蛋白质硝基化修饰与临床疾病的关系研究,病理学论文

蛋白质硝基化修饰与临床疾病的关系研究,病理学论文摘要：多种疾病的发生发展伴随着活性氧〔ROS〕或活性氮〔RNS〕的异常升高，如恶性肿瘤、缺血再灌注损伤以及各种炎症性疾病与神经退行性疾病等。在这些病理经过中，体内产生高浓度的超氧阴离子〔O2-〕与NO能够发生反响，生成氧化能力更强的过氧亚硝酸盐〔ONOO-〕，进而使蛋白质上的酪氨酸残基发生硝基化修饰，生成3-硝基酪氨酸〔3-NT〕。硝基化修饰蛋白质的构造与功能可能发生变化，进而导致线粒体、DNA损伤以及细胞凋亡或坏死，与疾病的进展密切相关。本文对蛋白质硝基化修饰与部分临床疾病的关系进行扼要综述，为进一步研究3-NT的临床应用提供基础。本文关键词语:蛋白质硝基化;临床疾病;活性氧;活性氮;Abstract：Theexpressionofreactiveoxygen/nitrogenspecies(ROS/RNS)elevatedduringtheprogressiveperiodofvariesdiseaseincludingcancer,ischemiareperfusioninjuryandsomeinflammatorydiseaseorneurodegenerativedisease,etal.Duringthepathophysiologicprocess,excessiveproducedO2-andNOcouldreacttoformONOO-,astrongeroxidativemolecule,whichinducethemodificationoftyrosinetoform3-nitrotyrosine.Afterproteinnitration,thestructureandfunctionofproteinsmaybechangedtoinducethemitochondrialandDNAinjuryandfurthercellapoptosisandnecroptosis,whichfacilitatingthediseaseprogression.Herewereviewedtherelationshipbetweenproteintyrosinenitrationandrelateddisease,whichmayprovidefoundationsforfurtherclinicalstudies.Keyword：proteintyrosinenitration;clinicaldisease;ROS;RNS;蛋白质硝基化修饰指的是蛋白质中的酪氨酸残基硝化生成3-硝基酪氨酸〔3-Nitrotyrosine,3-NT〕。在各种病理条件下，炎性介质能够诱导多种活性氧〔O2-、OH-、H2O2、ONOO-等〕和活性氮〔NO、NO2-、N2O3等〕的产生，华而不实超氧阴离子〔O2-〕与NO的反响速度是正常情况下与超氧化物歧化酶〔SuperoxideDismutase,SOD〕反响速度的3倍以上，因而NO首先捕捉O2-以较快速度生成过氧亚硝酸盐〔ONOO-〕，其氧化能力比起单独存在的O2-和NO均显着提高。ONOO-能够与蛋白质酪氨酸残基或游离酪氨酸发生硝化反响生成3-NT。3-NT的生成除了可通过非选择性的ONOOˉ依靠途径外，还能够通过各种过氧化物酶〔如髓过氧化物酶〕、过氧化氢酶依靠的途径介导[1]。蛋白质发生酪氨酸硝基化修饰后，可能引起其功能受损或者酶活性下降。更严重的情况下可能导致线粒体、DNA损伤，抑制酪氨酸磷酸化，诱导细胞的凋亡和坏死[2]。近年来，随着对蛋白质硝基化研究的深切进入，发如今很多临床疾病，如动脉粥样硬化性疾病、糖尿病、神经退行性疾病、肺癌等的病变组织中都能够检测到3-NT水平升高，这提示3-NT与多种疾病密切相关。1、蛋白质硝基化修饰与临床疾病的关系1.1、动脉粥样硬化动脉粥样硬化〔Atherosclerosis,AS〕的特点是受累动脉的病变从内膜开场，先后出现脂质蓄积、纤维组织增生和钙质沉着，并伴有动脉中层的逐步退变和钙化，在这里基础上并发有斑块内出血、斑块破裂、局部血栓构成。该病的病因尚未完全明确，研究表示清楚为多因素作用于疾病发展的不同环节所致。同样，有多种学讲从不同角度阐述AS的发病机制，当前主流学讲包括脂质浸润学讲、内皮损伤-反响学讲、血小板和血栓构成假讲、平滑肌克隆学讲以及氧化应激学讲等。临床研究表示清楚，体内蛋白质硝基化水平的升高，能够作为动脉粥样硬化危险性的独立指标，且AS患者组织细胞内3-NT含量是正常人体内的90倍，蛋白质硝基化修饰通太多种途径介入AS的发生发展。载脂蛋白A-Ⅰ〔ApoliopoproteinA-Ⅰ，ApoA-Ⅰ〕作为高密度脂蛋白〔High-DensityLipoprotein,HDL〕的主要组成蛋白质之一，在AS患者血液中能够检测到发生髓过氧化物酶〔Myeloperoxidase,MPO〕介导的硝基化修饰[3]，并且在AS患者胸主动脉内膜部位可以以检测到硝基化修饰的HDL，实验证明硝基化修饰的HDL介导胆固醇逆转运的能力显着降低[4]。硝基化修饰的低密度脂蛋白〔Low-DensityLipoprotein,LDL〕是氧化型低密度脂蛋白〔Ox-LDL〕的主要成员之一，经巨噬细胞或平滑肌细胞清道夫受体摄取，是AS斑块内泡沫细胞的主要构成原因[5]。动脉粥样硬化的不同时期，在巨噬细胞丰富的损伤部位都可检测到3-NT，且3-NT在不稳定性斑块中的表示出较在稳定性斑块中的表示出明显增加[6]。血管平滑肌细胞的迁移是动脉粥样硬化疾病发病经过中的一个重要环节，有研究证实，游离的3-NT能够通过激活人动脉平滑肌细胞〔AoSMC〕的细胞外信号调节酶和ERK1/2信号通路，以及上调与细胞迁移严密相关的一些因子〔如血小板衍生生长因子受体B、基质金属蛋白酶2等〕的mRNA及蛋白表示出，进而促进AoSMC的迁移以及AS发生与发展[7]。综上，蛋白质硝基化修饰介入AS发生发展的多个环节，但多数实验均只证明了其与AS的相关性，3-NT是AS的成因还是其标志，当前仍有很大的争论。1.2、糖尿病糖尿病患者由于机体内胰岛素产生缺乏或利用障碍，导致机体糖代谢紊乱，出现持续性的高血糖。血糖升高会诱导机体内氧自由基去除系统受损，产生过量的自由基。有学者发如今糖尿病动物模型中，线粒体蛋白质上发生硝基化修饰的酪氨酸含量明显偏高，这种修饰后的蛋白质可能通太多种途径促进糖尿病的发生发展。蛋白质酪氨酸硝基化能够导致胰岛β细胞功能障碍。胰岛内抗硝基酪氨酸免疫阳性的细胞群主要为胰岛β细胞或巨噬细胞，且Ⅱ型糖尿病患者胰岛素相比非糖尿病患者胰岛培养基中分泌的胰岛素水平明显减低，而3-NT表示出显着增高，提示Ⅱ型糖尿病患者分泌胰岛素功能与3-NT水平关系密切[8]。蛋白质酪氨酸硝基化还可引起胰岛素分子构造发生变化而影响功能，体外ONOO-处理胰岛素后发现，硝基化修饰的胰岛素与受体的结合能力以及降低血糖的能力均显着下降[9]。蛋白质酪氨酸硝基化还可加速糖尿病并发症发展，心血管病变、视网膜病变和肾脏病变是糖尿病的常见并发症，血管病变是其重要原因[10]。3-NT主要通过促进氧化/硝化应激和炎症反响两个方面引起糖尿病大血管病变。TURKO等[12]在动物实验中发现，糖尿病高血压小鼠主动脉中3-NT蛋白的表示出要明显高于正常血压糖尿病小鼠，且硝基化修饰后的琥珀酸辅酶A〔氧代酸辅酶A转移酶，SCOT〕的催化能力也显着下降，可能介入糖尿病心肌病变的经过[11]。除此之外，RNS可能部分通过激活经典的β-catenin/Wnt信号通路来介导糖尿病微血管渗漏和视网膜炎症细胞浸润。1.3、3-NT与脑功能改变蛋白质在亚细胞水平的硝化导致构象的改变，毁坏细胞骨架，导致神经退化，可在阿尔茨海默病〔AD〕、帕金森病、亨廷顿病等疾病中作为神经退行性病变的促进因子发挥作用[13]。氧化应激可能作为神经退行性病变的主要根本源头，随着年龄的增加，促进年龄相关神经退化[14]。在AD患者活化的神经胶质细胞中，NO与O2-表示出均显着上调，产生的ONOO-损害患者蛋白质、脂质以及核酸[15]。Tau蛋白作为AD神经纤维缠结的重要组成部分，发生硝基化修饰后能够明显降低其微管结合能力，且3-NT修饰水平与AD患者认知能力减退正相关[16]。轻度遗忘性认知障碍〔MCI〕是正常衰老与痴呆和AD之间的过渡，有研究表示清楚蛋白质硝基化损伤发生在MCI经过的早期，并且蛋白质硝化对于MCI转化为AD可能很重要[17]。脑白质高信号〔WMHs〕合并认知功能改变组患者血浆3-NT浓度明显要高于仅WMHs组[18]。脑小血管病患者血清中也具有较高的3-NT表示出，而同时伴有认知障碍的患者中血清3-NT更高层次，提示血清3-NT与认知障碍密切相关[19]。1.4、3-NT与呼吸系统疾病肺作为呼吸系统的核心器官，出现氧化应激损伤是肺癌发生的主要原因之一。NO介入肺癌患者气道炎症的构成，负性调控外表活性蛋白基因表示出损伤组织，诱导慢性炎症，增加细胞癌变风险[20],NO介导的蛋白质酪氨酸硝基化也在这一经过发挥了重要作用[21]。肺癌患者血清3-NT浓度相对正常人群偏高，吸烟可以以明显增加血浆中3-NT的产生[22]。免疫组化和蛋白质印记实验显示，与非肿瘤部分相比，肺鳞状细胞癌与腺癌的癌组织硝基化酪氨酸水平显着增加，且蛋白质组学鉴定到25个具有3-NT的蛋白质，包括代谢酶类、构造蛋白以及抗氧化损伤的蛋白[23]。除此之外，在哮喘病人呼吸道上皮细胞中，也存在3-NT高表示出，甚至在哮喘病人呼出的气体中，也能够检测到3-NT。动物实验也证实，对于呼吸道致敏的小鼠，在气管上皮细胞以及致敏的肺中都能够检测到3-NT[24]。但是蛋白质硝基化修饰当下更多地被当作氧化损伤的标志物，其能否介导肺部疾病病理进程的改变还需要更多的研究进行证实。2、结束语蛋白质酪氨酸硝基化与各类临床疾病关联严密，无论是哪种临床性疾病，活性氧的增加是蛋白质硝基化修饰水平加强的共同特征。蛋白质发生硝基化修饰后能够改变其构造与功能，例如硝基化修饰能够使脂蛋白质更容易被细胞摄取，能够使部分酶〔如胰岛素〕功能下调或失活，还能够降低下卑微管蛋白结合能力等，这些效应在细胞信号传导中能够发挥宏大的作用。但当下大部分研究均只证明了3-NT与某一疾病的相关性，很少针对3-NT的生物学效应进行深切进入研究，这主要是由于细胞内发生酪氨酸硝基化修饰的蛋白质相对较少，同时与大规模挑选的策略欠缺相关。尽管近年来以生物质谱技术为代表的鉴定技术不断更新，但研究蛋白质酪氨酸硝基化修饰的难点仍然存在，需要探寻求索出更多针对研究蛋白质硝基化修饰介入疾病的机制与策略，以期为防治各类疾病提供新思路。以下为参考文献[1]FERRER-SUETAG,CAMPOLON,TRUJILLOM,etalBiochemistryofperoxynitriteandproteintyrosinenitration[J]ChemicalReviews,2021,118(3):1338-1408.[2]CAMPOLON,ISSOGLIOFM.ESTRINDA,etal.3-Nitrotyrosineandrelatedderivativesinproteinsprecursors,radicalintermediatesandimpactinfunction[J].EssaysinBiochemistry,2020,64()111-133.[3]ZHENGL,NUKUNAB,BRENNANML,etal.ApolipoproteinA-Iisaselectivetargetformyeloperoxidase-catalyzedoxidationandfunctionalimpairmentinsubjectswithcardiovasculardisease[J].TheJournalofClinicalInvestigation,200,114(4):529-541.[4]SHAOB,PENNATHURS,HEINECKEJW.MyeloperoxidasetargetsapolipoproteinA-I,themajorhighdensitylipoproteinprotein,forsitespecificoxidationinhumanatheroscleroticlesions[J]TheJournalofBiologicalChemistry,2020,287(9):6375-6386.[5]MASTROGIOVANNIM,TROSTCHANSKYA,RUBBOH.Fattyacidnitrationinhumanlow-densitylipoprotein[J].ArchivesofBiochemistryandBiophysics2020,679:108190.[6]杜文华，李毅,孙瑞红3-NT对人颅内动脉粥样硬化斑块稳定性的影响[J.中国民康医学2020,24(9):1040-1042.[7]MUH,WANGX,LINP,etal.NitrotyrosinepromoteshumanaorticsmoothmusclecellmigrationthroughoxidativestressandERK1/2activation[J]BiochimicaetBiophysicaActa,2008,1783(9):1576-1584.[8]LUPIR,DELGS,MANCARELLAR,etal.Insulinsecretiondefectsofhumantype2diabeticisletsarecorrectedinvitrobyanewreactiveoxygenspeciesscavenger[J].DiabetesandMetabolism,2007,33(5):340-345.[9]CHIQ,WANGT,HUANGKEffectofinsulinnitrationbyperoxynitriteonitsbiologicalactivit[J].BiochemicalandBiophysicalResearchCommunications.2005,330(3):791-796.[10]PACHERP,OBROSOVA|G,MABLEYJG,etal.Roleofnitrosativestressandperoxynitriteinthepathogenesisofdiabeticcomplications.emergingnewtherapeuticalstrategies[J].CurrentMedicinalChemistry,2005,12(3):267-275.[11]TURKO1V,MARCONDESS,MURADF.Diabetes-associatednitrationoftyrosineandinactivationofsuccinyl-CoA:3-oxoacidCoAtransferase[J].AmJPhysiolHeartCircPhysio1,2001,281(6):2289-2294.