原蟲硫氧還蛋白還原酶研究進(jìn)展

趙少若,周金林

(中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院上海獸醫(yī)研究所/農(nóng)業(yè)部動(dòng)物寄生蟲病重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海 200241)

?

原蟲硫氧還蛋白還原酶研究進(jìn)展

趙少若,周金林*

(中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院上海獸醫(yī)研究所/農(nóng)業(yè)部動(dòng)物寄生蟲病重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海 200241)

摘要：硫氧還蛋白系統(tǒng)是原蟲寄生于宿主細(xì)胞時(shí)抵抗氧化壓力的一道重要防線，其中包括硫氧還蛋白(Trx)、硫氧還蛋白還原酶(TrxR)及NADPH。論文詳細(xì)敘述了原蟲TrxR的結(jié)構(gòu)，從抗氧化應(yīng)激和催化氧化還原活性兩個(gè)方面介紹了TrxR的生物學(xué)活性與功能，并對其抑制劑的應(yīng)用前景進(jìn)行了總結(jié)。

關(guān)鍵詞：原蟲；TrxR；結(jié)構(gòu)與功能；抑制劑

原蟲寄生在宿主細(xì)胞內(nèi)時(shí)，處于有氧環(huán)境，因此很可能會(huì)受到活性氧(reactive oxygen species,ROS)和活性氮(reactive nitrogen species,RNS)的毒性效應(yīng)。生物體在進(jìn)行正常的生理活動(dòng)時(shí)，產(chǎn)生的活性氧自由基在免疫應(yīng)答、細(xì)胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)及發(fā)育等方面扮演著重要的角色。好氧生物受到外界刺激時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量活性氧，過多的自由基則與一些生物大分子結(jié)合，破壞其結(jié)構(gòu)與功能，造成細(xì)胞凋亡、壞死甚至整個(gè)免疫系統(tǒng)損傷，進(jìn)而引起機(jī)體生理病變。因此，寄生蟲體內(nèi)存在的一類能夠抑制自由基氧化反應(yīng)的物質(zhì)，統(tǒng)稱為抗氧化系統(tǒng)，來抵御氧化壓力。其中包括硫氧還蛋白系統(tǒng)，該系統(tǒng)又包括硫氧還原蛋白(thioredoxin,Trx)、硫氧還原蛋白還原酶(thioredoxin reductase,TrxR)及還原型煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸Ⅱ(nicotinamide adenine dinucleotide phosphate,NADPH)。論文針對近年來TrxR在原蟲的研究現(xiàn)狀進(jìn)行綜述，期望對TrxR的研究提供參考。

1原蟲TrxR的結(jié)構(gòu)

1964年Reichard P等發(fā)現(xiàn)了硫氧還蛋白系統(tǒng)，其作為供氫體，在大腸埃希菌核苷酸還原酶參與下，合成胞嘧啶脫氧核糖核酸二磷酸酶。在真核生物中發(fā)現(xiàn)的兩個(gè)重要的硫氧還蛋白還原酶具有不同的催化機(jī)制，不同的分布反映出它們復(fù)雜的進(jìn)化史。幾種重要的寄生蟲具有一個(gè)低分子質(zhì)量的硫氧還蛋白還原酶。相反，在動(dòng)物和頂復(fù)門原蟲，包括瘧原蟲，取而代之的是一個(gè)高分子質(zhì)量的硫氧還蛋白還原酶[1]。

硫氧還蛋白還原酶屬于黃素蛋白同型二聚體氧化還原酶類，分為兩類：存在于大腸埃希菌、真菌、植物和其他低等原核生物的低分子質(zhì)量TrxR(L-TrxR)，每個(gè)單體約35 ku；存在于真核生物、昆蟲、哺乳動(dòng)物及惡性瘧原蟲(Plasmodiumfalciparum)中的高分子質(zhì)量TrxR(H-TrxR)，每個(gè)單體約55 ku～60 ku。H-TrxR與谷胱甘肽還原酶(glutathione reductase，GR)、錐蟲胱甘肽(trypanothione reductase，TryR)、汞還原酶(mercuric reductase，MerR)、硫辛酰胺脫氫酶(lipoamide dehydrogenase，LipD)相關(guān)，L-TrxR與過氧化氫還原酶(alkyl hydroperoxide reductase F52A，AhpF)相關(guān)，比對發(fā)現(xiàn)H-TrxR與L-TrxR只有20%序列相似性。然而，L-TrxR與GR二級和三級結(jié)構(gòu)的NADPH結(jié)合位點(diǎn)和FAD結(jié)構(gòu)域具有極大的相似性。GR被認(rèn)為是黃素氧化還原蛋白家族的成員，這一點(diǎn)又與H-TrxR密切相關(guān)。以上的相似點(diǎn)表明,它們起源于同一祖先，但是后來又分化為H-TrxR和L-TrxR，因此，雖然在深層次上它們屬于同源蛋白，但是又各自相互獨(dú)立，具有底物特異性。

低分子質(zhì)量硫氧還蛋白還原酶(L-TrxR)包含一個(gè)黃素腺嘌呤二核苷酸(flavin adenine dinucleotide，F(xiàn)AD)和NADPH結(jié)構(gòu)域，但是結(jié)構(gòu)域沒有交界面，活性位點(diǎn)位于NADPH結(jié)構(gòu)域，而不是FAD結(jié)構(gòu)域，只有一個(gè)活性位點(diǎn)CXXC，不同于H-TrxR N端氧化還原中心CVNVGC，且H-TrxR具有第3個(gè)氧化還原中心，存在于該酶延伸出來的C端結(jié)構(gòu)域上，而L-TrxR并不具備這一活性中心。由于這些結(jié)構(gòu)上的不同，兩類TrxR通過不同的催化機(jī)制來還原底物Trx。痢疾阿米巴蟲的TrxR區(qū)別于其他L-TrxR，具有非典型的結(jié)構(gòu)和酶活性，能夠還原亞甲藍(lán)、醌類和鐵氰化物[2]。根據(jù)C端氧化還原中心氨基酸序列的不同可將H-TrxR分為TrxR-Ⅰ和TrxR-Ⅱ兩類。TrxR-Ⅰ的C端分別利用2種亞型Cys-Sec(Ia)或Cys-Cys(Ib)2種活性位點(diǎn)；PfTR代表了另一類獨(dú)特的高分子質(zhì)量TrxR-Ⅱ，它的氧化還原活性位點(diǎn)是4個(gè)氨基酸殘基分隔的2個(gè)半胱氨酸殘基G534C1GGGKC2G541，取代了相鄰排列的Cys-Sec(Ia)或Cys-Cys(Ib)[3]。研究發(fā)現(xiàn)，TrxR-Ⅱ只存在于頂復(fù)門原蟲，例如惡性瘧原蟲、隱孢子蟲及弓形蟲。

研究表明TrxR-Ⅱ具有和TrxR-Ⅰ相似的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)，包括以下幾點(diǎn)：同型二聚體首尾相接的排布；1個(gè)NADPH結(jié)合位點(diǎn)；結(jié)合到FAD的1個(gè)保守的Rossman折疊；相同CCTVNVGCIC3序列的N端氧化還原中心；1對His-Glu氨基酸；1個(gè)C端氧化還原中心，包含2個(gè)氧化還原殘基Cys1和Cys2；與Ⅰ型同源類似物相似的Trx還原機(jī)制。高分子質(zhì)量的TrxR的2種類型的電子流向都是從FAD到NADPH，然后到N端氧化還原中心，再到同型二聚體酶相對的亞基的C端氧化還原中心，最后到底物Trx。C端氧化還原中心的2個(gè)半胱氨酸殘基均能有效地還原Trx。不過，缺失了C端氧化還原中心的PfTR，仍然能夠還原小分子底物如DTNB，此研究同樣適用于小鼠線粒體、黑腹果蠅的TrxR[4]。惡性瘧原蟲(Plasmodiumfalciparum)的TrxR是一種NADPH依賴的包含F(xiàn)AD 結(jié)構(gòu)域的二聚體氧化還原酶, 屬于吡啶核苷酸-二硫化物氧化還原酶家族成員。惡性瘧原蟲表達(dá)2個(gè)高分子質(zhì)量的TrxR,來自于同1個(gè)TrxR基因的不同轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)[5]，而牛巴貝斯蟲基因組只編碼1個(gè)TrxR[6]。惡性瘧原蟲硫氧還蛋白還原酶(P.falciparumthioredoxin reductase,PfTrxR)2個(gè)亞型分別位于細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)和線粒體，具有相似的動(dòng)力學(xué)特性。TrxR不僅能夠還原它的主要底物Trx，而且能夠給低分子質(zhì)量化合物提供電子，PfTrxR的催化活性通過2個(gè)獨(dú)特的活性中心表現(xiàn)出來，通過FAD結(jié)構(gòu)域?qū)㈦娮訌腘ADPH轉(zhuǎn)移給二硫化物，另外,它的C末端氧化還原中心，是被4個(gè)氨基酸分開的2個(gè)半胱氨酸(Cys-xxxx-Cys)。已有研究表明，該C末端氧化還原中心具有催化作用，同樣適于哺乳動(dòng)物的TrxR。該活性位點(diǎn)(CGGGKC)區(qū)別于人TrxR(Cys-Sec)和昆蟲的TrxR，前者是硒代半胱氨酸，后者是只有兩個(gè)半胱氨酸殘基[7]。由于人TrxR的硒代半胱氨酸活性中心相比于PfTrxR的Cys-xxxx-Cys，具有更高的反應(yīng)活性，使寄生蟲的該酶成為一個(gè)潛在的藥物作用靶點(diǎn)，因此，開展對PfTrxR選擇性抑制的抑制劑的研究尤為重要[8]。

2原蟲TrxR的生物學(xué)活性與功能

2.1抗氧化應(yīng)激

氧化物和抗氧化物在細(xì)胞內(nèi)的平衡對于細(xì)胞的功能、調(diào)節(jié)和適應(yīng)各種生長條件是極為重要的。哺乳動(dòng)物擁有H-TrxR和一個(gè)Trx系統(tǒng)，具有廣泛的底物特異性，因此能夠抵御細(xì)胞內(nèi)眾多有害的氧化物。相反，細(xì)菌則擁有多重抗氧化體系，共同發(fā)揮作用。分支細(xì)菌除了具有Trx體系，還有另一個(gè)巰醇系統(tǒng)——分支巰醇，抵抗氧化壓力。一些原生生物只有有限的抗氧化體系，極易受到氧化損傷，例如一些耐氧或厭氧的寄生蟲主要依賴L-TrxR，由于該酶與宿主的H-TrxR在分子結(jié)構(gòu)和作用機(jī)制上的區(qū)別，因此可以作為化學(xué)治療的藥用靶點(diǎn)。

惡性瘧原蟲在人紅細(xì)胞寄生時(shí)，由于面對紅細(xì)胞內(nèi)高濃度的鐵和氧流量，因此需要抵抗來自宿主免疫反應(yīng)產(chǎn)生的ROS和RNS。ROS是機(jī)體有氧代謝的一種有毒產(chǎn)物,但也是細(xì)胞內(nèi)信號連接的介體,過量產(chǎn)生的活性氧可能會(huì)導(dǎo)致氧脅迫, 使細(xì)胞發(fā)生不可修復(fù)的損傷,最終導(dǎo)致細(xì)胞凋亡。在宿主人體內(nèi)，瘧原蟲面臨的一個(gè)主要的內(nèi)源性氧壓力來自于寄生蟲中血紅蛋白的降解。寄生蟲從宿主紅細(xì)胞獲得的血紅蛋白一方面被其再利用，另一方面被分解為氨基酸和游離的亞鐵血紅素存在于食物空泡中。盡管大部分游離亞鐵血紅素能轉(zhuǎn)化為無毒性的晶體結(jié)構(gòu)物，但是伴隨著超氧化物和過氧化氫(H2O2)的產(chǎn)生，一小部分的亞鐵血紅素被氧化后，能潛在地造成DNA的氧化損傷和脂質(zhì)的過氧化。同樣在瘧蚊體內(nèi)，瘧原蟲入侵其中腸上皮細(xì)胞時(shí)，引起瘧蚊應(yīng)激產(chǎn)生高濃度的ROS，在這種氧脅迫情況下,蟲體的Trx、TrxR能夠快速的調(diào)節(jié)、減緩氧脅迫的壓力，維持氧化還原平衡。在正常情況下, TrxR主要功能是催化NADPH將小分子蛋白質(zhì)硫氧還蛋白(thioredoxin,Trx)上的-S2還原成(-SH)2的反應(yīng), 即維持Trx的還原型,而Trx在氧化還原調(diào)節(jié)和抗氧化防御中有著重要作用。還原態(tài)的Trx作為過氧化物酶的電子供體, 將H2O2還原成H2O。

另外，不同的物種利用不同的巰基依賴性抗氧化系統(tǒng)來清除活性氧類和活性氮類，從而抵御細(xì)胞的氧化損傷。腸道原蟲賈第蟲的抗氧化蛋白(peroxiredoxin, Prx)在NADPH和大腸埃希菌TrxR存在的情況下，能夠還原細(xì)胞內(nèi)的H2O2[9]。痢疾阿米巴蟲依靠TrxR/Trx系統(tǒng)還原靶點(diǎn)蛋白[10]。抵御Trx系統(tǒng)在不同的物種中都能保護(hù)細(xì)胞免受氧化損傷，因此具有重要作用。在哺乳動(dòng)物細(xì)胞和惡性瘧原蟲中，存在另外一個(gè)重要的谷胱甘肽系統(tǒng)，包括谷胱甘肽、谷胱甘肽還原酶、谷氧還蛋白等，該系統(tǒng)與Trx一起相互作為后備力量，共同發(fā)揮抗氧化損傷的作用。在致病性的細(xì)菌中，由于缺乏谷胱甘肽系統(tǒng)，因此硫氧還蛋白系統(tǒng)就成為其生存與生長所必需的抗氧化體系。

2.2催化氧化還原活性

在許多物種的細(xì)胞內(nèi)，硫氧還蛋白系統(tǒng)能夠精確地維持氧化還原平衡，因此具有關(guān)鍵的作用。在不同的生命活動(dòng)包括核苷酸的還原、轉(zhuǎn)錄調(diào)控和過氧化氫的還原等都具有重要作用。

硫氧還蛋白還原酶(TrxR)包括3個(gè)氧化還原活性中心：FAD結(jié)構(gòu)域，2個(gè)基于半胱氨酸殘基的氧化還原中心，能夠催化該反應(yīng)：NADPH+ H++ Trx-S2→ NADP++ Trx-(SH)2，電子從NADPH經(jīng)過FAD流向N端氧化還原中心，最終轉(zhuǎn)移給C端氧化還原中心，依靠其二硫化物還原性來還原底物Trx，還原型的Trx又能還原大量的靶蛋白，來維持細(xì)胞內(nèi)的氧化還原平衡。研究發(fā)現(xiàn)PfTrxR與其PfTrx結(jié)合的復(fù)合物復(fù)雜的晶體結(jié)構(gòu)中，PfTrxR柔韌的C末端和一個(gè)內(nèi)嵌環(huán)發(fā)生了重排，表明在催化反應(yīng)過程中PfTrxR的C末端構(gòu)象發(fā)生了變化，該現(xiàn)象同樣適于人TrxR。該酶在兩物種中的不同點(diǎn)為PfTrxR特異性的插入，C末端構(gòu)象的不同，使它們與其底物Trx結(jié)合，二硫化物的還原存在許多不同點(diǎn)。另外，氨基酸殘基與底物結(jié)合位點(diǎn)有關(guān)，亞基相互之間凹洞的構(gòu)造可能與抑制劑結(jié)合位點(diǎn)有關(guān)[11]。

惡性瘧原蟲硫氧還蛋白還原酶(PfTrxR)C末端氧化還原中心序列為G534CGGGKCG541，作為TrxR-Ⅱ，其氧化型C端活性中心為二硫化物20元環(huán)，相比之下,TrxR-Ⅰ是較少的8元環(huán)。研究表明，去除G541將使其二硫化物還原酶活性減少50倍，很可能是由于G541氨基酸殘基N-H氫鍵和G534羰基維持的β折疊的破壞。20元環(huán)中氨基酸的去除或替換都會(huì)造成該酶二硫化物還原酶活性的減弱。通過半合成的方式替換同型半胱氨酸殘基，雖然只能造成環(huán)的結(jié)構(gòu)和面積輕微的改變，但是卻能使其酶活性大大減弱，這也表明了C端氧化還原中心在催化過程中，20元環(huán)的幾何構(gòu)象對于巰基-二硫化物交換的重要性[12]。

Regner E L等研究發(fā)現(xiàn)，牛巴貝斯(Babesiabovis)硫氧還蛋白還原酶(BboTrxR)與其直系同源蛋白PfTrxR有一些相似特性，例如，BboTrxR的動(dòng)力學(xué)特點(diǎn)、生理學(xué)特性以及對S-亞硝基谷胱甘肽(S-nitrosoglutathione，GSNO)、氧化型谷胱甘肽(glutathione disulfide，GSSG)的還原能力。特別是對GSSG的還原活性較強(qiáng)，這可能是由于B.Bovis缺少GSSG特異性的還原酶，并且因?yàn)楣入赘孰氖羌?xì)胞內(nèi)最多的含有巰基的非蛋白類物質(zhì)，它在維持細(xì)胞內(nèi)的氧化還原動(dòng)態(tài)平衡中也發(fā)揮著關(guān)鍵作用。BboTrxR對其模式底物2-硝基苯甲酸(DTNB)、BbTrx和大腸埃希菌Trx均有二硫化物還原酶活性[13]。

由于TrxR具有C末端氧化還原活性位點(diǎn), 且該位點(diǎn)是TrxR催化活性所必需的, 因此具有廣泛的底物特異性, 它能還原除Trx外的非二硫化物底物, 如氫過氧化物、維生素C、亞硒酸鹽、四氧嘧啶、DTNB。

在惡性瘧原蟲中，有3個(gè)傳統(tǒng)的Trx能夠被PfTrxR還原，另外還有2個(gè)所謂的類硫氧還蛋白(PfTlp1-2)，它們不能被PfTrxR還原[14]。PfTrx1是瘧原蟲中研究最深的蛋白，它的活性位點(diǎn)是WCGPC，位于細(xì)胞質(zhì)[15]。與PfTrxR相比，PfTrx1能夠直接有效地還原氧化型的谷胱甘肽，因此其可作為谷胱甘肽系統(tǒng)中一個(gè)后備成員。PfTrx1不僅可以直接還原H2O2、tBuOOH、CHP和S-亞硝基谷胱甘肽，抵御細(xì)胞中的氧化壓力，而且對抗壞血酸、硫辛酸、硫辛酰胺也具有抗氧化活性。然而，它的二級速率常數(shù)比較低。另外，PfTrx1能夠還原Trx依賴的過氧化物酶和蟲體特異性的二巰基蛋白還原酶。PfTrx1涉及到與其相互作用蛋白的折疊、轉(zhuǎn)錄、翻譯、糖酵解、血紅蛋白分解代謝、信號轉(zhuǎn)導(dǎo)，并且能夠特異性地通過二巰基交換機(jī)制來還原S-腺苷甲硫氨酸合成酶，S-腺苷-L-同型半胱氨酸水解酶，鳥氨酸氨基轉(zhuǎn)移酶(OAT)[16]。

3TrxR的抑制劑

3.1人TrxR抑制劑

硫氧還蛋白系統(tǒng)介導(dǎo)的氧化還原調(diào)控與生理、病理的信號通路有關(guān)，該系統(tǒng)調(diào)控DNA、蛋白質(zhì)的合成和修復(fù)，抵御細(xì)胞內(nèi)ROS、RNS維持氧化還原平衡，最終調(diào)控細(xì)胞的生長、分化和死亡。因此TrxR與許多人類疾病相關(guān)，特別是癌癥，使該酶受到廣泛的研究[17]。由于TrxR在癌細(xì)胞中的高表達(dá)水平及其主要作用是調(diào)控細(xì)胞凋亡，所以需要研究一些小分子抑制劑能夠作用于Trx系統(tǒng)，特別是硒蛋白TrxR。癌細(xì)胞中TrxR的減少能夠抑制腫瘤的增長，表明該酶可以作為治療癌癥的藥物靶點(diǎn)。

人TrxR抑制劑可以分為三大類，即含金屬元素的抑制劑，含硫、硒、碲元素的抑制劑，天然化合物姜黃素及其類似物。由于硫原子與金等惰性金屬原子的高度親和性，因此，研究發(fā)現(xiàn)了不同種類的包含金屬元素的TrxR抑制劑，這些抑制劑通常具有高效的抑制作用。含金屬元素的抑制劑又可以分為含金、鉑元素和其他金屬元素(如釕、汞)的分子，金諾芬和硫代葡萄金是最早發(fā)現(xiàn)的對TrxR具有強(qiáng)抑制性的分子，后來發(fā)現(xiàn)的其他含金原子的抑制劑效果雖然不如它們[18]，但是也可以抑制谷胱甘肽中的巰基，因此成為今后待研發(fā)的新一類抑制劑[19]。

盡管TrxR的抑制劑具有潛在的醫(yī)藥研發(fā)價(jià)值，但是很少用于臨床，因?yàn)槠溥x擇性抑制的特點(diǎn)使它不容易成為一種優(yōu)良的治療藥物。上述大多數(shù)抑制劑的作用靶點(diǎn)是TrxR C末端氧化還原中心的Cys-Sec，但是由于Cys對于許多酶分子是必不可少的，所以首先TrxR的特異性抑制劑不能對其他酶造成傷害。另外，TrxR是一種二聚體酶分子，因此可以研究一類能夠破壞其二聚體構(gòu)象的分子，作為一種新的尋找該酶高效特異性抑制劑的途徑[20]。

3.2原蟲TrxR抑制劑

寄生蟲的H-TrxR作為藥用靶點(diǎn)，對抗癌細(xì)胞的TrxR可用金諾芬和硫代葡萄糖金，這兩種藥物是人TrxR的有效抑制劑。由于PfTrxR的活性位點(diǎn)缺少硒代半胱氨酸殘基，且具有獨(dú)特的底物特異性，因此PfTrxR可以作為一個(gè)有效的選擇性抑制劑藥物靶點(diǎn)，專門作用于寄生蟲而不傷害人體。對于牛巴貝斯蟲的TrxR，Eosin B可以作為抑制其二硫化物還原酶活性的抑制劑[21]。

曼尼希堿通過作用于PfTrxR的C末端氧化還原中心，從而抑制PfTrx的還原。金諾芬是一種含金化合物，能夠抑制PfTrxR的活性及惡性瘧原蟲在體外生長。然而，由于金諾芬對巰醇和硒醇具有高反應(yīng)活性，因此，它同樣能抑制人的TrxR。硝基喹惡啉和硝基苯基的衍生物能夠非競爭選擇性地抑制PfTrxR，很可能是通過作用于亞基的交界面，同時(shí)在較低的微摩爾濃度范圍內(nèi)能夠抑制惡性瘧原蟲在體外的生長。多元酚鞣花酸和它的衍生物在較低的納摩爾濃度范圍內(nèi)就能作用于PfTrxR、谷胱甘肽還原酶、谷胱甘肽S轉(zhuǎn)移酶、促進(jìn)亞鐵血紅素的降解，從而抑制惡性瘧原蟲在體外的生長，該類化合物對瘧原蟲產(chǎn)生耐藥性的風(fēng)險(xiǎn)最低[22]。

另外，鞣花酸能顯著延長感染伯氏瘧原蟲小鼠的生存時(shí)限，然而，和惡性瘧原蟲相比，嚙齒動(dòng)物寄生的伯氏瘧原蟲，當(dāng)它寄生在鼠科動(dòng)物或蚊子體內(nèi)時(shí)，并不依靠TrxR[23]。這些不同點(diǎn)可能由于技術(shù)現(xiàn)狀，也可能是因?yàn)轶w外培養(yǎng)方法，亦或這兩個(gè)種屬的瘧原蟲的氧化還原體系確實(shí)有所不同。然而，氧化還原系統(tǒng)中具有抗氧化能力的其他多重后備力量，在很大程度上又確保了蟲體的生存[24]。黃素抑制劑二硝基苯碘鹽能夠抑制陰道毛滴蟲TrxR活性，阻止其體外還原甲硝唑并阻斷細(xì)胞內(nèi)黃素酶代謝通路[25]。

4小結(jié)

硫氧還蛋白系統(tǒng)在許多物種細(xì)胞內(nèi)都發(fā)揮著抵御氧化壓力的作用，維持著細(xì)胞內(nèi)氧化還原平衡。TrxR的二硫化物還原酶活性，具有廣泛的底物特異性，通過作用于其模式底物Trx，使還原型的Trx還原細(xì)胞內(nèi)眾多有害的氧化物，為細(xì)胞內(nèi)生命活動(dòng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)提供了保障。厭氧性的原生寄生蟲主要依賴L-TrxR抵抗氧壓力，哺乳類動(dòng)物則主要依靠H-TrxR，兩者TrxR的結(jié)構(gòu)和催化機(jī)制有著許多不同點(diǎn)。研究發(fā)現(xiàn)惡性瘧原蟲的H-TrxR缺失將會(huì)造成蟲體死亡。雖然寄生蟲與宿主的TrxR N端氧化還原活性中心的序列一致，但是C端活性位點(diǎn)是不同的。另外，寄生蟲與人H-TrxR具有獨(dú)特的底物特異性，這是由于寄生蟲的TrxR C端氧化還原活性位點(diǎn)缺少硒代半胱氨酸殘基，基于這些特點(diǎn)，該酶可以作為潛在的藥用靶點(diǎn)，為相關(guān)寄生蟲病的防治開創(chuàng)了新思路，因此對TrxR需要進(jìn)一步研究。

參考文獻(xiàn):

[1]Hirt R P,Müller S,Embley T M,et al.The diversity and evolution of thioredoxin reductase:new perspectives[J].Trends Parasitol,2002,18(7):302-308.

[2]Arias D G,Regner E L,Iglesias A A,et al.Entamoeba histolytica thioredoxin reductase: molecular and functional characterization of its atypical properties [J].Biochim Biophys Acta,2012,1820(12):1859-1866.

[3]Snider G W,Dustin C M,Ruggles E L,et al.A mechanistic investigation of the C-terminal redox motif of thioredoxin reductase fromPlasmodiumfalciparum[J].Biochemistry,2014,53(3):601-609.

[4]Lothrop A P,Snider G W,Ruggles E L,et al.Why is mammalian TR1 so dependent upon the use of selenium? [J].Biochemistry,2014,53(3):554-565.

[5]Kehr S,Sturm N,Rahlfs S,et al.Compartmentation of redox metabolism in malaria parasites[J].PLoS Pathog,2010,6(12):e1001242.

[6]Regner E L,Thompson C S,Iglesias A A,et al.Biochemical characterization of thioredoxin reductase fromBabesiabovis[J].Biochimie,2014,99:44-53.

[7]Nauser T,Steinmann D,Grassi G,et al.Why selenocysteine replaces cysteine in thioredoxin reductase: a radical hypothesis[J].Biochemistry,2014,53(30):5017-5022.

[8]Jortzik E,Becker K.Thioredoxin and glutathione systems inPlasmodiumfalciparum[J].Int J Med Microbiol,2012.302(4-5):187-194.

[9]Mastronicola D,Falabella M,Testa F,et al.Functional characterization of peroxiredoxins from the human protozoan parasite giardia intestinalis[J].PLoS Negl Trop Dis,2014,8(1):e2631.

[10]Schlosser S,Leitsch D,Duchêne M.Entamoebahistolytica:identification of thioredoxin-targeted proteins and analysis of serine acetyltransferase-1 as a prototype example[J].Biochem J,2013,451(2):277-288.

[11]Fritz-Wolf K,Jortzik E,Stumpf M,et al.Crystal structure of thePlasmodiumfalciparumthioredoxin reductase-thioredoxin complex[J].J Mol Biol,2013,425(18):3446-3460.

[12]Peng M,Cascio D,Egea P F.Crystal structure and solution characterization of the thioredoxin-2 fromPlasmodiumfalciparum,a constituent of an essential parasitic protein export complex[J].Biochem Biophys Res Commun,2015,456(1):403-409.

[13]Asada M,Yahata K,Hakimi H.Transfection ofBabesiabovisby double selection with WR99210 and Blasticidin-S and its application for functional analysis of thioredoxin peroxidase-1[J].PLoS One,2015,10(5):e0125993.

[14]Nickel C,Rahlfs S,Deponte M,et al.Thioredoxin networks in the malarial parasitePlasmodiumfalciparum[J].Antioxid Redox Signal,2006,8(7-8):1227-1239.

[15]Kehr S,Sturm N,Rahlfs S,et al.Compartmentation of redox metabolism in malaria parasites[J].PLoS Pathog,2010,6(12):e1001242.

[16]Jortzik E,Fritz-Wolf K,Sturm N,et al.Redox regulation ofPlasmodiumfalciparumornithine delta-aminotransferase[J].J Mol Biol,2010,402(2): 445-459.

[17]Holmgren A,Lu J.Thioredoxin and thioredoxin reductase:current research with special reference to human disease[J].Biochem Biophys Res Commun,2010,396(1):120-124.

[18]Martínez-González J J,Guevara-Flores A,Rendón J L,et al.Auranofin-induced oxidative stress causes redistribution of the glutathione pool inTaeniacrassicepscysticerci [J]. Mol Biochem Parasitol,2015,201(1):16-25.

[19]Saccoccia F,Angelucci F,Boumis G,et al.Thioredoxin reductase and its inhibitors[J].Curr Protein Pept Sci,2014,15(6):621-646.

[20]Cai W,Zhang L,Song Y,et al.Small molecule inhibitors of mammalian thioredoxin reductase[J].Free Radical Bio Med,2012,52(2):257-265.

[21]Zhang D,Xu Z,Yuan J,et al.Synthesis and molecular recognition studies on small-molecule inhibitors for thioredoxin reductase[J].J Med Chem,2014,57(19):8132-8139.

[22]Sturm N,Hu Y,Zimmermann H,et al.Compounds structurally related to ellagic acid show improved antiplasmodial activity[J].Antimicrob Agents Ch,2009,53(2): 622-630.

[23]Buchholz K,Putrianti E D,Rahlfs S,et al.Molecular genetics evidence for theinvivoroles of the two major NADPH-dependent disulfide reductases in the malaria parasite[J].J Biol Chem, 2010,285(48):37388-37395.

[24]Patzewitz E M,Wong E H,Muller S,et al.Dissecting the role of glutathione biosynthesis inPlasmodiumfalciparum[J].Mol Microbiol,2012,83(2):304-318.

[25]Leitsch D,Kolarich D,Duchêne M.The flavin inhibitor diphenyleneiodonium rendersTrichomonasvaginalisresistant to metronidazole,inhibits thioredoxin reductase and flavin reductase, and shuts off hydrogenosomal enzymatic pathways[J].Mol Biochem Parasitol,2010,171(1):17-24.

Progress on Thioredoxin Reductase of Protozoa

ZHAO Shao-ruo, ZHOU Jin-lin

(ShanghaiVeterinaryResearchInstituteofChineseAcademyofAgriculturalSciences/KeyLaboratoryoftheMinistryofAgricultureAnimalParasitology，Shanghai，200241，China)

Abstract:The thioredoxin system is a major line for protozoan defence against oxidation damage in host cells,including thioredoxin (Trx), thioredoxin reductase (TrxR) and NADPH.This review introduced the structure of TrxR, and its biological activity and function on antioxidant stress and catalytic redox activity. In addition, application prospect of TrxR inhibitors was summarized.

Key words:protozoa；TrxR；structure and function; inhibitor

文章編號:1007-5038(2016)03-0086-05

中圖分類號:S852.21

文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A

作者簡介：趙少若(1989-)，女，河南洛陽人，碩士研究生，主要從事田鼠巴貝斯蟲研究。*通訊作者

基金項(xiàng)目：國家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)目(973計(jì)劃)(2015CB150300)

收稿日期：2015-05-10