段 婷綜述，姚 兵審校

0 引 言

生物體在代謝的過程中，會(huì)產(chǎn)生大量的活性氧族(reactive oxygen species，ROS)，包括過氧化氫、羥基自由基和超氧陰離子等?；钚匝踝逶隗w內(nèi)積累可以破壞生物大分子如脂質(zhì)過氧化、蛋白質(zhì)和核酸的氧化、DNA斷裂。在機(jī)體內(nèi)大量活性過氧化物堆積可導(dǎo)致細(xì)胞、組織的死亡。生物體在進(jìn)化過程中為了抵抗活性氧的破壞，形成各種抗氧化系統(tǒng)，如過氧化氫酶、超氧化物歧化酶、谷胱甘肽過氧化物酶和過氧化物還原酶(Peroxiredoxins，Prxs)。

Prxs是最近倍受關(guān)注的抗氧化蛋白家族，作為氧化應(yīng)激內(nèi)源性生物標(biāo)記物廣泛存在于各種生物體內(nèi)［1］。該家族的第一個(gè)蛋白發(fā)現(xiàn)于釀酒酵母中，相對(duì)分子質(zhì)量為25000的釀酒蛋白。Prxs蛋白在細(xì)胞中含量比較豐富，達(dá)到細(xì)胞可溶性蛋白的1%［2］。Prxs具有維持機(jī)體氧化還原平衡，在清除活性氧族中發(fā)揮重要作用。在氧化應(yīng)激相關(guān)疾病中扮演重要角色，受到研究者越來越多的關(guān)注和重視。

1 Prxs的分型

哺乳動(dòng)物的Prxs家族含有6個(gè)成員，即PrxⅠ-Ⅵ。比較6個(gè)成員之間的同源性表明:PrxⅠ-Ⅳ具有相對(duì)較高的同源性;PrxⅤ與其他成員的同源性沒有顯著的相似性，約為10%。;PrxⅥ與PrxⅠ-Ⅳ的同源性約為40%，相對(duì)較低。Prxs蛋白家族在N-端均含有保守的半胱氨酸(cysteine，Cys)殘基;有的成員在C-端也有保守的Cys殘基。根據(jù)各成員間的同源性和Cys殘基數(shù)量的不同，它們可分為3個(gè)亞類:①2-Cys Prx(PrxⅠ-Ⅳ):其在 N-端和C-端分別含有一個(gè)高度保守的 Cys，其中一個(gè)分子中N-端氧化態(tài)的Cys與另一分子中C-端還原態(tài)的Cys共同參與氧化還原反應(yīng)形成分子間二硫鍵，構(gòu)成同型二聚體;②非典型2-Cys Prx(Prx V):兩個(gè)氨基殘基都位于同一肽段中。在進(jìn)行氧化還原時(shí)，分子內(nèi)氧化態(tài)的Cys與還原態(tài)的Cys構(gòu)成單體，形成分子間二硫鍵;③1-Cys Prx(PrxⅥ):僅在氨基末端含一個(gè)保守Cys殘基，發(fā)揮氧化還原作用僅需這一個(gè)Cys。在和氧化底物反應(yīng)過程中，Prxs的Cys殘基被氧化。硫氧還蛋白為氧化的PrxⅠ-Ⅳ的還原提供電子，而谷胱甘肽被用來還原氧化的PrxⅥ［3］。

2 Prxs組織和細(xì)胞特異性分布

Prxs蛋白家族6個(gè)成員在組織表達(dá)與細(xì)胞定位上存在一定的差異，主要依賴于細(xì)胞類型和環(huán)境的不同而不同。

Prx I定位于細(xì)胞質(zhì)中。該蛋白在成體肝、腎及胚胎等多種組織中表達(dá)。此外，在氧化應(yīng)急條件下，其作為一個(gè)可誘導(dǎo)蛋白，表達(dá)顯著增高。Prx II也定位于細(xì)胞質(zhì)，在成體的腎臟組織中表達(dá)水平最高。PrxⅢ定位于線粒體，是線粒體特有的硫氧還蛋白過氧化物酶，從內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中合成后經(jīng)線粒體定位信號(hào)轉(zhuǎn)運(yùn)至細(xì)胞外。PrxⅣ的N-端含有分泌信號(hào)，具有結(jié)合肝素的能力，在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)合成后轉(zhuǎn)運(yùn)至細(xì)胞外，因此在細(xì)胞外基質(zhì)和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中均有表達(dá)。Prx V存在于細(xì)胞質(zhì)、過氧化物酶體和線粒體中，該蛋白具有2種形式。其在細(xì)胞質(zhì)中合成時(shí)具有214個(gè)氨基酸，轉(zhuǎn)運(yùn)至線粒體成熟時(shí)為162個(gè)氨基酸，并具有3個(gè)Cys 殘基，N-端 Cys48為該家族保守殘基［3］。Prx VI可在多種組織中檢測(cè)到，它存在于細(xì)胞質(zhì)，是一個(gè)雙功能蛋白，具有谷胱甘肽過氧化物酶和磷脂酶A2雙重活性。

3 Prxs的抗氧化作用機(jī)制

在酵母中發(fā)現(xiàn)Prx的Cys47是保守的半胱氨酸，后來被稱作為過氧化半胱氨酸(CP)。在催化過氧化物還原時(shí)，Prxs蛋白活性位點(diǎn)的Cys-SH被氧化成Cys-SOH。與另一個(gè)半胱氨酸殘基Cys-SH(CR)形成二硫鍵，硫氧還蛋白(Trx)又可將其還原再生，而氧化態(tài)的Trx利用NADPH提供的還原電子在硫氧還蛋白還原酶作用下恢復(fù)成還原態(tài)。2-Cys Prx的真核生物與原核生物不同，因?yàn)樗鼈儼?個(gè)結(jié)構(gòu)序列(GGLG和YF)，當(dāng)CP的巰基(Cys-SH)被氧化為Cys-SOH時(shí)，其相互作用使CP-SOH和CR-SH不能形成二硫鍵［2，5］。Prx蛋白的CP-SOH可以與第二信使H2O2相互作用形成CP-SO2H。過氧化物酶過氧化引起結(jié)構(gòu)上的改變，表現(xiàn)出分子伴侶功能［6-8］。而另一種抗氧化蛋白Sulfiredoxin(Srx)蛋白能還原過氧化的Prxs的CP-SO2H。最近有證據(jù)表明，一些原核生物包括藍(lán)藻的2-Cys Prxs，含有 GGLG和YF保守序列，CP殘基過度氧化［9］，藍(lán)細(xì)菌表達(dá)類似真核生物的 Srx［10］。哺乳動(dòng)物非典型2-Cys Prx和1-Cys Prx，分別存在一個(gè)反平行二聚體形式［4，11-12］。Prx V在發(fā)揮氧化還原功能時(shí)，其作用機(jī)制與前者有所區(qū)別:它依靠分子內(nèi)CP-SOH與CR-SH反應(yīng)形成分子內(nèi)的二硫鍵，而由硫氧還蛋白將其還原。1-Cys Prx因僅含一個(gè)殘基，故主要是通過肽鏈Cys47氧化為Cys-SOH而提供氫離子來還原氧化物，其供氫體是谷胱甘肽。體外研究顯示:當(dāng)生理性供氫體缺乏時(shí)，供氫體可以由一些小分子物質(zhì)如二硫蘇糖醇、巰基乙醇等替代，但是谷胱甘肽不能作為供氫體。在發(fā)揮功能時(shí)，有部分蛋白被過氧化為Cys-SO2H而失活。

4 Prxs蛋白與腫瘤

Prxs蛋白家族在多種腫瘤細(xì)胞中高表達(dá)，是一種腫瘤標(biāo)記物。PrxⅠ在肺癌、肝癌、直腸癌、甲狀腺癌及口腔腫瘤等多種腫瘤組織細(xì)胞中高表達(dá)。PrxⅠ、Ⅱ和Ⅲ在人的乳腺癌組織中高表達(dá)。PrxⅢ蛋白在肝細(xì)胞癌中是過度表達(dá)的［13］。PrxⅥ在惡性間皮細(xì)胞瘤、支氣管鱗狀細(xì)胞癌、癌癥的齦頰區(qū)、膀胱癌和乳腺癌都表達(dá)升高。PrxⅤ是特異性人群乳腺癌的標(biāo)記基因［14］。Prxs蛋白作為一種抗氧化劑，能夠清除正常組織和細(xì)胞內(nèi)的活性氧從而預(yù)防腫瘤的發(fā)生，同時(shí)也能清除癌細(xì)胞內(nèi)的活性氧使腫瘤得到保護(hù)。PrxⅠ表達(dá)上調(diào)能增強(qiáng)腫瘤抗氧化能力，減少活性氧自由基的產(chǎn)生，提高抗凋亡和化療耐藥。PrxⅠ是定位于細(xì)胞質(zhì)中的可誘導(dǎo)蛋白，在氧化應(yīng)激條件下表達(dá)顯著增高，在一些惡性腫瘤細(xì)胞中表達(dá)出現(xiàn)上調(diào)。Hoskins等［15］發(fā)現(xiàn)PrxⅠ蛋白在卵巢上皮細(xì)胞癌患者與良性病變的患者相比血清中過表達(dá)。Martinez-Pinna等［16］研究證實(shí)，在腹主動(dòng)脈瘤中PrxⅠ蛋白的血清表達(dá)水平與腹主動(dòng)脈瘤的體積和生長(zhǎng)速度呈正相關(guān)。表明PrxⅠ蛋白可能是腹主動(dòng)脈瘤生物標(biāo)志物。PrxⅡ表達(dá)于紅細(xì)胞及人臍內(nèi)皮細(xì)胞的胞漿中，同時(shí)在人體表皮膚的良惡性血管瘤中也存在。因其在血管內(nèi)的紅細(xì)胞中高表達(dá)，可作為檢測(cè)組織樣本中血管標(biāo)志物。Lee等［17］通過免疫組化法檢測(cè)皮膚血管性腫瘤中的PrxⅡ表達(dá)情況，結(jié)果PrxⅡ高表達(dá)于良性血管性腫瘤的成熟的內(nèi)皮細(xì)胞，但在惡性腫瘤的不成熟內(nèi)皮細(xì)胞低表達(dá)或不表達(dá)。Yo等［18］發(fā)現(xiàn)PrxⅡ反義寡核苷酸對(duì)抗腫瘤藥物順鉑誘導(dǎo)的胃癌細(xì)胞死亡具有協(xié)同作用，順鉑治療腫瘤可用其反義核酸作為增敏劑。研究表明通過人乳腺導(dǎo)管原位癌的蛋白組學(xué)，PrxⅠ和Ⅱ的表達(dá)均為原位癌高于對(duì)照組［19］。在腦腫瘤中，PrxⅠ和Ⅱ表達(dá)減少和腦腫瘤惡性程度的增加有顯著關(guān)系。PrxⅠ和Ⅱ陽性的腦腫瘤病人比陰性的對(duì)照組病人存活率高，暗示Prxs在腦腫瘤發(fā)生中有潛在的保護(hù)功能［20］。越來越多的證據(jù)顯示Prxs蛋白家族與腫瘤之間有一定的聯(lián)系。

5 Prxs蛋白與疾病

氧化應(yīng)激是疾病發(fā)病的重要機(jī)制［21］，所以Prxs蛋白與人類的很多疾病都有著密切的關(guān)系。許多神經(jīng)退行性疾病和氧化應(yīng)激有關(guān)，Prxs蛋白在神經(jīng)退行性病變中起到重要作用。在黑質(zhì)致密部的多巴胺能神經(jīng)元及海馬CAl/2區(qū)的椎體細(xì)胞中，Prx表達(dá)很低。這種表達(dá)水平被認(rèn)為與這些神經(jīng)元對(duì)神經(jīng)變性疾病(如帕金森病、阿爾茨海默病)的氧化應(yīng)激的易感性有關(guān)［22］.。在阿爾茨海默病、帕金森病和唐氏綜合癥患者的大腦皮層中PrxⅡ表達(dá)是增加的，但在唐氏綜合征和帕金森病患者中PrxⅢ表達(dá)是減少的。在阿爾茨海默病、帕金森病、皮克病和精神分裂癥中PrxⅥ也高表達(dá)。此外，PrxⅥ與肺部炎癥性疾病也有密切關(guān)系。Kwon等［23］針對(duì)哮喘患者分別檢測(cè)了PrxⅥ以及過氧化物(PrxⅥ-SO3)在被試著機(jī)體外周血單核細(xì)胞中的表達(dá)水平，同時(shí)給予被試者細(xì)胞H2O2刺激，針對(duì)這些細(xì)胞內(nèi)的ROS水平進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)果表明:與對(duì)照組比較，哮喘患者外周血單核細(xì)胞中PrxⅥ-SO3在PrxⅥ總量中所占的比例(PrxⅥ-SO3/PrxⅥ)遠(yuǎn)高于對(duì)照組，而且這個(gè)比例與哮喘嚴(yán)重程度呈正相關(guān)關(guān)系。根據(jù)國(guó)外研究報(bào)道在多種動(dòng)物模型及細(xì)胞水平PrxⅥ對(duì)肺的抗氧化損傷都有保護(hù)功能，如:百草枯可引起典型急性肺損傷［24］，PrxⅥ在低氧百草枯所致急性肺損傷中起重要保護(hù)作用［25-26］。利用 PrxⅥ過表達(dá)可以減輕HO·所致人肺來源的NCI-H441細(xì)胞膜磷酸酯化過氧化反應(yīng)和凋亡;反義介導(dǎo)降低在L2細(xì)胞系(大鼠肺上皮細(xì)胞系)中PrxⅥ的表達(dá)或靶向抑制A549細(xì)胞中PrxⅥ的活性，會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞易發(fā)氧化應(yīng)激和凋亡［27］。氧化應(yīng)激產(chǎn)生的ROS在糖尿病腎病的發(fā)病機(jī)制中也起重要作用。糖尿病腎病是糖尿病最重要的合并癥之一。PrxⅡ在氧化應(yīng)激誘導(dǎo)胰腺β細(xì)胞凋亡中具有保護(hù)作用，減少了糖尿病的發(fā)生［28］。PrxⅡ在閉鎖的卵泡中也能抑制顆粒細(xì)胞的凋亡［29］。在男性生殖細(xì)胞中Prxs蛋白也起到保護(hù)氧化損傷，并在精子形成、受精等過程中也發(fā)揮著重要作用。先前本課題組靖俊等［30］通過運(yùn)用雙向凝膠電泳和基質(zhì)輔助激光解析電離飛行時(shí)間質(zhì)譜技術(shù)分離并鑒定annexin5作用于大鼠睪丸間質(zhì)細(xì)胞后的差異表達(dá)蛋白圖譜，表明PrxⅡ高表達(dá)，而PrxⅥ低表達(dá)。隨著人口老齡化的加劇，ROS在中老年男性體內(nèi)累積，血清中睪酮水平下降，引起一種臨床癥狀遲發(fā)性性腺功能減退癥。遲發(fā)性性腺功能減退癥的出現(xiàn)會(huì)導(dǎo)致生殖功能、肌肉強(qiáng)度、骨密度以及其他生理指標(biāo)的下降，嚴(yán)重影響患者生活質(zhì)量。在中老年男性體內(nèi)Prxs蛋白作為一種抗氧化蛋白，與睪酮合成之間的關(guān)系及其調(diào)節(jié)機(jī)制還未知。本課題組目前正在對(duì)這一問題進(jìn)行研究，研究結(jié)果有望為遲發(fā)性性腺功能減退癥疾病的治療提供新的思路。

6 展 望

Prxs蛋白家族發(fā)現(xiàn)以來，許多學(xué)者對(duì)該家族蛋白的生理功能，生化特性以及各蛋白與疾病之間的聯(lián)系做了大量研究，取得了重要的研究進(jìn)展。該家族蛋白作為氧化應(yīng)激的標(biāo)記物，與臨床相關(guān)疾病的關(guān)系問題值得思考。文中提到Prxs蛋白在男性生殖細(xì)胞中起到抗氧化損傷的作用，而臨床疾病中男性不育癥、精子活力低下及頂體反應(yīng)等問題是否與該家族基因變異有聯(lián)系還需要深入分析該家族成員在患者體內(nèi)表達(dá)情況及作用機(jī)制。Prxs蛋白家族的發(fā)現(xiàn)及相關(guān)研究為臨床疾病的診斷和治療方面提供新的思路。

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