過(guò)氧化物酶1在腫瘤中的研究進(jìn)展

翁宏慶，蔣 立，唐永永 綜述，唐 偉審校

（重慶醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院泌尿外科 400016）

過(guò)氧化物酶（peroxiredox，PRX）是一類具有多種生物學(xué)功能的抗氧化物酶，原核生物和真核生物中廣泛存在該過(guò)氧化物。在正常生理?xiàng)l件下，通過(guò)催化H2O2和脂質(zhì)氫過(guò)氧化物的還原反應(yīng)，避免細(xì)胞受到進(jìn)一步氧化損傷。哺乳動(dòng)物的6種PRX蛋白家族可分為3個(gè)亞類：PRX1～4屬于典型的2-Cys Prxs，PRX 5、Prx6分別屬于非典型的2-Cys Prx和1-Cys Prx。雖然他們都能夠通過(guò)相似的細(xì)胞信號(hào)途徑來(lái)平衡細(xì)胞內(nèi)H2O2水平，但各自在作用靶點(diǎn)及抗氧化保護(hù)機(jī)制中存在差別。PRX1是該家族中細(xì)胞分布最為廣泛的成員。在細(xì)胞內(nèi)不僅能起到抗氧化和調(diào)節(jié)H2O2介導(dǎo)的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)作用，同時(shí)還能發(fā)揮分子伴侶的功能，參與體內(nèi)多種生理病理過(guò)程。最近，越來(lái)越多的研究發(fā)現(xiàn)該蛋白在腫瘤的發(fā)生、發(fā)展以及治療中起著重要作用?，F(xiàn)就PRX1在腫瘤中的研究進(jìn)展作一綜述。

1 PRX1蛋白結(jié)構(gòu)、生物特性以及功能

PRX1蛋白大小約23×103，由199個(gè)氨基酸殘基組成。該蛋白的空間結(jié)構(gòu)則呈的“三明治”樣，一側(cè)為4個(gè)α螺旋，中間夾著7條β片層，另一側(cè)為1個(gè)β發(fā)卡結(jié)構(gòu)和2個(gè)α螺旋構(gòu)成[1]。該蛋白氨基末端含有氧化性的Cys52而羧基末端含有還原性的Cys173，這兩個(gè)位點(diǎn)的半胱氨酸具有高度保守性，也是與其他PRX結(jié)構(gòu)、功能差異的主要原因。在催化過(guò)氧化物還原過(guò)程中，Cys52攻擊過(guò)氧化底物（ROOH），自身則被氧化為半胱氨酸次磺酸（Cys-SOH），然后與另一PRX1分子羧基末端的Cys173以分子間二硫鍵連接構(gòu)成同型二聚體。此時(shí)，在硫氧還蛋白（thioredoxin，Trx）、硫氧還蛋白還原酶（thioredoxin reductase，TrxR）和NADPH電子轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)的作用下重新被還原，從而，高效地催化過(guò)氧化物還原?？梢?jiàn)，PRX1在氧化應(yīng)激過(guò)程中發(fā)揮重要作用[2-3]。

近期有研究證實(shí)，在生物體內(nèi)PRX1不僅以同型二聚體的形式存在，還可以通過(guò)二聚體與二聚體之間Cys83-Cys83二硫鍵相連的方式構(gòu)成一種高分子量復(fù)合物的形式存在，常常由5個(gè)同型二聚體組成十聚體充當(dāng)分子伴侶的角色[4]。PRX1的氧化還原狀態(tài)變化則是決定聚合狀態(tài)上的變化的主要因素[1]。當(dāng)生物體內(nèi)活性氧簇（reactive oxygen species，ROS）水平處于較低濃度時(shí)，PRX1主要以二聚體結(jié)構(gòu)形式發(fā)揮過(guò)氧化物酶的作用來(lái)清除過(guò)量的ROS，維持氧化還原的穩(wěn)態(tài)。一旦機(jī)體內(nèi)ROS異常增加時(shí)，PRX1被氧化失活，同時(shí)迅速發(fā)生結(jié)構(gòu)上的改變，轉(zhuǎn)變?yōu)楦呦鄬?duì)分子質(zhì)量的十聚體結(jié)構(gòu)，進(jìn)而傳遞過(guò)氧化信號(hào)、穩(wěn)定關(guān)鍵蛋白復(fù)合物、保護(hù)蛋白避免降解等，起到分子伴侶的功能[5-6]。這種分子結(jié)構(gòu)的多樣性，不僅使PRX1具有功能的多樣性，還使PRX1成為細(xì)胞信號(hào)傳導(dǎo)通路中重要的調(diào)節(jié)因子。

2 PRX1在腫瘤中的研究進(jìn)展

2.1 PRX1促進(jìn)腫瘤細(xì)胞的發(fā)生、發(fā)展 雄激素受體（androgen receptor，AR）為配體依賴的轉(zhuǎn)錄因子，屬于核受體超家族。該受體在與雄激素結(jié)合、入核后激活一系列雄激素相關(guān)基因的表達(dá)。這其中包括調(diào)節(jié)前列腺細(xì)胞生長(zhǎng)周期的基因以及與前列腺腫瘤密切相關(guān)的癌基因。因此，在前列腺癌的發(fā)生、發(fā)展中AR信號(hào)通路扮演著重要角色[7]。Park等[8]發(fā)現(xiàn)，在前列腺淋巴結(jié)癌（lymph node carcinoma of prostate，LNCap）中PRX1呈高水平表達(dá)并且AR與雄激素反應(yīng)元件（androgen response elements，ARE）結(jié)合明顯增多，沉默PRX1的表達(dá)后AR與ARE結(jié)合量明顯減少，因此他們推斷PRX1有助于AR的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)并且保證AR在低雄激素水平的條件下能夠充分表達(dá)。Chhipa等[9]研究發(fā)現(xiàn)，PRX1低表達(dá)時(shí)，即使在較高濃度的雙氫睪酮（dihydrotestosterone，DHT）刺激下，前列腺癌細(xì)胞中AR調(diào)節(jié)基因仍呈低水平表達(dá)且細(xì)胞生長(zhǎng)緩慢；PRX1高表達(dá)時(shí)，AR調(diào)節(jié)基因呈高水平表達(dá)且細(xì)胞生長(zhǎng)較快。這可能是由于在雄激素與AR結(jié)合過(guò)程中PRX1也與之相結(jié)合，促進(jìn)AR-配體復(fù)合物的入核并促進(jìn)下游信號(hào)的表達(dá)，其中也包括與前列腺腫瘤密切相關(guān)的癌基因。此外，在缺氧-再氧化條件下，高相對(duì)分子質(zhì)量復(fù)合物的PRX1能夠作為分子伴侶與AR相結(jié)合，引起AR發(fā)生構(gòu)象變化，提高AR與DHT的親和力，同時(shí)使DHT-AR形成的配體-受體復(fù)合物更加穩(wěn)定以及抑制該復(fù)合物的分解，使得AR在低雄激素環(huán)境下仍能保持長(zhǎng)時(shí)間的活化狀態(tài)?？梢?jiàn)，PRX1能夠增強(qiáng)AR生物學(xué)效應(yīng)，進(jìn)而促進(jìn)前列腺癌的發(fā)生、發(fā)展。此外，Aguilar-Melero等[10]通過(guò)沉默肝癌細(xì)胞中PRX1，發(fā)現(xiàn)PRX1不僅有促進(jìn)腫瘤細(xì)胞生長(zhǎng)的作用，還能夠提高AFP、骨橋蛋白、β-連環(huán)素等維持腫瘤細(xì)胞生長(zhǎng)發(fā)育所需物質(zhì)的轉(zhuǎn)錄水平。

2.2 PRX1參與抑制腫瘤細(xì)胞凋亡 PRX1作為抗氧化物酶，不僅起到細(xì)胞抗氧化維持細(xì)胞穩(wěn)態(tài)的作用，還能夠通過(guò)多個(gè)途徑抑制細(xì)胞凋亡。c-Abl為非酪氨酸激酶受體，當(dāng)腫瘤細(xì)胞DNA損傷時(shí)該受體會(huì)被活化促進(jìn)細(xì)胞的凋亡并抑制DNA修復(fù)。PRX1作為一種重要的抗氧化酶能夠抑制c-Abl的活化，減少DNA的分解以及抑制細(xì)胞凋亡。這是保證腫瘤細(xì)胞繼續(xù)生長(zhǎng)、存活的重要條件[11-14]。Quan等[15]發(fā)現(xiàn)，PRX1在膀胱癌組織中的表達(dá)量明顯高于正常膀胱黏膜。進(jìn)而Chen等[16]在PRX1高表達(dá)的膀胱癌細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)c-Abl活性明顯降低并且細(xì)胞凋亡明顯少于PRX1低表達(dá)的腫瘤細(xì)胞。PRX1還可以調(diào)節(jié)多種功能蛋白的活性，其中也包括一些調(diào)節(jié)細(xì)胞生長(zhǎng)的生物酶[17-18]。有研究發(fā)現(xiàn)，在肺癌組織中PRX1能抑制c-Jun氨基端激酶（c-Jun-NH2-kinase，JNK）信號(hào)通路的信號(hào)傳遞從而減少細(xì)胞凋亡[19]。JNK是絲裂原激活的蛋白激酶（mitogen-activated protein kinase，MAPK）家族成員之一，在細(xì)胞凋亡過(guò)程中起著重要的調(diào)控作用。JNK通過(guò)與谷胱甘肽硫轉(zhuǎn)移酶 P（glutathione S-transferase pi，GSTpi）形成穩(wěn)定的 GSTpi-JNK復(fù)合物，從而抑制JNK的活化。當(dāng)細(xì)胞受到紫外線或氧化刺激時(shí)，GSTpi發(fā)生分子結(jié)構(gòu)改變，使JNK從GSTpi-JNK復(fù)合物中游離出來(lái)并活化引起細(xì)胞凋亡。Kim等[19]通過(guò)放射線照射肺癌1170i細(xì)胞后發(fā)現(xiàn)PRX1能夠穩(wěn)定GSTpi-JNK復(fù)合物，這不但能夠阻止JNK的釋放，還能抑制JNK的活化以及細(xì)胞凋亡。不僅如此，Oh等[20]發(fā)現(xiàn)在紫外線誘導(dǎo)黑色素瘤細(xì)胞凋亡時(shí)T-LAK細(xì)胞源蛋白激酶（T-LAK cell-originated protein kinase，TOPK）與PRX1相結(jié)合，誘導(dǎo)PRX1的32號(hào)位絲氨酸磷酸化，并激活PRX1的活性。與沉默PRX1的癌細(xì)胞相比，這能夠減少12%腫瘤細(xì)胞凋亡，這是TOPK激活PRX1后抑制細(xì)胞凋亡信號(hào)調(diào)節(jié)激酶1（apoptosis signal-regulating kinase 1，ASK1）的結(jié)果[21]。PRX1 能夠與 ASK1N 端的硫氧還蛋白（thioredoxin，Trx）相結(jié)合抑制 ASK1的活性，進(jìn)而抑制JNK和p38MAPK通路的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)，減少腫瘤細(xì)胞凋亡[21]。Du等[22]通過(guò)蛋白酶體抑制劑處理甲狀腺癌細(xì)胞證實(shí)PRX1能抑制ASK1的活性，進(jìn)而抑制細(xì)胞凋亡，減弱蛋白酶體抑制劑的抗癌效應(yīng)。因此，該研究表明蛋白酶體抑制劑在治療甲狀腺癌時(shí)，PRX1充當(dāng)了抗凋亡因子的角色，減弱了腫瘤細(xì)胞對(duì)藥物的敏感性。

2.3 PRX1在腫瘤轉(zhuǎn)移中的作用 癌細(xì)胞的生長(zhǎng)、轉(zhuǎn)移依賴新生血管的形成，血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）則在其中充當(dāng)重要角色。目前在多種腫瘤研究發(fā)現(xiàn)，腫瘤組織VEGF表達(dá)水平與其微血管密度及惡性程度呈正相關(guān)，并明顯高于非腫瘤組織，這表明VEGF可能通過(guò)促進(jìn)血管生成等方式促進(jìn)腫瘤生成、轉(zhuǎn)移[23-24]。有研究也證實(shí)，VEGF的表達(dá)受PRX1的調(diào)節(jié)。Riddell等[25]發(fā)現(xiàn)，PRX1高表達(dá)時(shí)前列腺腫瘤組織中的微血管數(shù)量有明顯增多且VEGF表達(dá)量增高，他們認(rèn)為這與PRX1激活Toll樣受體4（toll-like receptor 4，TLR4）有關(guān)。PRX1通過(guò)激活TLR4引發(fā)PRX1-TLR4-MyD88信號(hào)傳導(dǎo)途徑上調(diào)VEGF的活性以及表達(dá)，促進(jìn)血管內(nèi)皮細(xì)胞的分化、移植、增殖，同時(shí)促進(jìn)透明質(zhì)酸的沉積，為腫瘤細(xì)胞生存、轉(zhuǎn)移保證了微環(huán)境條件。同時(shí)，該作者還認(rèn)為PRX1上調(diào)VEGF的表達(dá)與缺氧誘導(dǎo)因子-1（hypoxia inducible factor-1，HIF-1）有關(guān)。他們發(fā)現(xiàn)前列腺癌細(xì)胞中VEGF、HIF-1呈高表達(dá)，阻斷TLR4以及MyD88的信號(hào)通路后VEGF、HIF-1表達(dá)均降低。在未阻斷信號(hào)通路的情況下，VEGF、HIF-1表達(dá)量與PRX1的表達(dá)量呈正相關(guān)。因此，推斷PRX1經(jīng)過(guò)PRX1-TLR4-MyD88信號(hào)傳導(dǎo)途徑提高HIF-1表達(dá)量從而調(diào)節(jié)VEGF的表達(dá)[26]。

2.4 PRX1能夠減弱放射治療、化學(xué)治療療效 放射治療和化療是當(dāng)前腫瘤綜合治療中的重要組成部分。放射治療可以激活多個(gè)細(xì)胞凋亡途徑，同時(shí)使細(xì)胞發(fā)生電離作用產(chǎn)生過(guò)量的ROS，化學(xué)藥物治療則可通過(guò)干擾核酸的合成代謝以及直接作用于DNA干擾其復(fù)制進(jìn)而達(dá)到細(xì)胞殺傷的作用。前文提及JNK信號(hào)通路常常為放射性損害誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡的信號(hào)通路，并且與腫瘤的化療有著重要的關(guān)系[27-28]。而PRX1則能有效地抑制JNK細(xì)胞凋亡通路并且能清除多余的ROS[20]。此外，ASK1在化學(xué)藥物治療腫瘤時(shí)起著促進(jìn)細(xì)胞凋亡的作用，而PRX1能夠有效地抑制ASK1的活性，從而減弱腫瘤細(xì)胞對(duì)化學(xué)藥物的反應(yīng)[23]。因此，PRX1在放射性治療、化學(xué)藥物治療非敏感性腫瘤中起著重要作用。

3 小 結(jié)

綜上所述，PRX1作為廣泛存在的一類具有多種生物學(xué)功能的抗氧化物酶，它不僅能清除體內(nèi)過(guò)量的ROS，維持體內(nèi)正常生理活動(dòng)，還與多種腫瘤相關(guān)。它的高表達(dá)能夠通過(guò)影響多個(gè)細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路抑制腫瘤細(xì)胞凋亡、促進(jìn)腫瘤的轉(zhuǎn)移，從而影響腫瘤的發(fā)生、發(fā)展。目前對(duì)PRX1的研究?jī)H限于細(xì)胞水平，相信隨著研究的進(jìn)一步深入PRX1有可能成為一種新的治療靶點(diǎn)。

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