過氧化物酶1在腫瘤中的研究進展

翁宏慶，蔣 立，唐永永 綜述，唐 偉審校

（重慶醫科大學附屬第一醫院泌尿外科 400016）

過氧化物酶（peroxiredox，PRX）是一類具有多種生物學功能的抗氧化物酶，原核生物和真核生物中廣泛存在該過氧化物。在正常生理條件下，通過催化H2O2和脂質氫過氧化物的還原反應，避免細胞受到進一步氧化損傷。哺乳動物的6種PRX蛋白家族可分為3個亞類：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相似的細胞信號途徑來平衡細胞內H2O2水平，但各自在作用靶點及抗氧化保護機制中存在差別。PRX1是該家族中細胞分布最為廣泛的成員。在細胞內不僅能起到抗氧化和調節H2O2介導的信號轉導作用，同時還能發揮分子伴侶的功能，參與體內多種生理病理過程。最近，越來越多的研究發現該蛋白在腫瘤的發生、發展以及治療中起著重要作用。現就PRX1在腫瘤中的研究進展作一綜述。

1 PRX1蛋白結構、生物特性以及功能

PRX1蛋白大小約23×103，由199個氨基酸殘基組成。該蛋白的空間結構則呈的“三明治”樣，一側為4個α螺旋，中間夾著7條β片層，另一側為1個β發卡結構和2個α螺旋構成[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，這兩個位點的半胱氨酸具有高度保守性，也是與其他PRX結構、功能差異的主要原因。在催化過氧化物還原過程中，Cys52攻擊過氧化底物（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成同型二聚體。此時，在硫氧還蛋白（thioredoxin，Trx）、硫氧還蛋白還原酶（thioredoxin reductase，TrxR）和NADPH電子轉運系統的作用下重新被還原，從而，高效地催化過氧化物還原。可見，PRX1在氧化應激過程中發揮重要作用[2-3]。

近期有研究證實，在生物體內PRX1不僅以同型二聚體的形式存在，還可以通過二聚體與二聚體之間Cys83-Cys83二硫鍵相連的方式構成一種高分子量復合物的形式存在，常常由5個同型二聚體組成十聚體充當分子伴侶的角色[4]。PRX1的氧化還原狀態變化則是決定聚合狀態上的變化的主要因素[1]。當生物體內活性氧簇（reactive oxygen species，ROS）水平處于較低濃度時，PRX1主要以二聚體結構形式發揮過氧化物酶的作用來清除過量的ROS，維持氧化還原的穩態。一旦機體內ROS異常增加時，PRX1被氧化失活，同時迅速發生結構上的改變，轉變為高相對分子質量的十聚體結構，進而傳遞過氧化信號、穩定關鍵蛋白復合物、保護蛋白避免降解等，起到分子伴侶的功能[5-6]。這種分子結構的多樣性，不僅使PRX1具有功能的多樣性，還使PRX1成為細胞信號傳導通路中重要的調節因子。

2 PRX1在腫瘤中的研究進展

2.1 PRX1促進腫瘤細胞的發生、發展 雄激素受體（androgen receptor，AR）為配體依賴的轉錄因子，屬于核受體超家族。該受體在與雄激素結合、入核后激活一系列雄激素相關基因的表達。這其中包括調節前列腺細胞生長周期的基因以及與前列腺腫瘤密切相關的癌基因。因此，在前列腺癌的發生、發展中AR信號通路扮演著重要角色[7]。Park等[8]發現，在前列腺淋巴結癌（lymph node carcinoma of prostate，LNCap）中PRX1呈高水平表達并且AR與雄激素反應元件（androgen response elements，ARE）結合明顯增多，沉默PRX1的表達后AR與ARE結合量明顯減少，因此他們推斷PRX1有助于AR的信號轉導并且保證AR在低雄激素水平的條件下能夠充分表達。Chhipa等[9]研究發現，PRX1低表達時，即使在較高濃度的雙氫睪酮（dihydrotestosterone，DHT）刺激下，前列腺癌細胞中AR調節基因仍呈低水平表達且細胞生長緩慢；PRX1高表達時，AR調節基因呈高水平表達且細胞生長較快。這可能是由于在雄激素與AR結合過程中PRX1也與之相結合，促進AR-配體復合物的入核并促進下游信號的表達，其中也包括與前列腺腫瘤密切相關的癌基因。此外，在缺氧-再氧化條件下，高相對分子質量復合物的PRX1能夠作為分子伴侶與AR相結合，引起AR發生構象變化，提高AR與DHT的親和力，同時使DHT-AR形成的配體-受體復合物更加穩定以及抑制該復合物的分解，使得AR在低雄激素環境下仍能保持長時間的活化狀態。可見，PRX1能夠增強AR生物學效應，進而促進前列腺癌的發生、發展。此外，Aguilar-Melero等[10]通過沉默肝癌細胞中PRX1，發現PRX1不僅有促進腫瘤細胞生長的作用，還能夠提高AFP、骨橋蛋白、β-連環素等維持腫瘤細胞生長發育所需物質的轉錄水平。

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

2.3 PRX1在腫瘤轉移中的作用 癌細胞的生長、轉移依賴新生血管的形成，血管內皮生長因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）則在其中充當重要角色。目前在多種腫瘤研究發現，腫瘤組織VEGF表達水平與其微血管密度及惡性程度呈正相關，并明顯高于非腫瘤組織，這表明VEGF可能通過促進血管生成等方式促進腫瘤生成、轉移[23-24]。有研究也證實，VEGF的表達受PRX1的調節。Riddell等[25]發現，PRX1高表達時前列腺腫瘤組織中的微血管數量有明顯增多且VEGF表達量增高，他們認為這與PRX1激活Toll樣受體4（toll-like receptor 4，TLR4）有關。PRX1通過激活TLR4引發PRX1-TLR4-MyD88信號傳導途徑上調VEGF的活性以及表達，促進血管內皮細胞的分化、移植、增殖，同時促進透明質酸的沉積，為腫瘤細胞生存、轉移保證了微環境條件。同時，該作者還認為PRX1上調VEGF的表達與缺氧誘導因子-1（hypoxia inducible factor-1，HIF-1）有關。他們發現前列腺癌細胞中VEGF、HIF-1呈高表達，阻斷TLR4以及MyD88的信號通路后VEGF、HIF-1表達均降低。在未阻斷信號通路的情況下，VEGF、HIF-1表達量與PRX1的表達量呈正相關。因此，推斷PRX1經過PRX1-TLR4-MyD88信號傳導途徑提高HIF-1表達量從而調節VEGF的表達[26]。

2.4 PRX1能夠減弱放射治療、化學治療療效 放射治療和化療是當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細胞凋亡途徑，同時使細胞發生電離作用產生過量的ROS，化學藥物治療則可通過干擾核酸的合成代謝以及直接作用于DNA干擾其復制進而達到細胞殺傷的作用。前文提及JNK信號通路常常為放射性損害誘導細胞凋亡的信號通路，并且與腫瘤的化療有著重要的關系[27-28]。而PRX1則能有效地抑制JNK細胞凋亡通路并且能清除多余的ROS[20]。此外，ASK1在化學藥物治療腫瘤時起著促進細胞凋亡的作用，而PRX1能夠有效地抑制ASK1的活性，從而減弱腫瘤細胞對化學藥物的反應[23]。因此，PRX1在放射性治療、化學藥物治療非敏感性腫瘤中起著重要作用。

3 小 結

綜上所述，PRX1作為廣泛存在的一類具有多種生物學功能的抗氧化物酶，它不僅能清除體內過量的ROS，維持體內正常生理活動，還與多種腫瘤相關。它的高表達能夠通過影響多個細胞信號轉導通路抑制腫瘤細胞凋亡、促進腫瘤的轉移，從而影響腫瘤的發生、發展。目前對PRX1的研究僅限于細胞水平，相信隨著研究的進一步深入PRX1有可能成為一種新的治療靶點。

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