周潔 鳳琦 楊晨 朱源森 頡亞生

摘 要 活性氧類(lèi)（ROS）是機(jī)體中一類(lèi)重要的自由基，離子微小，性質(zhì)活躍。ROS是正常氧代謝的副產(chǎn)物，并且對(duì)細(xì)胞信號(hào)傳導(dǎo)，和機(jī)體穩(wěn)態(tài)維持起很大作用。同時(shí)，活性氧的過(guò)度積累也會(huì)嚴(yán)重?fù)p壞細(xì)胞結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致細(xì)胞凋亡等不良反應(yīng)。本文就活性氧的生物學(xué)功能展開(kāi)討論，具體說(shuō)明活性氧類(lèi)物質(zhì)在細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)、細(xì)胞代謝、細(xì)胞增殖及死亡中的重要作用。

關(guān)鍵詞 活性氧類(lèi)；信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)；細(xì)胞增殖；凋亡

前言

活性氧類(lèi)物質(zhì)是機(jī)體進(jìn)行氧化還原反應(yīng)的產(chǎn)物，種類(lèi)較多，主要有：O2-，HO2-，H2O2，·OH，以及LO·，LOO·，LOOH等，通過(guò)氧代謝產(chǎn)生（圖1）?；钚匝酰≧OS）在人體生理和病理生理過(guò)程中起著至關(guān)重要的作用。ROS一度被認(rèn)為幾乎完全來(lái)自線(xiàn)粒體代謝，事實(shí)上，雖然線(xiàn)粒體功能正常，最終的氧電子受體被還原為水，但在病理?xiàng)l件下，電子可能過(guò)早地漏出系統(tǒng)并生成ROS。現(xiàn)證明，細(xì)胞內(nèi)的ROS的產(chǎn)生與NADPH氧化酶有很大關(guān)系。ROS在細(xì)胞凋亡中起了重要作用，作為胞內(nèi)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)分子參與細(xì)胞凋亡過(guò)程[1-2]。除凋亡之外，活性氧類(lèi)還有許多其他功能。以常見(jiàn)的過(guò)氧化氫為例，高濃度的過(guò)氧化氫可以誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡，而低濃度的過(guò)氧化氫卻可以促進(jìn)細(xì)胞增殖。其在信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)方面也有不可忽視的作用。

O2在被還原為H2O的過(guò)程中，每次只接受一個(gè)電子，中間過(guò)程產(chǎn)生超氧陰離子（O2-）、過(guò)氧化氫（H2O2）、羥基自由基（·OH）等活性中間產(chǎn)物。

1 活性氧積累引起的細(xì)胞凋亡

1.1 活性氧引起細(xì)胞凋亡的機(jī)制

細(xì)胞凋亡是一種程序性細(xì)胞死亡，它在正常發(fā)育的調(diào)節(jié)、受損細(xì)胞的清除和多細(xì)胞生物體內(nèi)平衡的維持中扮演重要角色[3]。過(guò)氧化氫誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡具有時(shí)間和劑量的依賴(lài)性[4]。過(guò)氧化氫同時(shí)通過(guò)死亡受體途徑和線(xiàn)粒體途徑誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡[5]。內(nèi)源性和外源性細(xì)胞凋亡途徑都匯聚在一個(gè)級(jí)聯(lián)的胱天蛋白酶，然后引起細(xì)胞凋亡現(xiàn)象[6-7]。

（1）死亡受體途徑

Fas為同源三聚體，死亡受體接收死亡信號(hào)（過(guò)氧化氫刺激等），啟動(dòng)死亡結(jié)構(gòu)域（DD）之后，可誘導(dǎo)Fas三聚體化，F(xiàn)as的死亡結(jié)構(gòu)域與相關(guān)蛋白的FADD結(jié)合，兩者相互作用，使其死亡作用結(jié)構(gòu)域（DED）與caspase-8/caspase-10作用，F(xiàn)as寡聚化導(dǎo)致DISC的形成及caspase-8/caspase-10寡聚化。caspase-8/caspase-10自身剪接后被激活，從而使下游的caspase-3/caspase-7被激活，caspase-3又可激活caspase-6，產(chǎn)生級(jí)聯(lián)反應(yīng)，引起細(xì)胞凋亡[8-10]。

（2）線(xiàn)粒體途徑

線(xiàn)粒體途徑是通過(guò)線(xiàn)粒體釋放凋亡信號(hào)的內(nèi)在途徑啟動(dòng)的。相比之下，線(xiàn)粒體途徑需要釋放線(xiàn)粒體細(xì)胞色素C和一個(gè)大型的多蛋白復(fù)合體，包括細(xì)胞色素C和caspase-9前體。這與線(xiàn)粒體膜的通透性轉(zhuǎn)運(yùn)孔的開(kāi)關(guān)有關(guān)。Bax和Bak是直接的Bcl-2家族的促凋亡的線(xiàn)粒體外膜通透性因子，存在于非凋亡細(xì)胞的細(xì)胞質(zhì)中和凋亡細(xì)胞的線(xiàn)粒體中它們可以嵌入線(xiàn)粒體外膜，寡聚化，形成孔洞[5]。氧化作用及自由基對(duì)線(xiàn)粒體膜的氧化性損傷可導(dǎo)致上述孔洞的形成。

孔洞形成后，細(xì)胞色素C及凋亡誘導(dǎo)因子（AIF）等釋放到細(xì)胞質(zhì)中。在ATP的作用下，APAF-1的C端WD-40重復(fù)序列形成多聚復(fù)合物。復(fù)合物利用APAF-1的N端CARD區(qū)募集caspase-9前體，并使其剪接活化。Caspase-9將水解激活下游的caspases，特別是負(fù)責(zé)細(xì)胞凋亡、破壞的 caspases 3和7，caspase-3在DNA片段化中起著重要作用。因此，產(chǎn)生caspase的級(jí)聯(lián)反應(yīng)，引起細(xì)胞凋亡。

1.2 細(xì)胞的自我損傷防御機(jī)制

在經(jīng)典模型中，抗凋亡蛋白家族成員，如Bcl-2等，在抑制線(xiàn)粒體凋亡途徑中起著關(guān)鍵的作用。Bcl-2， Bcl-xL 和 Mcl-1，三種蛋白協(xié)同作用，改變了線(xiàn)粒體外膜的通透性，阻止細(xì)胞凋亡。Bcl-2直接作用于BH結(jié)構(gòu)域（Bcl-2同源域，它決定了Bcl-2家族結(jié)構(gòu)和功能的同源性），從而抑制Bax和Bak的活性。凋亡前體BH3-only蛋白能促進(jìn)Bax的活性，可直接作用于Bax，或者抑制抗凋亡物質(zhì)，如Bcl-2家族成員，解除其對(duì)Bax的阻遏作用，使Bax被激活。

此外，其他的凋亡抑制因子（IAPS）也具有抑制細(xì)胞凋亡的作用。IAPs 蛋白通過(guò)BIR 結(jié)構(gòu)域直接與Caspase 的IBM 結(jié)合，抑制Caspase3/7/9 的催化活性，阻斷細(xì)胞凋亡進(jìn)程。

2 低濃度活性氧類(lèi)促進(jìn)細(xì)胞增殖

細(xì)胞增殖是機(jī)體重要的生命特征，細(xì)胞增殖異常往往與疾病的發(fā)生有關(guān)。增殖的促進(jìn)與細(xì)胞周期檢測(cè)點(diǎn)、周期蛋白、細(xì)胞周期蛋白依賴(lài)性激酶（CDKs）、細(xì)胞周期蛋白依賴(lài)性激酶抑制劑（CKIs）等有重要關(guān)系。

活性氧會(huì)誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡已被廣泛認(rèn)可，但研究表明極低濃度的外源活性氧加入培養(yǎng)基，會(huì)使一些細(xì)胞出現(xiàn)增殖的現(xiàn)象，例如：人成纖維細(xì)胞、上皮細(xì)胞、成骨細(xì)胞等。有研究表明，給大鼠主動(dòng)脈平滑肌細(xì)胞中轉(zhuǎn)入以腺病毒為載體的過(guò)氧化氫酶的cDNA（AdCat）或控制基因，AdCat轉(zhuǎn)染導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)定位于過(guò)氧化物酶體的過(guò)氧化氫酶蛋白的劑量依賴(lài)性增加，與對(duì)照組相比細(xì)胞內(nèi)H2O2的濃度降低。這表明，過(guò)氧化氫酶過(guò)表達(dá)抑制平滑肌增殖，同時(shí)增加細(xì)胞凋亡率，內(nèi)源性產(chǎn)生的H2O2對(duì)血管平滑肌細(xì)胞的存活和增殖有重要的調(diào)節(jié)作用。也有研究表明，低濃度的H2O2 對(duì)mESCs 有明顯的促增殖作用?；钚匝躅?lèi)促進(jìn)細(xì)胞增殖的方式主要有激活轉(zhuǎn)錄因子（如NF-κB）、激活MAP激酶家族等。

研究表明，ROS水平在細(xì)胞周期內(nèi)呈規(guī)律性變化。ROS水平在G1期較低，隨著細(xì)胞周期進(jìn)程ROS水平也在不斷上升，到M期達(dá)到峰值，細(xì)胞分裂后ROS水平急劇下降到G1期的較低水平。

3 活性氧類(lèi)在細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)中的作用

cox誘導(dǎo)合成前列腺素（PG）。PG通過(guò)MRP4從細(xì)胞釋放，這是第一個(gè)限速步驟。前列腺素激活G蛋白受體，通過(guò)腺苷酸環(huán)化酶（AC）激活環(huán)磷酸腺苷（cAMP）的途徑，增加CFTR活性即第二個(gè)限速步驟，并增加黏膜纖毛清除功能（MCC）。

4 結(jié)束語(yǔ)

長(zhǎng)期以來(lái)，ROS被認(rèn)作是細(xì)胞代謝的毒性物質(zhì)，可誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡。目前，越來(lái)越多的證據(jù)顯示，ROS是信號(hào)通路的正常成分。從胚胎的發(fā)育到細(xì)胞的死亡，都有它的參與。ROS在細(xì)胞內(nèi)發(fā)揮作用需要很多分子的精密配合。研究ROS在細(xì)胞增殖、凋亡以及信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)中的作用，對(duì)于癌癥及其他疾病的治療，有及其重大的作用。

參考文獻(xiàn)

[1] 佟麗.TSG抑制過(guò)氧化氫誘導(dǎo)內(nèi)皮細(xì)胞凋亡機(jī)制的初步研究[D].衡陽(yáng)：南華大學(xué)，2011.

[2] Wang YK，Hong YJ，Wei M，et al. Curculigoside attenuates human umbilical vein endothelial cell injury induced by H2O2[J]Journal of Ethnopharmacology，2010，132（1）：233-239.

[3] Dandona P，Thusu K，Cook S，et al. Oxidative damage to DNA in diabetes mellitus [J]. Lancet，1996，347（8999）：444.

[4] Gutiérrezvenegas G，Guadarramasolís A，Mu?ozseca C，et al.Hydrogen peroxide-induced apoptosis in human gingival fibroblasts[J].Int J Clin Exp Pathol，2015，8（12）：15563-15572.

[5] 肖衛(wèi)民，蔣碧梅，石永忠，等.過(guò)氧化氫誘導(dǎo)C2C12細(xì)胞凋亡的機(jī)制初探[J].醫(yī)學(xué)臨床研究，2004，21（11）：1288-1291.

[6] Singh M，Sharma H，Singh N. Hydrogen peroxide induces apoptosis in HeLa cells through mitochondrial pathway[J]. Mitochondrion，2007，7（6）：367-373.

[7] Barbouti A，Amorgianiotis C，Kolettas E，et al. Hydrogen peroxide inhibits caspase-dependent apoptosis by inactivating procaspase-9 in an iron-dependent manner[J]. Free Radical Biology & Medicine，2007，43（10）：1377-1387.

[8] Sun B. Isorhamnetin inhibits H？O？-induced activation of the intrinsic apoptotic pathway in H9c2 cardiomyocytes through scavenging reactive oxygen species and ERK inactivation.[J]. Journal of Cellular Biochemistry，2012，113（2）：473-485.

[9] Stridh H，Kimland M，? D P J，et al. Cytochrome c， release and caspase activation in hydrogen peroxide- and tributyltin-induced apoptosis[J]. Febs Letters，1998，429（3）：351-355.

[10] Mao Y，Song G，Cai Q，et al. Hydrogen peroxide-induced apoptosis in human gastric carcinoma MGC803 cells.[J]. Cell Biology International，2006，30（4）：332-337.