反應活性氧與前列腺癌的研究進展

摘要：反應活性物質是生物體內重要的組成部分，它們在機體代謝及信號傳遞的過程中起著重要作用。反應活性物質的種類按活性基團的不同大致可以分為以下四類：反應活性氧類（Reactive Oxygen Species，ROS），反應活性氮類（Reactive Nitrogen Species，RNS），反應活性硫類（Reactive Sulfate Species，RSS），反應活性氯類（Reactive Chloride Species，RCS）。其中以ROS含量最為豐富，相關研究也最多。ROS與RNS是機體內正常氧化呼吸代謝產物，并且在細胞信號傳導途徑中也發揮著重要的作用。因此，無論ROS生成增多還是清除減少都會引起體內ROS水平增高，進而導致氧化應急[1]。過量的ROS具有細胞毒性，使細胞更易罹患其他有害因素而造成損害。相關研究表明ROS通過對DNA，轉錄因子及細胞周期的修飾與調控，在前列腺癌的發生及發展過程中發揮著重要的作用，且抗氧化劑對預防前列腺癌具有明顯效果，故本文簡要對ROS其與前列腺癌之間的研究進展進行簡要概述。

關鍵詞：反應活性氧；前列腺癌；腫瘤發生；氧化損傷

中圖分類號：R737.25 文獻標識碼：A

1 ROS體內產生機制及分類

1.1ROS基本概念及功能 ROS是由O2反應產生的單電子還原產物，是一類化學性質活躍的化合物，主要包括超氧陰離子O-2·、羥自由基·OH、過氧化氫H2O2及其衍生物（O2-2 ）、單線液態氧1O2及臭氧O3。 ROS對于生物體內多種信號通路的調控均有著極為重要的作用，它可直接調節或者修飾核酸、蛋白質、脂質以及各種轉錄因子，對細胞生長及分化有著極為重要的調控作用，此外還可以介導炎癥因子的產生，殺滅病原體。然而過量的ROS亦可氧化細胞內部正常結構，如DNA，蛋白質及脂質。ROS引起的輕度氧化反應是可逆的，一般通過體內還原體系可逆轉氧化修飾，但是過量的ROS則可引起不可逆的氧化損傷甚至誘導細胞死亡。

1.2 ROS的分類 ROS能與多種物質發生氧化還原反應。根據氧原子最外層電子團是否存在非配對電子，可將ROS分為兩類，氧自由基ROS（含非配對電子）及非氧自由基ROS（不含非配對電子）[2]，氧自由基的ROS主要有：超氧化物，一氧化氮，羥基自由基。非氧自由基ROS主要有：過氧化物，氫氧化物，臭氧及過硝酸鹽。

ROS根據來源不同可分為內源性和外源性兩種。內源性ROS由正常代謝產生，主要是由線粒體的呼吸鏈產生，占體內產生總量的95%以上。其中復合體Ⅲ通過Q循環產生的還原型半醌及還原型細胞色素C是ROS單電子最主要的來源，大部分單電子會繼續進行電子鏈的傳遞，其中一小部分單電子可與胞質內O2及H2O生成超氧化物O-2·、羥自由基·OH及過氧化氫H2O2。線粒體產生的ROS大部分仍保留在線粒體基質內，約10～20%ROS擴散到線粒體內外膜之間和胞質內，并進一步發生氧化還原反應，故線粒體的雙層膜穩定性對于隔離ROS有著至關重要的作用。此外，線粒體膜間隙的P66蛋白，外膜中的二氫乳酸脫氫酶、細胞色素b5還原酶、細胞色素P450以及線粒體外的過氧化物酶體、內質網也能產生ROS；外源性的ROS主要來源于外界環境因素的誘導，如環境污染、吸煙、營養失衡和低氧誘導[3，4]。目前外源性ROS的產生機制仍處于起步研究階段[4]，而內源性產生ROS的機制研究已較深入，并且成功建立了實驗模型[5]。

2腫瘤細胞內部的氧化失衡

有氧代謝在生物體內起著至關重要的作用，在真核生物中以線粒體為主的有氧呼吸是機體能量的主要代謝形式，只要有氧氣存在，細胞總是以有氧代謝為主，只有當氧氣不足時細胞才會進行無氧酵解。而腫瘤細胞的代謝卻與之相反，即使氧氣充足的情況下，50%以上的能量仍是以無氧酵解形式提供，這稱之為Warburg效應。由于腫瘤細胞的異常增殖，能量需求旺盛，通過無氧酵解途徑產生ATP的速度要比有氧代謝途徑快的多，一般來講腫瘤細胞優先選擇能量產生較為迅速的無氧酵解途徑，因此腫瘤細胞內部面臨著更高的內源性氧化應激壓力[6，7]。這種異常代謝引起的氧化還原失衡是導致腫瘤細胞內氧化應激最主要的原因[1]。目前很多類型的腫瘤已經證實上述結論，如慢性淋巴細胞白血患者血液中的ROS較正常淋巴細胞要高[8]。而在實質性腫瘤中，DNA的氧化產物8-羥基脫氧尿苷（8-oxo-dG）及脂質的過氧化產物均有所升高[9-12]。除了上述原因，目前研究認為原癌基因的激活（如Ras，Bcr-Abl及c-Myc等），抑癌基因的失活（如P53）及線粒體功能異常也是腫瘤細胞ROS增多的原因[13，14]。P53作為體內的基因衛士對于清除基因組及線粒體DNA的突變及氧化損傷有著至關重要的作用[15，16]，除此之外，P53還可以作為轉錄因子調節許多參與氧化還原反應的抗氧化酶[17]。據估計50%以上的腫瘤均伴有P53基因突變或缺失，它的突變或缺失會導致ROS增加[18，19]。除了內源性因素，來源于細胞外部的因素如炎癥因子、營養失衡、低氧環境等均可影響細胞內氧化還原的平衡，近年來這種外源性刺激產生的ROS對腫瘤細胞的影響越來越受到人們的重視。

3腫瘤細胞對于ROS的適應

以往實驗證明了正常的上皮細胞如果持續的暴露于外源性低濃度氧化劑可使細胞獲得抵抗高濃度氧化劑的能力[20]，腫瘤細胞長期暴露于內源性高ROS環境中，也建立了對高ROS環境的適應機制。ROS可作為一種選擇性的生存壓力使更適應這種環境的細胞得以存活，存活的腫瘤細胞不僅可以增強對ROS的清除，而且通過建立各種適應機制如阻斷細胞凋亡使之存活下來，此種機制還能夠抵抗外界生存壓力，使得腫瘤細胞具有更強的轉移能力及抵抗抗癌藥物的特性。到了腫瘤晚期階段，腫瘤細胞會產生更多的ROS，過量的ROS又可繼續刺激細胞增殖，并增加基因的不穩定性，誘導基因突變（mtDNA為主），導致代謝異常及ROS進一步生成增加，如此進入一個惡性循環[21]。

4 ROS促前列腺癌發生的機制

前列腺癌作為威脅人類健康的一種常見的泌尿系統疾病，在世界范圍內已位居第二位[22]，而在美國其發病率已超過肺癌，躍居第一位[23]。前列腺癌病因不明，但目前研究認為與老齡、遺傳、飲食、環境致癌物及其他炎癥因子有關[24-27]。近年來越來越多的證據使人們逐漸認識到ROS與前列腺癌之間存在密切關系。ROS促進前列腺癌發生的主要機制是通過氧化基因組DNA或線粒體DNA降低基因組的穩定性。ROS作為體內的一種強氧化劑對于RNA及DNA都是致命的損害，ROS可直接對前列腺上皮細胞內的DNA造成損害如脫嘌呤、脫嘧啶，單鏈或雙鏈DNA斷裂[28]，此外ROS還可氧化戊糖2'、4'的碳原子，改變磷酸戊糖的骨架結構，使DNA更易遭受誘變劑影響，增加DNA突變的概率，從而影響特定蛋白質或通路的功能，降低基因組的穩定性，發生癌變。線粒體DNA是環狀分子，編碼呼吸鏈相關蛋白，這種環形結構能夠有效地避免由于岡崎片段產生的DNA截短，不像基因組DNA那樣需要端粒酶體進行修復。但這種裸露的雙連環狀DNA缺少線性基因組核小體的精密調控，更易受到ROS影響，最終致使線粒體功能異常，異常的線粒體繼續分裂并發揮著呼吸作用，當這種異常無法代償時，線粒體內的ROS及凋亡因子漏出，引起代謝異常、凋亡等一系列反應。在其他致癌因素的參與下，ROS促進腫瘤的發生。

5體內的抗氧化體系與前列腺癌

正常機體內ROS之所以保持平衡是因為存在產生ROS及消除ROS兩套機制，共同參與氧化還原反應，使ROS的產生和清除處于動態的平衡過程，而不產生危害，但如果短時間內由于應激、疾病等因素導致ROS不斷積累，最終會造成細胞內氧化損傷。體內抗氧化體系主要分為抗氧化還原酶類以及抗氧化劑兩大類，抗氧化還原酶類主要包括超氧化物歧化酶 （SOD1、SOD2、SOD3），過氧化物酶，過氧化氫酶、谷胱甘肽過氧化物酶、谷氧還原蛋白、硫氧還原蛋白等。抗氧化劑主要有谷胱甘肽，維生素C，維生素E、β-胡蘿卜素、泛醌等，上述兩類抗氧化物質共同組成人體內的抗氧化體系，維持體內的氧化平衡。

5.1抗氧化酶與前列腺癌 在前列腺癌細胞中ROS增高的同時，抗氧化酶也發生了變化，如過氧化物歧化酶，過氧化物氧化還原酶，谷胱甘肽過氧化物酶 [29-31]，說明前列腺癌細胞內的氧化平衡已被打破。谷胱甘肽過氧化物酶主要存在于前列腺上皮細胞內，能夠對羥自由基提供還原電子，從而降細胞內的ROS。研究表明前列腺癌中谷胱甘肽過氧化物酶活性是受到抑制的，谷胱甘肽過氧化物酶的降低與前列腺癌的轉移有關[32]，并且在39%的前列腺癌標本中檢測到谷胱甘肽過氧化物酶的突變[33]。在動物實驗中，通過基因突變抑制谷胱甘肽過氧化物酶的活性成功誘導出了前列腺癌[34]。另一項有關谷胱甘肽過氧化物酶與前列腺癌的研究得出相應的結論，無論在體內還是體外，通過增加谷胱甘肽過氧化物酶可抑制前列腺癌細胞的增長，降低c-Met的表達[35]。在一項關于馬其頓及土耳其地區前列腺癌患者血清氧化還原分子的臨床研究中發現前列腺癌患者血清中除谷胱甘肽過氧化物酶外，過氧化物歧化酶及谷胱甘肽均比前列腺增生組明顯降低[36]。說明這些抗氧化酶在前列腺癌的發生發展過程中起到了重要的作用。

5.2抗氧化劑與前列腺癌 1981年Doll等人首次證明癌癥的發生與飲食有關，并提出食物中的抗氧化劑可以降低細胞內的氧自由基[37]，所以在過去的幾十年里學者應用抗氧化劑對前列腺癌的預防做了大量的研究。類胡蘿卜素是一類重要的抗氧化劑，一項關于非轉移性前列腺癌與當地健康男性的病例對照研究表明：α-胡蘿卜素，β-胡蘿卜素與葉黃素均能夠降低前列腺癌的發病風險[38]。番茄素是另一類重要的抗氧化劑，番茄素的抗氧化機理是能夠清除自由基并誘導凋亡，亦有研究表明番茄素能夠降低前列腺癌的發病風險及臨床進展[39，40]，一項關于根治性前列腺切除術的病例對照研究表明，術前給予30mg/d番茄素治療的患者，術后病理顯示癌組織內會有更多的凋亡細胞[41]。在另一項前列腺癌的動物模型實驗中，實驗組給予10%的番茄素飼養，結果顯示番茄素飼養組無論在腫瘤發生還是總體生存率方面均高于對照組，研究得出結論：番茄素可以延長總體生存時間，降低前列腺癌進展[42]。維生素D不僅在鈣鹽代謝方面起到重要作用，在NO合酶合成的過程中也是必不可少的，目前認為維生素D抗氧化的機理是產生谷胱甘肽[43]。一項包含19000例關于維生素D與前列腺癌關系的臨床研究表明：如果維生素D的代謝產物25（OH）D低于16ng/ml，其前列腺癌發病風險比對照組高出70%，如果年齡低于52歲其前列腺癌的發病風險更是正常組的3.5倍[44]，可見維生素D在預防前列腺癌方面的重要作用。

6 ROS與雄激素之間的關系

前列腺癌一個重要的特點就是易受到雄激素的影響，內源性或外源性的雄激素能夠刺激前列腺上皮細胞增殖繼而發生癌變，因為早期前列腺癌對雄激素比較敏感，目前基于阻斷雄激素的內分泌治療仍然是局部進展期前列腺癌及轉移性前列腺癌最有效的手段[45]。刺激雄激素受體可以增加細胞內的ROS含量[46，47]，其具體的分子機制并不清楚，可能與雄激素受體結合元件及體內的氧化還原酶相關。Ripple等人證明了對前列腺癌細胞外源性添加雄激素可以增加谷氨酰轉肽酶的活性，進而增加細胞內谷胱甘肽的含量[48]，影響細胞內的氧化平衡。刺激產生的ROS又可以進一步增加前列腺癌細胞的增殖，雄激素與ROS在前列腺癌發生發展過程中起到互相促進的作用。Tam等人證明雄激素可下調NADPH氧化酶（Nox）的表達，誘導列腺癌細胞系LNCaP產生ROS，雄激素受體誘導的ROS可促進轉錄因子JunD表達，從而影響前列腺癌細胞的增殖與分化[49]，所以雄激素也是前列腺癌中調控ROS最主要的因素[12]。

7結語及展望

無論是流行病學還是基礎或者臨床試驗均證明了前列腺癌細胞內存在氧化應激。ROS的升高可刺激細胞增殖，增加基因組DNA的不穩定性及線粒體DNA突變從而誘發腫瘤。開發抑制ROS的分子藥物有希望成為預防及治療前列腺癌的新方式，同時聯合傳統的去勢治療必將為前列腺癌患者帶來福音。

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編輯/申磊