張 寧 史志周 白 潔

(昆明理工大學(xué)生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，云南 昆明 650224)

癌癥發(fā)病機(jī)制十分復(fù)雜，與許多基因有關(guān)，這些基因在癌癥的發(fā)生、發(fā)展及轉(zhuǎn)移過程中起著不同的作用,最終賦予了癌細(xì)胞兩大基本的特征：細(xì)胞周期失去調(diào)控使得癌細(xì)胞無限增殖；癌細(xì)胞具有浸潤性和擴(kuò)散性。硫氧還蛋白(TRX)是氧化還原調(diào)節(jié)蛋白，在多種癌組織中表達(dá)增高，與癌癥發(fā)生有著密切關(guān)系，具有調(diào)節(jié)多種癌癥相關(guān)蛋白作用。本文綜述了硫氧還蛋白與癌癥相關(guān)蛋白的研究進(jìn)展。見圖1。

1 硫氧還蛋白

TRX-1是一個(gè)在動(dòng)物體內(nèi)廣泛分布的氧化還原調(diào)節(jié)蛋白，分子量約為12 kD，其氨基酸序列中含有5個(gè)半胱氨酸殘基：Cys-32、Cys-35、Cys-61、Cys-68、Cys-73，其中位于疏水區(qū)域Cys-32、35是活性中心，TRX-1具有多種生物學(xué)功能，除了調(diào)節(jié)氧化還原反應(yīng),還具有調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄因子NF-κB、AP-1和p53等的活性，以及抑制細(xì)胞凋亡。TRX-1在多種腫瘤組織中表達(dá)增高，與癌癥的關(guān)系密切,具有促進(jìn)癌細(xì)胞的生長，抑制癌細(xì)胞凋亡作用，因此，TRX-1已成為癌癥的治療的一個(gè)重要靶點(diǎn)。硫氧還蛋白家族中還有TRX-2，局限于線粒體，亦與癌癥密切相關(guān)。

2 硫氧還蛋白與癌細(xì)胞生長、增殖相關(guān)蛋白

癌細(xì)胞的特點(diǎn)就是細(xì)胞生長和分裂失去控制成為“不死”的永生細(xì)胞。癌細(xì)胞分裂速度加快與細(xì)胞周期紊亂有關(guān)，與細(xì)胞周期調(diào)節(jié)蛋白的表達(dá)異常有關(guān)。

細(xì)胞周期蛋白D1(CyclinD1)是細(xì)胞周期調(diào)控的重要蛋白，CyclinD1能與周期素依賴激酶4(CDK-4)和周期素依賴激酶-6(CDK-6)結(jié)合，推動(dòng)細(xì)胞從G1期進(jìn)入S期。CyclinD1在腫瘤組織中表達(dá)增高，與腫瘤的生長具有密切的相關(guān)性。 Mochizuki等發(fā)現(xiàn)，在肺癌細(xì)胞系A(chǔ)549和乳腺癌細(xì)胞系MCF-7中， TRX-1通過調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄因子AP-1的活性，增加CyclinD1的轉(zhuǎn)錄，使得細(xì)胞周期越過G1期〔1〕，這說明TRX-1具有調(diào)節(jié)腫瘤細(xì)胞的周期作用。轉(zhuǎn)化生長因子-β(TGF-β)是一個(gè)多功能生長因子，能抑制表皮細(xì)胞生長。TGF-β作用細(xì)胞后，激活受體以及下游分子Smad7，進(jìn)而對(duì)細(xì)胞生長起抑制作用。而TRX-1則具有抑制Smad7活性，從而減弱了TGF-β對(duì)細(xì)胞生長的抑制作用〔2〕。

凋亡信號(hào)調(diào)節(jié)激酶-1(ASK-1)在脅迫和細(xì)胞因子誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡中起著關(guān)鍵作用，ASK-1的表達(dá)引起細(xì)胞凋亡。TRX-1與ASK-1相互作用與細(xì)胞的氧化應(yīng)激有關(guān)，還原態(tài)的TRX-1可以與ASK-1結(jié)合抑制細(xì)胞凋亡，在氧化條件下，TRX-1不能與ASK-1結(jié)合，這便激活了ASK-1，致使細(xì)胞凋亡〔3～6〕。

TRX-1第100位蘇氨酸被蛋白激酶C(PKC)磷酸化時(shí)，TRX-1進(jìn)入細(xì)胞核，進(jìn)而調(diào)控轉(zhuǎn)錄因子NF-κB的活性，增強(qiáng)了細(xì)胞抗凋亡能力,增加細(xì)胞對(duì)抗癌藥物的抵抗作用，而當(dāng)PKC活性被抑制時(shí)，細(xì)胞對(duì)抗癌藥物的抵抗性降低。由此可見，TRX-1的第100蘇氨酸磷酸化和PKC之間的關(guān)系與抗癌藥物的耐藥性密切相關(guān)〔7〕。

B細(xì)胞淋巴瘤白血病2(Bcl-2)基因位于染色體18q21，可編碼兩種蛋白質(zhì)，即Bcl-2a和Bcl-2β，但只有Bcl-2a有生物學(xué)活性。它是一個(gè)26 kd的跨膜蛋白，位于核周間隙，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和線粒體外膜。Bcl-2具有抑制應(yīng)激狀態(tài)下細(xì)胞凋亡，促進(jìn)細(xì)胞存活的作用。Bcl-2的活性與腫瘤的發(fā)生密切相關(guān)。在神經(jīng)瘤細(xì)胞中用siRNA干擾TRX-1和超氧化物歧化酶-1(SOD-1)的表達(dá)，Bcl-2的表達(dá)量明顯下降并且線粒體膜電位改變， Caspase-3被激活。 TRX-1下降導(dǎo)致Bcl-2的活性下降,促進(jìn)癌細(xì)胞凋亡〔8〕。

定位于線粒體中的TRX-2也和細(xì)胞的凋亡相關(guān)蛋白有很密切的聯(lián)系，TRX-2的表達(dá)下調(diào)時(shí)，Bcl-2家族中的抑凋亡蛋白Bcl-xl的表達(dá)量下降。這一作用與TRX-2氧化還原活性的無關(guān)，而是通過調(diào)節(jié)線粒體膜通透性來調(diào)節(jié)細(xì)胞凋亡〔9〕。

p53蛋白是腫瘤抑制蛋白，人類腫瘤有50%以上是由P53基因的突變造成的。它能調(diào)節(jié)p21蛋白表達(dá)增加，進(jìn)一步抑制細(xì)胞周期。此外,p53能特異抑制Bcl-2的表達(dá)，促進(jìn)Bax的表達(dá)，加重細(xì)胞凋亡。

還原型TRX-1可以增加p53的DNA結(jié)合力，從而促進(jìn)p21的表達(dá)〔10〕。但有些情況下，ShRNA降低TRX-1表達(dá)時(shí)，p53蛋白的表達(dá)會(huì)上調(diào)〔11〕，因此,TRX-1不僅增加p53的轉(zhuǎn)錄活性還下調(diào)p53的表達(dá)量。

硫氧還結(jié)合蛋白-2(TBP-2)又叫維生素D3上調(diào)蛋白，分子量為46 kD，它同還原型TRX-1相結(jié)合并能抑制TRX-1的活性〔12～14〕。TBP-2是一種腫瘤抑制因子，具有抑制腫瘤細(xì)胞生長和轉(zhuǎn)移的功能。有趣的是p21能結(jié)合在TBP-2啟動(dòng)子區(qū)，抑制TBP-2的表達(dá)，促進(jìn)TRX-1的分泌，對(duì)腫瘤的生長起促進(jìn)作用〔15～19〕。

p27即細(xì)胞周期依賴性激酶抑制因子(CDK-1)，是一種調(diào)控細(xì)胞周期并抑制細(xì)胞分裂的因子，它參與細(xì)胞周期的負(fù)性調(diào)控，在細(xì)胞增殖、分化和凋亡等中扮演重要角色。p27通過抑制Cyclin-CDK復(fù)合物的活性來調(diào)控細(xì)胞周期，抑制CDKs的活性，從而負(fù)性調(diào)節(jié)細(xì)胞周期。p27對(duì)CDK的抑制作用有兩方面：p27能抑制已結(jié)合到Cyclin 被激活的CDK活性,純化的p27蛋白能抑制各種已激活的Cyclin-CDK復(fù)合物活性；p27可以抑制CDK的激活過程，最終抑制細(xì)胞周期G1/S的轉(zhuǎn)變。 p27高表達(dá)小鼠腫瘤生長緩慢、低表達(dá)小鼠則相反。此外，TRX-1能通過Jab-1來下調(diào)p27的活性，從而在腫瘤的生長中起到重要的作用〔20〕。

3 硫氧還蛋白與癌癥浸潤、轉(zhuǎn)移相關(guān)蛋白的關(guān)系

癌細(xì)胞的浸潤和轉(zhuǎn)移與癌細(xì)胞之間黏著性下降有關(guān)。癌細(xì)胞易于浸潤周圍組織，通過血液循環(huán)或淋巴途徑轉(zhuǎn)移、種植形成轉(zhuǎn)移灶。研究已證實(shí)，腫瘤的生長、浸潤和轉(zhuǎn)移與血管的生成密切相關(guān)。缺氧誘導(dǎo)因子-1(HIF-1) 在缺氧條件下誘導(dǎo)表達(dá)，由HIF-1α和HIF-1β兩亞基組成。HIF-1α在肺癌、胃癌、肝癌、腎癌、食道癌、結(jié)腸癌、乳腺癌、宮頸癌、卵巢癌、膀胱癌、口咽癌、頭頸癌和子宮內(nèi)膜癌中均呈現(xiàn)高表達(dá)。 隨著實(shí)體瘤的增大，腫瘤內(nèi)部不能得到足夠血液供應(yīng)，導(dǎo)致局部處于缺血缺氧狀態(tài)。腫瘤細(xì)胞存在著對(duì)缺血缺氧的自身凋節(jié)和適應(yīng)機(jī)制，主要與HIF-1α提高葡萄精轉(zhuǎn)運(yùn)和糖酵解效應(yīng)及上調(diào)血管內(nèi)皮生長因子(VEGF)的表達(dá)，促進(jìn)腫瘤血管的形成。因此，HIF-1α的過表達(dá)在腫瘤發(fā)生、發(fā)展中發(fā)揮重要作用。

TRX-1高表達(dá)能增加HIF-1α的表達(dá)并激活HIF-1α的活性最終促進(jìn)血管生成〔21～23〕。TRX-1的氧化還原作用對(duì)于HIF-1α的蛋白表達(dá)量以及VEGF的活性都至關(guān)重要。在癌細(xì)胞中加入TRX-1的抑制劑，HIF-1α在轉(zhuǎn)錄活性和蛋白水平都有顯著的降低，癌細(xì)胞的生長受到抑制。

TRX-2在調(diào)節(jié)HIF-1α的表達(dá)作用中也扮演了重要角色。TRX-2同TRX-1對(duì)HIF-α的調(diào)節(jié)作用相反，TRX-1對(duì)HIF-1α的表達(dá)起到促進(jìn)作用，而TRX-2高表達(dá)時(shí)，HI F-1α的表達(dá)量下降。TRX-2對(duì) HIF-1α起負(fù)性調(diào)節(jié)因子的作用〔24，25〕。

細(xì)胞外基質(zhì)(ECM)和基底膜的降解是惡性腫瘤轉(zhuǎn)移的重要步驟。細(xì)胞外基質(zhì)金屬蛋白酶(MMPs)參與細(xì)胞外基質(zhì)和基底膜的降解。ECM成分的降解與合成的協(xié)調(diào)依賴于基質(zhì)金屬蛋白酶MMPs和金屬蛋白酶組織抑制劑(TIMPs)之間的平衡。如果MMPs在這個(gè)平衡中占優(yōu)勢，ECM成分則被降解,從而促進(jìn)癌細(xì)胞轉(zhuǎn)移。在神經(jīng)瘤細(xì)胞中添加TRX-1能改變TIMPs和MMPs之間的平衡，刺激腫瘤的擴(kuò)散和轉(zhuǎn)移〔26〕。

人Nm23基因定位于17號(hào)染色體長臂遠(yuǎn)端，分為兩種：Nm23-H1和Nm23-H2，編碼核苷二磷酸激酶(NDPK)，NDPK是一類廣泛存在的酶，它通過一種乒乓機(jī)制將5NTP的y-磷酸基團(tuán)轉(zhuǎn)移的5NDP上，使蛋白失活。微管的聚合和解聚需要由NDPK介導(dǎo)的轉(zhuǎn)磷酸作用提供GTP，因此，Nm23-H1蛋白的改變，一方面可能使微管聚合異常而引起減數(shù)分裂時(shí)紡錘體的異常，從而導(dǎo)致癌細(xì)胞染色體非整倍性形成，促進(jìn)癌癥的發(fā)生、發(fā)展。另一方面它也能通過影響細(xì)胞骨架蛋白的生物活性而引起細(xì)胞運(yùn)動(dòng)，從而參與癌癥的侵襲轉(zhuǎn)移過程。研究發(fā)現(xiàn)：在前列腺癌中減少Nm23-H1蛋白的表達(dá)可促進(jìn)癌細(xì)胞的轉(zhuǎn)移。在低轉(zhuǎn)移的癌中Nm23-H1基因的mRNA水平比高轉(zhuǎn)移癌高10倍之多。所以,Nm23-H1蛋白是一種癌癥轉(zhuǎn)移的負(fù)調(diào)節(jié)蛋白。細(xì)胞中Nm23-H1的Cys109在多種氧化環(huán)境中被多種物質(zhì)氧化，其功能被所抑制。TRX-1的抗氧化功能能將氧化的Nm23-H1還原為有活性的蛋白，從而抑制癌癥的侵襲和轉(zhuǎn)移〔27〕。

4 硫氧還蛋白與其他癌癥相關(guān)蛋白的關(guān)系

環(huán)氧化酶(COX)又稱前列腺素合成酶(PG)，是花生四烯酸(AA)合成各種內(nèi)源性前列腺素(PGs))過程中的限速酶，其催化產(chǎn)生的PGs參與機(jī)體多種生理及病理過程，如發(fā)熱、炎癥、出凝血機(jī)制等。目前已知COX至少有兩種亞型，即COX-1和COX-2。COX-2在肝癌、胃癌、食道癌、肺癌、口腔癌和乳腺癌等癌癥組織中表達(dá)增高〔28～31〕，表達(dá)水平與癌癥組織類型和分化程度相關(guān)；在一些腫瘤中,COX -2與VEGF共表達(dá)。當(dāng)COX -2過表達(dá)時(shí)可以促進(jìn)腫瘤細(xì)胞增殖、抑制其凋亡、增加腫瘤細(xì)胞的侵襲力、誘導(dǎo)腫瘤血管生成。COX-2的這些性質(zhì)與腫瘤的發(fā)生、發(fā)展密切相關(guān)。COX-2啟動(dòng)子區(qū)存在低氧反應(yīng)元件，TRX-1可以通過增強(qiáng)HIF-1α與COX -2啟動(dòng)子的低氧反應(yīng)元件的結(jié)合能力，上調(diào)COX-2的表達(dá)。TRX-1通過調(diào)節(jié)COX -2表達(dá)在癌癥的形成過程中發(fā)揮作用〔32〕。

5 總結(jié)與展望

在許多癌組織和癌細(xì)胞TRX表達(dá)增加，TRX的表達(dá)量越高病人的預(yù)后越差〔33～35〕。TRX與癌細(xì)胞的增殖、抗凋亡、浸潤和轉(zhuǎn)移等相關(guān)基因密切相關(guān)。那么,TRX到底是腫瘤促進(jìn)因子還是腫瘤抑制因子呢？這取決于不同的細(xì)胞狀態(tài)和腫瘤發(fā)生的過程。在很多腫瘤細(xì)胞中TRX高表達(dá)，與CyclinD1，Bcl-2，MMPs等呈正相關(guān),促進(jìn)腫瘤生長，而在有些情況下，它與腫瘤抑制蛋白Nm23-H1呈正相關(guān),抑制腫瘤生長，浸潤，轉(zhuǎn)移?？傊?，TRX-1在腫瘤組織中的高表達(dá)機(jī)制還有待進(jìn)一步研究。

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