硫氧还蛋白与癌症

硫氧还蛋白硫氧还蛋白与癌症与癌症 硫氧还蛋白硫氧还蛋白在在肿瘤肿瘤氧化中的作用氧化中的作用 摘要摘要 硫氧还蛋白是一种小型氧化还原调节蛋白 在维持细胞氧化还原体内平衡和 细胞存活扮演重要的角色 并且在许多癌症细胞中高度表达 肿瘤环境通常处 在有氧应激或缺氧性应激中 两种应激条件下硫氧还蛋白表达都会上调 这些 环境存在于肿瘤组织中是因为它们的异常血管网络导致不稳定的氧交换 因此 人类肿瘤的氧化作用模式很复杂 导致缺氧 再氧化循环 在致癌机制中 肿瘤 细胞在应激细胞死亡中通常变得更加耐缺氧或氧化 大多数关于肿瘤氧化的研 究都集中在这两种肿瘤细胞环境 然而 最近的研究表明 低氧循环的发生对肿 瘤细胞生理活动的作用比单独的氧化应激或缺氧应激的作用大的多 已经知道 硫氧还蛋白在这些细胞反应中扮有重要角色 一些研究也表明硫氧还蛋白是癌 症研究进展中的突出贡献者 然而 仅有很少有研究调查在癌细胞中硫氧还蛋白 在缺氧和缺氧循环响应条件下的调节 本文着重论述了硫氧还蛋白在各种类型 的肿瘤氧化中的作用 关键词 关键词 硫氧还蛋白 肿瘤 缺氧 氧化应激 预处理 缺氧循环 一 一 引文引文 氧化应激和缺氧应激的微环境都普遍存在于肿瘤 这些区域往往会产生高 水平的抗氧化剂 特别是硫氧还蛋白 Trx 系统的成员 越来越多的证据表明 Trx系统在肿瘤的扩增和转移中发挥着重要的作用 本文将重点关注Trx系统在 不同氧化水平的肿瘤组织中的参与和调节 二 二 氧内稳态氧内稳态 氧体内平衡对好氧生物机体是非常重要的 然而 在一个细胞中这种平衡 会被氧气含量的升高或降低打破 因此 在控制细胞体内平衡中氧气对环境适应 性是至关重要的 细胞利用不同的机制来适应升高或降低的细胞含氧量 有氧生物不断通过几个氧化系统代谢氧气 例如NADPH氧化酶类 黄嘌呤 黄 嘌呤氧化酶系统 线粒体呼吸链等 然而 在许多情况下 氧失去一个电子形成 大量的高度活性分子通常称为活性氧 ROS ROS包括自由基与未配对电子 比如 超氧阴离子自由基 羟基自由基和氧化剂如过氧化氢 H2O2 所有的这些本质上 是不稳定的 通常是高活性的 甚至在正常生理条件下细胞内也会产生活性氧分 子 ROS通过参与细胞信号转导和细胞的氧化还原调节扮演一些有益的角色 例 如 过氧化氢和过氧化阴离子是活性转录因子的氧化还原调节者 在细胞内信号 转导中一些细胞因子和生长因子 荷尔蒙和神经递质采用ROS作为二级信使 另 一方面 ROS也可以在细胞造成重大的伤害 比如破坏DNA 脂类物质的氧化 氧化 蛋白质中氨基酸分子 为保卫自身 细胞利用几个不同的抗氧化系统 抗氧化剂 分子通过阻止或减少ROS氧化目标的氧化抵消ROS过度产生 因此 在正常生理条 件下 有氧呼吸细胞的氧化还原 氧化还原 平衡是由ROS和抗氧化剂控调控的 然而 在某些条件下ROS水平将大幅度增加 即发生所谓的氧化应激 2 1 氧化应激反应 为了重建胞内氧化还原体内平衡 次细胞的氧化应激反应 诱导一些抗氧化 系统的表达 抗氧化剂响应因子 ARE 是主要负责这一同步感应的调控因子 通 常是启动子区域的基因诱导目标 转录因子通过ARE因子Nrf 2 NF E2 相关因 子 来调控诱导这些基因 通过氧化应激 Nrf 2与巨噬细胞活化因子蛋白质在细 胞核形成异二聚体 然后与ARE包含基因结合诱导应激反应 因此 许多抗氧化系 统 包括硫氧还蛋白系统 通过同时上调nrf 2 ARE途径以应对氧化应激 图图1 1 a Nrf 2 ARE途径原理 为了应对氧化应激 ROS诱导Nrf 2核易位 然 后与巨噬细胞活化因子形成异二聚体蛋白质 这个复杂的异二聚体与ARE因子交 互作用诱导抗氧化目的基因的转录 b HIF 1 HRE 途径原理 常氧状态下HIF 1 在细胞质中迅速降解 在低氧环境中HIF 1 变得稳定 它移位到细胞核与 HIF 1 形成二聚体 然后与HRE因子结合诱导靶基因的转录 图图1 1 2 2缺氧性应激反应 氧需求超过了供给 打破了细胞内的氧化还原体内平衡 称为缺氧条件 这 些细胞对这种不利条件的防御机制不同于氧化应激 细胞主要是通过低介导的 因子 HIFs 而不是激活Nrf 2 ARE途径来适应缺氧的压力 这些HIFs结合到缺 氧响应因子 HRE 的序列从而调节靶基因的表达 低氧诱导因子 HIF 1 是由 两个子单元构成 当HIF 1 子单元处于一种氧依赖性的调控方式时 HIF 1 的子单元是变形的形式在细胞中表达 图1 b 主要的目标基因上调应对低氧应 激通过低氧诱导因子1 HRE途径参与厌氧代谢 血管生成和造血作用 重要的 是 所有这些目标基因要确保细胞通过产生的微小的能量恢复氧气内稳态存活 或者细胞因持续缺乏能量而死亡 有趣的是 硫氧还蛋白系统似乎也在低氧反应 扮演重要角色 参见硫氧还蛋白与缺氧 三 三 硫氧还原蛋白系统硫氧还原蛋白系统 在硫氧还蛋白系统是由氧化还原性活跃的蛋白质硫氧还蛋白 Trx 硫氧还 蛋白还原酶 TrxR 和NADPH组成的 这种抗氧化系统对正常的细胞功能是很重要 的 我们观察到敲除小鼠Trx基因可导致小鼠胚胎死亡 Trx的系统在许多细胞 功能中扮演着重要的角色 包括调控氧化还原转录因子 合成脱氧核苷酸 细胞生 长因子和调节氧化应激 硫氧还蛋白是一种小分子 约12KDa 的泛表达蛋白质 这种蛋白质在所有物种中都是保守表达的 所有Trxs有氧化还原活性部位的氨 基酸序列半胱氨酸 甘胺酸脯氨酸 半胱氨酸 Cys Gly Pro Cys 它可以减少 在蛋白质和多肽的二硫键化合物 降低Trx催化作用 降低活性氧在细胞内外氧 化许多蛋白质的半胱氨酸并且在这一过程中Trx本身变得具有氧化性 Trx会因 TrxR消耗NADPH而减少 图2 TrxR是目前已知的唯一的Trx电子供体 图图2 2 硫氧还蛋白 Trx 氧化还原系统的作用机制 在氧化细胞蛋白质中减少 Trx催化还原的二硫化物 s s 如过氧化物氧化还原蛋白 Prx 在这个过程中 Trx通过减少硫氧还蛋白还原酶 TrxR 消耗NADPH而被氧化 图图2 2 三种亚型并都包含有保守的活性部位的Trx已确定在哺乳动物细胞存在 他 们是Trx1 一种细胞质蛋白质 Trx2 一种线粒体蛋白 SpTrx 主要在精细 胞中表达 哺乳动物细胞也含有三种亚型的TrxRs 他们是胞质蛋白TrxR1 线 粒体蛋白TrxR2和睾丸特定硫氧还蛋白谷胱甘肽还原酶 TGR 哺乳动物的TrxRs 可以大量催化分解小分子基质来增强它调控Trxs的作用 这些基质包括抗坏血 酸 脂质氢过氧化物 硫辛酸和过氧化氢 Trx 1系统包括Trx1和TrxR1 除非 另有说明 本文中的Trx和TrxR均指的是胞质Trx1和胞质TrxR1 硫氧还蛋白可以通过直接淬火单线态氧和清除羟基自由基或者间接通过减 少氧化ROS靶蛋白来发挥其抗氧化功能 然而 Trx大多通过抗氧化蛋白 Prx 也 称为硫氧还蛋白氧化物酶来完成其抗氧化功能 Prx使用SH组作为当量直接还原 的过氧化物 如过氧化氢和不同烷基氢过氧化物 氧化的Prx可以通过Trx回到其 原本状态 图2 Trx可以存在于细胞外环境 细胞质和细胞核中 然而 Trx在每一个不同的 环境具有明显不同的作用 细胞外Trx衍生趋化因子具有活性 可以在细胞质Trx 调节细胞的氧化还原平衡和某些蛋白质的活性 在细胞核中 Trx已被证实与许 多转录因子相关 从而调节基因的表达 因此 Trx负责维持调控许多依赖硫醇氧 化还原状态水平的重要细胞生理过程 四 四 硫氧还蛋白和转录因子硫氧还蛋白和转录因子 转录因子是通过改变基因表达谱来调节细胞功能的蛋白质 从而细胞可以 调整他们的转录组来适应正常的生理和病理生理状态下氧气水平的改变 一些 转录因子通过Trx氧化还原的规则而激活 动作电位 以此来调节他们的DNA粘粘 活性 尽管其他转录因子使用Ref 1 氧化还原因子 1 作为中间物 但硫氧还蛋白 可以直接减少一些转录因子 在这些转录因子中一个特定的半胱氨酸残基 s 被 Ref 1降解 导致DNA的粘粘活性增强 为了促进Ref 1催化这种按其需要进行降 解的方式 它是由Trx催化的 转录因子依赖Trx Ref 1的交互作用促进许多基 因的激活 促进细胞在应对不利条件包括氧化应激和缺氧条件下保持活力 除了 作为一个主要的氧化还原信号因子 Ref 1也是一个DNA修复酶 它参与基础的切 除修复 BER 途径 BER途径是负责修复DNA的缺嘌呤 缺嘧啶 AP 位点 这是活 性氧损伤主要的终极产物 因此 Trx在保护细胞免受通过Ref 1刺激的氧化应激 反应有一些重要的功能 有种依赖于Trx Ref 1交互作用的转录因子是激活蛋白 1 AP 1 AP 1不是 一个单一的转录因子 而是由各种不同的人类或者异源二聚体之间形成的碱性亮 氨酸拉链 bZIP 的家族蛋白质 二聚复合物主要是由Jun二聚体和Jun Fos异源 二聚体 尽管Jun家族和Fos家族都包含多个成员 AP 1转录因子仍广泛参与多个 生理功能 例如 AP 1调节相关细胞生长基因的表达以应对外部刺激 DNA链的 AP 1基因一种半胱氨酸残基的氧化还原状态调控 这种残基在DNA结合域的两种 蛋白质结合成二聚物 Trx通过Ref 1间接降解这些半胱氨酸 从而增加了DNA链 上AP 1结合位点的活性 图3 这样 Trx也促进了细胞生长 图图3 3 硫氧还蛋白 Trx 和转录因子的氧化还原信号 Trx在细胞质通过调控 氧化还原ASK 1和清除活性氧抑制I 降解来负调节细胞凋亡 在氧化条件下 Trx转移到细胞核 通过降解其半胱氨酸残基增大DNA链上NF 基因结合位点活 性 Trx也能增大DNA链上其他转录因子的活性 如AP 1和HIF 1 低氧诱导因 间 接地通过中间物Ref 1 红线显示一个抑制效应 S S 氧化形式 SH 缩减形 式 图图3 3 HIF 1 是另一个重要的通过Ref 1受Trx调控的转录因子 它控制着缺氧应 激反应基因的表达 HIF 1中的HIF 1 亚基的单个半胱氨酸残的氧化还原修复对 于HIF 1与CBP p300共同激活剂间的直接相互作用是非常必要的 这会通过低氧 反应元素 HRE 增加目的基因的表达 Trx 通过Ref 1 是间接作用于这一修复过 程 图3 Trx也可以在没有Ref 1的情况下直接作用于一些转录因子 例如 Trx可以 通过激活核转录因子 NF B影响细胞凋亡 核转录因子 NF B调节抗细胞死 亡基因的表达 在细胞质中 ROS介导抑制剂I B的降解来激活NF B细胞核转导 Trx是一种抗氧化剂并在细胞质清除活性氧 从而抑制I B的降解 然而 为了应 对NF B活化刺激 Trx从细胞质转移到细胞核 在细胞核Trx会激活DNA链上的 NF B基因 图3 Trx直接催化降解NF B的一个半胱氨酸并允许NF B依赖基因 的表达 此外 Trx通过与ASK 1 细胞凋亡信号调控激酶 1 相关联直接跟细胞 凋亡通路相互作用 ASK 1是MAPKKK家族的一员 降低Trx与ASK 1在氧化还原依 赖的方式下的生理作用 并抑制其活性 当Trx被ROS氧化后它与ASK 1解离来 然 后被激活以引导凋亡信号转导 图3 这种ROS诱导凋亡是对氧化应激的一种防 御机制 五 五 硫氧还蛋白和氧化应激硫氧还蛋白和氧化应激 当Trx氧化应激时 在某种程度上 减少细胞内蛋白质和降低活性氧的水平抗 氧化防御的一部分 在应对氧化应激时 Trx也会转移到细胞核 它能通过氧化 还原修复发挥转录因子的调控功能 通过调节一些转录因子的活性Trx可以影响 很多重要的细胞功能以应对氧化应激 包括DNA修复 细胞生长与增殖和细胞凋亡 已经证实 Trx基因的表达受氧化应激诱导 这种诱导现象主要由Trx启动子 中Nrf2与ARE元素相连结来调节 TrxR和Prx启动子也包含ARE元素 它是负责在 应对氧化应激时的诱导表达 值得注意的是 在处于还原态的Trx可以增强Nrf2 与ARE的连结 从而激活它 此外 Ref 1在应对氧化应激反应时表达上调 因此 氧化应激会导致Trx水平的升高 进而激活转录因子诱导更高水平的Trx和其他抗 氧化剂 众所周知的是 癌症细胞与正常细胞相比处于氧化应激升高状态 增加的氧 化损伤的DNA基质已经发现存在于许多癌组织中 此外 已经发现在体外人类肿 瘤细胞系比非转化细胞系产生相对大量的活性氧 从而使这些细胞保持持久的氧 化应激状态 这些在癌组织细胞中高含量的ROS通常与含有极高浓度的Trx和其 他氧化还原控制蛋白质结合在一起 这将在稍后讨论 参见硫氧还蛋白和癌症 六 硫氧还蛋白和缺氧六 硫氧还蛋白和缺氧 一个细胞内的氧气水平低于正常水平的氧张力时会发生缺氧 尽管缺氧通 常会打破细胞氧化还原体内平衡对细胞产生危害 但它确实有一些有益的作用 例如 在胚胎形成时会发生缺氧现象 缺氧信号被认为是胚胎正常发育所必需的 条件 在对低氧反应中 HIF 1 低氧诱导因子 蛋白质是稳态的并会诱导一些基 因的表达 这些基因功能改善通过血管生成和红细胞生成来提高氧合作用 HIF 1的可用性是主要取决于HIF 1 亚基 通常是由于其快速 氧依赖性的降解而处 于抑制状态 而HIF 1 亚基不受氧气水平的调控 在缺氧时 HIF 1 蛋白质处于 稳定状态 转移到细胞核 与HIF 1 形成二聚物绑定到目标DNA序列的启动子或不 同的基因的增强子区域 图1b HIF 1的蛋白质也受除了缺氧其他许多因素调控 包括致癌基因 生长因子 很矛盾的自由基如超氧阴离子 过氧化氢和一氧化氮 例如 裸露的一氧化氮基 团已被证明在含氧量正常情况下HIF 1 中特定的半胱氨酸残基亚基转化成硝基 甲苯磺酸酐 从而抑制其降解 此外 在人类293细胞过氧化氢的调节机制会诱导 HIF 1 提高稳定性和HRE 缺氧反应因素 荧光素酶在含氧量正常条件下的表 达 因此 ROS能使HIF 1 在含氧量正常条件下更加稳定 图4 图图4 4 硫氧还蛋白 Trx 和ROS在缺氧性应激中的反应 在正常含氧量条件下 HIF 1 在胞质中降解而在缺氧条件下HIF 1 变得稳定并转移到细胞核中 在低 氧条件下 胞质过氧化氢的存在对HIF 1 的稳定是必要的 在细胞核中 还原条 件对HIF 1与DNA绑定是很必要的 在细胞核中 Trx促使Ref 1减少而减少了 HIF 1 亚基 然后与HIF 1 共聚陈二聚体形成HIF 1 HIF 1蛋白质与HRE元素绑 定而诱导靶基因转录 红线显示一个抑制效应 红十字表示非功能性的线粒体 图图4 4 越来越多的证据表明 线粒体中形成ROS也与HIF 1 在低氧环境的稳定性相 关联 尽管增加的ROS似乎比发生在氧化应激反应程度小得多 一项研究表明 细 胞中含有非功能性线粒体不能在低氧反应中增加HIF 1 含量 另一项研究使用 RNAi 核糖核酸干扰 来抑制复杂III线粒体中Rieske铁硫蛋白的表达 表明 ROS形成和HIF 1 表达水平在低氧环境下将会减少 然而 添加过氧化氢到细胞 导致了增加了HIF 1 蛋白在缺氧 同样 在人类293细胞中过氧化氢在缺氧条件 下被抑制 通过过氧化氢酶过表达 使HRE 缺氧反应元素 荧光素酶的表达受 到抑制 图4 这些观测结果表明 过氧化氢在细胞中的存在对于HIF 1 在低氧 条件下的稳定是必要的 相比之下 几项研究表明 HIF 1与DNA在细胞核的绑定需要减少条件 例如 HIF 1与过氧化氢或二酰胺的纯化处理降低了HIF 1与DNA结合活性 然而 在之 前添加二硫苏糖醇 DTT 会避免这个效应 图4 这些结果表明 HIF 1本身对氧 化还原很敏感 实际上 正如前面所提到的 抗氧化蛋白Trx和 Ref 1已被证明在 缺氧条件下能通过调制HIF 1 亚基的单个半胱氨酸残基来提高HIF 1的转录活性 的 图4 此外 一个突变的Ref 1中的目标半胱氨酸残基在遇到羟基自由基时能 阻止HIF 1 活性降低 这些结果表明 Trx在缺氧性应激反应中扮演重要的角色 此外 证据表明 Trx在缺氧条件下影响HIF 1的表达已被几项细胞中Trx过表 达的研究中证明 这些细胞显示增加了HIF 1 水平 增强了HIF 1与DNA绑定连 结和增加了HIF 1靶基因的活性 如血管内皮生长因子 VEGF 和环氧合酶 2 COX 2 相反 研究使用惰性的氧化还原Trx可以清晰地显示出HIF 1 蛋白水 平的减少 此外 Trx和TrxR抑制剂已被证明下调HIF 1 的表达及其后续活性 这 进一步强调了Trx在调控HIF 1 表达中的作用 这些结果也与其它研究结果表明Trx和相关的氧化还原蛋白质在低氧条件下 表达上调相一致 例如 当HT 29细胞处于低氧条件下 Trx和TrxR mRNA的表达 分别各自增加了14倍和4倍 在肺癌细胞Trx和Prx在缺氧条件下他们的mRNA和蛋 白质含量都被上调 肿瘤微组织与宫颈癌活检标本中也发现Trx和Ref 1的表达 在低氧条件下上调 然而 低氧条件下Trx的诱导机制尚不完全清楚 Trx没有证 据表明这种效应是受HIF 1调节 总之 这些结果表明缺氧和氧化还原控制调控过程存在重要纽带并表明在缺 氧条件下ROS和Trx在调控HIF 1表达方面至少与经典缺氧条件下的诱导通路调节 有同样重要的作用 七七 硫氧还蛋白和癌症 硫氧还蛋白和癌症 人们普遍认为 氧化应激和缺氧应激都是肿瘤的特征 这些情况可以部分解 释为肿瘤增长过速 而其血管网络也快速增长 因此缺乏氧气和营养物质 含氧 水平的降低影响着HIF 1的稳定性和活性 进而诱导如血管生成这样的过程发生 尽管血管生成发生在几乎所有人类的实体肿瘤 它的效率不高 从而导致氧气运 输在空间和时间上的不足 因此 一些肿瘤组织区域可能会慢性缺氧 而其他的 肿瘤区域可能会循环缺氧 由于不规则氧气流通导致其在缺氧和再氧合的状态中 切换 再氧化阶段紧跟缺氧应激出现无意中导致了氧化应激 因为癌症细胞通常处在高氧化应激或缺氧应激状态下 他们还高水平表达包 括Trx Prx和Ref 1的抗氧化蛋白也就不奇怪了 例如 Trx的表达在几个原发性 的癌症中会升高 包括肺癌 子宫颈癌 胰腺癌 结直肠癌 肝癌 胃癌和乳腺 癌 Trx和相关蛋白质的上调表达已假设为肿瘤恶性增殖与良性细胞增殖的动态 的氧化还原变化的标志 一些研究表明 Trx的过表达促进了癌症细胞的生长 无论是通过直接刺激癌 细胞生长或通过抑制肿瘤细胞凋亡 在这些研究中 MCF 7乳腺癌细胞被氧化还 原惰性的Trx构造转染 Trx的蛋白质以一种不活跃的方式在在各个构造中产生 转染的MCF 7细胞接种到免疫缺陷的小鼠体内后 几乎完全抑制肿瘤的形成 癌 细胞的逆转表型转换也是明显的 另一项研究表明 MCF 7细胞在以剂量依赖的 方式用三氧化二砷 ATO 处理时生长会受到抑制 MCF 7细胞的抑制生长与失活 的TrxR有关 导致Trx氧化和整个Trx系统的失活 此外 最近的一个体内研究进 一步凸显Trx在促进癌细胞生长的重要性 两个人类肺癌细胞株 表达高或低的 Trx水平 肿瘤生长的程度与皮下注射的严重联合免疫缺陷 SCID 小鼠被感染 的组织细胞中Trx的水平相关 这些细胞中Trx低水平表达催生小肿瘤 而细胞中 Trx高水平表达会催生出更大的肿瘤 总的来说 这些研究表明 Trx在促进癌细 胞生长中有一个活跃的作用 其表达也不仅仅对癌症进展有重要影响 在体外和体内Trx高水平的表达都与高度攻击性和转移性肿瘤的活性有密切 关系 一个体外研究使用神经细胞瘤细胞株出现的可能机制证实Trx提高了癌细 胞转移活性 这些细胞中Trx被证明可以促进细胞入侵 通过抑制MMP的抑制剂来 促提高基质金属蛋白酶 MMP 活性 一个体内研究使用两个人类Trx表达水平的 高低不同的癌细胞株注射小鼠 进一步证明Trx促进癌细胞的转移 感染了Trx 高表达的小鼠的肺中癌细胞明显出现转移 而感染Trx低表达的小鼠肺中癌细胞 则没有出现明显的癌细胞转移 此外 另一项研究在前列腺癌上操作两个不同氧 化还原表型的细胞系表明还原态更强的细胞株系的细胞入侵性更强 同样 被检 测出Trx高水平表达的肿瘤患者大多被诊断为乳腺癌 黑素瘤 甲状腺癌 前列 腺癌和结肠直肠癌 此外 Trx高水平表达和其他抗氧化蛋白使细胞对多种化学药剂产生耐药性 包括阿霉素 强的松 紫杉醇和它莫西芬 例如 在一项研究中 肿瘤组织取自 乳腺癌患者显示p53 BRCA 1 Bcl 2 的表达与烯紫杉醇没有显著相关性 然而 肿 瘤中Trx低水平表达的细胞比Trx高水平表达的细胞对紫杉醇的反应敏感的多 在另一项研究中 44个乳腺肿瘤样本用多烯紫杉醇处理后进行基因表达分析 共 有2453个基因分析序列 在多烯紫杉醇耐药细胞中 将近一半的样本 提升了氧 化还原蛋白基因的表达 尤其是还原谷胱甘肽 S 转移酶 过氧化酶和Trx Trx过表达也会导致患者对强的松产生抗性 通过清除细胞内抗癌剂产生的 有毒氧化剂 此外 卵巢癌细胞株 胃和结肠癌细胞 都伴随细胞内Trx表达水平 的升高 这些研究结果表明Trx在癌细胞中通过抑制细胞凋亡 刺激细胞转移 提高入侵活性和参与抗化学药物等活动 说明Trx在癌细胞的生长和增殖中都扮 演者相当活跃的角色 另一个重要的观察是 许多肿瘤的攻击性与他们的氧化还 原表型有关 而他的表型是由Trx的表达所决定的 考虑到Trx在癌细胞中发挥的 许多作用 因此 毫不奇怪 Trx和其他Trx系统的成员已经被提出作为研究抑制肿 瘤生长 增殖和转移的化合物的关键靶标 虽然Trx本身一直被视为一个潜在靶标 TrxR一直是大部分Trx系统抑制剂的 焦点 一个TrxR抑制剂导致Trx的氧化 从而改变整个Trx系统的功能 一些TrxR 抑制剂已在临床试验中作为癌症治疗试剂测试过其中一些已被FDA批准使用 三 氧化二砷 ATO 是一种被FDA批准的已成功地用于治疗急性早幼粒细胞性白血病 的化合物 ATO与不可逆转的TrxR结合 这与抑制MCF 7 乳腺癌细胞的增长有相 关性 含金化合物在一段时间也被作为癌症治疗药物研究的优先选项 包括金诺 芬 把TrxR作为他们的靶标 Xcytrin是一种像卟啉的分子 目前在临床试验中 治疗各种类型的癌症 也能够抑制TrxR 所有这些高效的TrxR抑制剂有一个共同 的特征 就是他们主要作为助氧化剂并且由于其高毒性能导致严重的副作用 未 来的一个替代方法可能出现在天然产品中 包括抗氧化剂丰富的食物和饮料 他 们可以在人体高浓度存留 姜黄素就是这样一个例子 一个常用的调味品 展现 出不错的抗癌效果和不可逆转地抑制TrxR的功能 最近 绿茶和红茶被发现含有 抗氧化剂的成分 这些成分可以抑制TrxR并能抑制希拉细胞在体外生长 然而 需要更多的信息来支持这些成分对不同类型的癌细胞发挥作用 癌细 胞的氧化还原表型的不同可能是一个主要的决定因素 这些成分可以选择性的选 定目标癌细胞 尽管氧化还原表型的癌细胞的特点由Trx的表达程度决定 进而 影响肿瘤细胞的氧化还原水平 缺氧和氧化应激之间的循环可能也是一个主要的 癌细胞增殖及其对不同癌症治疗试剂灵敏度不同的因素 八 八 硫氧还蛋白和缺氧循环硫氧还蛋白和缺氧循环 一个组织中含氧量状态是氧气传递和消耗之间平衡的结果 因为在肿瘤组 织中血管生成异常所以这种平衡经常被打破 相反 肿瘤通常有很少的小动脉供 给 低效的微血管取向 低血管密度 极端变化的微脉管红细胞通量和血液粘度 的增加 所有这些因素导致肿瘤组织中高度不稳定的氧供应 因此 肿瘤组织最 重要的特点是 其氧气供应是周期性的 这种现象通常被称为缺氧循环或间歇性 缺氧 缺氧循环在近30年前被发现 此后出现了强有力的证据证明缺氧循环动力学 是复杂的 至少有两个重要的时间表 它们互相叠加在一起 一个频率每小时几 个周期而第二个时间尺度从几个小时到几天不等 最近的研究表明 红血细胞通 量的波动的频率更快 而血管重建的频率较慢 大多数关于缺氧循环的研究都集中在血管生成和HIF 1的调控 其中的一些 研究也显示了HIF 1活性上调取代了慢性缺氧 因为缺氧循环所涉及到的一些再 氧化阶段 很容易推测 ROS和抗氧化剂水平的提高也会出现 然而 只有有限的 研究关于的抗氧化剂与肿瘤氧化作用的动态变化有关 8 1 缺血预处理 大多数关于抗氧化剂和缺氧循环可用的数据来自心脏疾病缺血 再灌注的研 究 心暴露在再灌注引起的短时间内的缺血循环对致命缺血性损伤产生抗性 这种技术通常用于心肌保护 被称为脑缺血预处理 PC 缺血预处理的心脏保 护能力已经被证明是被氧化还原反应调控的 例如 缺血预处理治疗小鼠心脏被 Trx抑制剂CDDP 一种抗癌剂 处理时会产生一个废除的生存信号 大量的心肌细 胞在预处理心肌后凋亡 此外 心脏缺血预处理治疗后氧化应激显著降低 而 CDDP抑制Trx会使心脏丙二醛的数量不断增加从而使氧化应激增强 图5 有趣 的是 缺血性心肌衰弱与Trx的超表达有关 虽然有几项研究暗示了Trx在缺血预处理的生存信号传导中的角色 其作用 机理仍需要被阐明 有趣的是 最近的研究表明 小鼠心脏缺血预处理时Trx和 Ref 1迅速转移到细胞核 注入发卡结构的RNA的反义Trx会一直Trx向细胞核转 移 反转录Ref 1抑制Ref 1向细胞核内转移 此外 缺血预处理中Trx和Ref 1在 核内出现结合 这项研究还揭示了NF 的DNA链和