被認(rèn)為是Trx的一個(gè)內(nèi)源性抑制物。

硫氧還蛋白系統(tǒng)的生物學(xué)活性

Trx普遍存在于各種細(xì)胞中，為核糖核苷酸還原酶的受氫體及一些酶和受體的調(diào)節(jié)因子。作為一種生長因子，Trx可由多種細(xì)胞產(chǎn)生，也可被淋巴細(xì)胞、肝細(xì)胞和成纖維細(xì)胞以及許多癌細(xì)胞分泌。Trx具有抗氧化和清除過量的活性氧自由基的作用，一方面能夠特異性地還原具有維持細(xì)胞氧化還原狀態(tài)功能的酶，如過氧化物酶家族成員和谷胱甘肽過氧化物酶等，一方面可以直接清除單線態(tài)氧和羥基，從而使細(xì)胞免受氧化應(yīng)激，維持機(jī)體內(nèi)細(xì)胞的正常生理活性。Trx作為核糖核苷酸還原酶的電子運(yùn)載體，參與核酸代謝，它是DNA合成所必需的。同時(shí)，Trx可以調(diào)節(jié)NF－κB、AP－1等多種轉(zhuǎn)錄因子的活性并能促進(jìn)其表達(dá)。還原型Trx通過抑制凋亡信號調(diào)節(jié)激酶1(ASK－1)活性抑制細(xì)胞凋亡，因此，它與細(xì)胞增殖和凋亡有著密切的聯(lián)系。此外，Trx在保護(hù)神經(jīng)免受退行性改變和誘導(dǎo)神經(jīng)突觸生長方面亦起著重要作用。

TrxR具有多種生物學(xué)活性，在調(diào)節(jié)機(jī)體的氧化還原、細(xì)胞生長與增殖等方面起著重要的作用。TrxR依靠NADPH提供電子能夠還原各種來源的Trx－S2，TrxR和還原型Trx形成了一個(gè)有效的蛋白還原系統(tǒng)，具有重要的防御氧化損傷和維持氧化－還原平衡的作用。TrxR是重要的抗氧化酶，TrxR不僅催化Trx的還原反應(yīng)，還催化除Trx外的非二硫化物底物的還原反應(yīng)，如氫過氧化物、維生素C、亞硒酸鹽、四氧嘧啶、2－硝基苯甲酸等。有研究發(fā)現(xiàn)TrxR還可還原輔酶Q10，使抗氧化輔酶Q10再生，而發(fā)揮防御脂質(zhì)和蛋白質(zhì)過氧化的作用。另外，線粒體TrxR可能自身充當(dāng)抗氧化酶，直接還原像胰島素一類的蛋白質(zhì)，無需Trx參與。TrxR還具有調(diào)節(jié)細(xì)胞生長的作用，Trx在調(diào)節(jié)細(xì)胞生長、抑制細(xì)胞凋亡中起重要作用，但Trx必須處于還原狀態(tài)才能發(fā)揮此作用，而Trx還原只能通過TrxR來完成。還有很多研究顯示TrxR還具有抗壞血酸循環(huán)、抗電離輻射及防御氮氧化應(yīng)激的作用。

硫氧還蛋白系統(tǒng)與腫瘤

1硫氧還蛋白與腫瘤

Trx在哺乳動(dòng)物正常組織中廣泛分布，其在正常人血清中水平維持在10－80ng/ml之間，但在許多惡性腫瘤，如肺癌、乳腺癌、肝癌、胰腺癌、結(jié)腸癌、胃癌、實(shí)體瘤、淋巴瘤和白血病等患者血清中Trx含量約為正常人的2倍甚至2倍以上，腫瘤組織、細(xì)胞中TrxmRNA和其蛋白產(chǎn)物明顯過量表達(dá)，提示Trx可作為診斷和治療某些腫瘤的潛在分子標(biāo)志物。

多項(xiàng)研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)Trx在腫瘤細(xì)胞中的功能隨著腫瘤發(fā)展階段的不同而不同。在早期階段，Trx可以抵抗由多種致癌物引起的氧化應(yīng)激，從而在一定程度上阻止腫瘤的發(fā)展。而一旦細(xì)胞發(fā)生惡性變異，高濃度的Trx則表現(xiàn)為促生長及抗凋亡功能，加速腫瘤細(xì)胞進(jìn)展。在腫瘤發(fā)生的后期階段，Trx則可能與腫瘤血管形成和轉(zhuǎn)移擴(kuò)散相關(guān)。Trx是機(jī)體細(xì)胞清除活性氧自由基(ROS)最重要的因子之一，具有維持細(xì)胞氧化還原狀態(tài)平衡的功能。若機(jī)體內(nèi)ROS的產(chǎn)生超過Trx的清除能力或者Trx功能受到抑制時(shí)，將會(huì)導(dǎo)致氧化還原狀態(tài)失衡并最終引起細(xì)胞凋亡。而Trx的抗凋亡活性可通過與其相互作用的蛋白結(jié)合實(shí)現(xiàn)，但在某些特殊情況下這些蛋白配體可反過來調(diào)節(jié)Trx的抗凋亡功能，其中研究最多的是ASK－1、PTEN和TXNIP。Trx還可以通過調(diào)節(jié)NF－κB、AP－1等多種轉(zhuǎn)錄因子活性來實(shí)現(xiàn)其抗凋亡功能。此外Trx在p53、caspase－3誘導(dǎo)的腫瘤細(xì)胞凋亡過程中也起著非常重要的作用。目前很多研究發(fā)現(xiàn)，升高的Trx水平與抗腫瘤藥物，如順鉑、阿霉素、絲裂霉素、多西他塞及表鬼臼毒等的耐藥性正相關(guān)，這表明Trx可能通過影響凋亡通路降低腫瘤細(xì)胞對藥物誘導(dǎo)凋亡的敏感性，靶向于Trx誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞凋亡可作為今后抗腫瘤治療的新思路。

在腫瘤細(xì)胞內(nèi)Trx可通過多種途徑促進(jìn)其生長和增殖，包括激活生長因子活性、促進(jìn)DNA前體合成、調(diào)節(jié)信號通路中蛋白激酶及轉(zhuǎn)錄因子活性、抑制血管細(xì)胞黏附分子－1和JNK/p38等由細(xì)胞黏附促發(fā)的應(yīng)激信號。值得注意的是，Trx雖然具有較強(qiáng)的促生長能力，但不是對所有的生長因子都有激活增強(qiáng)的作用，其自身也并不是一個(gè)直接的促有絲分裂素，故不能單純地將其歸為一個(gè)致癌基因。研究表明Trx能提高肺癌細(xì)胞內(nèi)IL－2和FGF表達(dá)水平，但其他生長因子像表皮生長因子等就沒有變化。Trx可以通過增加腫瘤細(xì)胞內(nèi)缺氧誘導(dǎo)因子－1α的蛋白水平，刺激低氧誘導(dǎo)因子－1、一氧化氮合酶－2和血管內(nèi)皮生長因子的產(chǎn)生，從而促進(jìn)腫瘤血管生成。Trx能通過其活性位點(diǎn)抑制微血管內(nèi)皮毛細(xì)小管生成，伴隨內(nèi)皮細(xì)胞由形態(tài)分化改變?yōu)檫B續(xù)的增殖，最終導(dǎo)致浸潤性單分子層的形成。此外，Trx還能通過還原胞外基質(zhì)蛋白如層粘連蛋白中的二硫鍵，并通過其氧化還原活性抑制金屬蛋白酶組織抑制因子活性及促進(jìn)基質(zhì)金屬蛋白酶－2活性，促進(jìn)腫瘤浸潤與轉(zhuǎn)移。RaoAK等通過蛋白印跡法和免疫細(xì)胞化學(xué)法研究Trx轉(zhuǎn)染的人乳腺癌細(xì)胞系MCF－7發(fā)現(xiàn)，Trx可上調(diào)p53的表達(dá)，從而有效地抑制順鉑誘導(dǎo)的人乳腺癌細(xì)胞凋亡。因此，Trx在一些腫瘤中高表達(dá)，成為腫瘤發(fā)展的促進(jìn)因子，可能提示淋巴結(jié)陽性、遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移、腫瘤耐藥等不良預(yù)后。

2硫氧還蛋白還原酶與腫瘤

大量研究表明腫瘤細(xì)胞中TrxR水平顯著高于正常組織細(xì)胞。Lincoln等采用免疫細(xì)胞化學(xué)法檢測TrxR在人類乳腺癌、甲狀腺癌、結(jié)直腸癌、前列腺癌及惡性黑色素瘤中的表達(dá)，發(fā)現(xiàn)TrxR表達(dá)水平均較正常組織細(xì)胞升高。FernandesAP等人采用免疫組化法和原位雜交法對42例肺腺癌進(jìn)行分析，結(jié)果表明TrxRmRNA在肺腺癌組織中的表達(dá)高于癌旁正常肺組織，病理分化程度低的組織中表達(dá)高于分化程度高的組織，直徑較大的組織中表達(dá)高于直徑小的組織，有淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移的組織中表達(dá)高于無淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移的表達(dá)。由此可見，TrxR在惡性腫瘤中過度表達(dá)，其表達(dá)水平與腫瘤細(xì)胞的惡性程度、增殖力及轉(zhuǎn)移力有著密切的關(guān)系。目前尚有報(bào)道指出，TrxR的活性與腫瘤耐藥性有關(guān)。GandinV等通過對順鉑耐藥的卵巢癌患者使用TrxR抑制劑金諾芬發(fā)現(xiàn)其可誘導(dǎo)TrxRmRNA陽性腫瘤細(xì)胞的凋亡，此作用可能與線粒體通透性改變和活性位點(diǎn)硒集團(tuán)相互作用有關(guān)。結(jié)果提示，TrxR可作為克服腫瘤細(xì)胞耐藥及抗腫瘤治療的一個(gè)潛在研究位點(diǎn)。

干預(yù)治療與展望

目前已有很多關(guān)于Trx或TrxR腫瘤靶向治療的報(bào)道。Lincoln等認(rèn)為，莫特沙芬扎可通過間接抑制Trx的活性，從而降低腫瘤細(xì)胞的生長活性，延緩腫瘤增殖和分化。TianCH等應(yīng)用三氧化二砷作用于肝癌細(xì)胞系HepG2，發(fā)現(xiàn)其可以TRX1活性位點(diǎn)由Cys32/35轉(zhuǎn)換為Ser32/35，通過抑制細(xì)胞色素C的釋放、半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶的活化，從而抑制癌細(xì)胞生長活性并誘導(dǎo)其發(fā)生凋亡。

此外，Trx系統(tǒng)的亞細(xì)胞定位和與不同腫瘤的關(guān)系亦是有待深入研究的問題;研究不同藥物對Trx系統(tǒng)的亞細(xì)胞定位的影響及與之相應(yīng)的細(xì)胞耐藥性可成為揭示Trx系統(tǒng)在腫瘤中作用的重要方向。總之，只有深入地揭示Trx系統(tǒng)在腫瘤發(fā)生發(fā)展及細(xì)胞耐藥性中的亞細(xì)胞和分子機(jī)理，才能更深入地利用Trx系統(tǒng)進(jìn)行更有效的抗腫瘤治療。