硫氧還蛋白與癌癥相關蛋白的關系

張 寧 史志周 白 潔

(昆明理工大學生命科學與技術學院，云南 昆明 650224)

癌癥發病機制十分復雜，與許多基因有關，這些基因在癌癥的發生、發展及轉移過程中起著不同的作用,最終賦予了癌細胞兩大基本的特征：細胞周期失去調控使得癌細胞無限增殖；癌細胞具有浸潤性和擴散性。硫氧還蛋白(TRX)是氧化還原調節蛋白，在多種癌組織中表達增高，與癌癥發生有著密切關系，具有調節多種癌癥相關蛋白作用。本文綜述了硫氧還蛋白與癌癥相關蛋白的研究進展。見圖1。

1 硫氧還蛋白

TRX-1是一個在動物體內廣泛分布的氧化還原調節蛋白，分子量約為12 kD，其氨基酸序列中含有5個半胱氨酸殘基：Cys-32、Cys-35、Cys-61、Cys-68、Cys-73，其中位于疏水區域Cys-32、35是活性中心，TRX-1具有多種生物學功能，除了調節氧化還原反應,還具有調節轉錄因子NF-κB、AP-1和p53等的活性，以及抑制細胞凋亡。TRX-1在多種腫瘤組織中表達增高，與癌癥的關系密切,具有促進癌細胞的生長，抑制癌細胞凋亡作用，因此，TRX-1已成為癌癥的治療的一個重要靶點。硫氧還蛋白家族中還有TRX-2，局限于線粒體，亦與癌癥密切相關。

2 硫氧還蛋白與癌細胞生長、增殖相關蛋白

癌細胞的特點就是細胞生長和分裂失去控制成為“不死”的永生細胞。癌細胞分裂速度加快與細胞周期紊亂有關，與細胞周期調節蛋白的表達異常有關。

細胞周期蛋白D1(CyclinD1)是細胞周期調控的重要蛋白，CyclinD1能與周期素依賴激酶4(CDK-4)和周期素依賴激酶-6(CDK-6)結合，推動細胞從G1期進入S期。CyclinD1在腫瘤組織中表達增高，與腫瘤的生長具有密切的相關性。 Mochizuki等發現，在肺癌細胞系A549和乳腺癌細胞系MCF-7中， TRX-1通過調節轉錄因子AP-1的活性，增加CyclinD1的轉錄，使得細胞周期越過G1期〔1〕，這說明TRX-1具有調節腫瘤細胞的周期作用。轉化生長因子-β(TGF-β)是一個多功能生長因子，能抑制表皮細胞生長。TGF-β作用細胞后，激活受體以及下游分子Smad7，進而對細胞生長起抑制作用。而TRX-1則具有抑制Smad7活性，從而減弱了TGF-β對細胞生長的抑制作用〔2〕。

凋亡信號調節激酶-1(ASK-1)在脅迫和細胞因子誘導的細胞凋亡中起著關鍵作用，ASK-1的表達引起細胞凋亡。TRX-1與ASK-1相互作用與細胞的氧化應激有關，還原態的TRX-1可以與ASK-1結合抑制細胞凋亡，在氧化條件下，TRX-1不能與ASK-1結合，這便激活了ASK-1，致使細胞凋亡〔3～6〕。

TRX-1第100位蘇氨酸被蛋白激酶C(PKC)磷酸化時，TRX-1進入細胞核，進而調控轉錄因子NF-κB的活性，增強了細胞抗凋亡能力,增加細胞對抗癌藥物的抵抗作用，而當PKC活性被抑制時，細胞對抗癌藥物的抵抗性降低。由此可見，TRX-1的第100蘇氨酸磷酸化和PKC之間的關系與抗癌藥物的耐藥性密切相關〔7〕。

B細胞淋巴瘤白血病2(Bcl-2)基因位于染色體18q21，可編碼兩種蛋白質，即Bcl-2a和Bcl-2β，但只有Bcl-2a有生物學活性。它是一個26 kd的跨膜蛋白，位于核周間隙，內質網和線粒體外膜。Bcl-2具有抑制應激狀態下細胞凋亡，促進細胞存活的作用。Bcl-2的活性與腫瘤的發生密切相關。在神經瘤細胞中用siRNA干擾TRX-1和超氧化物歧化酶-1(SOD-1)的表達，Bcl-2的表達量明顯下降并且線粒體膜電位改變， Caspase-3被激活。 TRX-1下降導致Bcl-2的活性下降,促進癌細胞凋亡〔8〕。

定位于線粒體中的TRX-2也和細胞的凋亡相關蛋白有很密切的聯系，TRX-2的表達下調時，Bcl-2家族中的抑凋亡蛋白Bcl-xl的表達量下降。這一作用與TRX-2氧化還原活性的無關，而是通過調節線粒體膜通透性來調節細胞凋亡〔9〕。

p53蛋白是腫瘤抑制蛋白，人類腫瘤有50%以上是由P53基因的突變造成的。它能調節p21蛋白表達增加，進一步抑制細胞周期。此外,p53能特異抑制Bcl-2的表達，促進Bax的表達，加重細胞凋亡。

還原型TRX-1可以增加p53的DNA結合力，從而促進p21的表達〔10〕。但有些情況下，ShRNA降低TRX-1表達時，p53蛋白的表達會上調〔11〕，因此,TRX-1不僅增加p53的轉錄活性還下調p53的表達量。

硫氧還結合蛋白-2(TBP-2)又叫維生素D3上調蛋白，分子量為46 kD，它同還原型TRX-1相結合并能抑制TRX-1的活性〔12～14〕。TBP-2是一種腫瘤抑制因子，具有抑制腫瘤細胞生長和轉移的功能。有趣的是p21能結合在TBP-2啟動子區，抑制TBP-2的表達，促進TRX-1的分泌，對腫瘤的生長起促進作用〔15～19〕。

p27即細胞周期依賴性激酶抑制因子(CDK-1)，是一種調控細胞周期并抑制細胞分裂的因子，它參與細胞周期的負性調控，在細胞增殖、分化和凋亡等中扮演重要角色。p27通過抑制Cyclin-CDK復合物的活性來調控細胞周期，抑制CDKs的活性，從而負性調節細胞周期。p27對CDK的抑制作用有兩方面：p27能抑制已結合到Cyclin 被激活的CDK活性,純化的p27蛋白能抑制各種已激活的Cyclin-CDK復合物活性；p27可以抑制CDK的激活過程，最終抑制細胞周期G1/S的轉變。 p27高表達小鼠腫瘤生長緩慢、低表達小鼠則相反。此外，TRX-1能通過Jab-1來下調p27的活性，從而在腫瘤的生長中起到重要的作用〔20〕。

3 硫氧還蛋白與癌癥浸潤、轉移相關蛋白的關系

癌細胞的浸潤和轉移與癌細胞之間黏著性下降有關。癌細胞易于浸潤周圍組織，通過血液循環或淋巴途徑轉移、種植形成轉移灶。研究已證實，腫瘤的生長、浸潤和轉移與血管的生成密切相關。缺氧誘導因子-1(HIF-1) 在缺氧條件下誘導表達，由HIF-1α和HIF-1β兩亞基組成。HIF-1α在肺癌、胃癌、肝癌、腎癌、食道癌、結腸癌、乳腺癌、宮頸癌、卵巢癌、膀胱癌、口咽癌、頭頸癌和子宮內膜癌中均呈現高表達。 隨著實體瘤的增大，腫瘤內部不能得到足夠血液供應，導致局部處于缺血缺氧狀態。腫瘤細胞存在著對缺血缺氧的自身凋節和適應機制，主要與HIF-1α提高葡萄精轉運和糖酵解效應及上調血管內皮生長因子(VEGF)的表達，促進腫瘤血管的形成。因此，HIF-1α的過表達在腫瘤發生、發展中發揮重要作用。

TRX-1高表達能增加HIF-1α的表達并激活HIF-1α的活性最終促進血管生成〔21～23〕。TRX-1的氧化還原作用對于HIF-1α的蛋白表達量以及VEGF的活性都至關重要。在癌細胞中加入TRX-1的抑制劑，HIF-1α在轉錄活性和蛋白水平都有顯著的降低，癌細胞的生長受到抑制。

TRX-2在調節HIF-1α的表達作用中也扮演了重要角色。TRX-2同TRX-1對HIF-α的調節作用相反，TRX-1對HIF-1α的表達起到促進作用，而TRX-2高表達時，HI F-1α的表達量下降。TRX-2對 HIF-1α起負性調節因子的作用〔24，25〕。

細胞外基質(ECM)和基底膜的降解是惡性腫瘤轉移的重要步驟。細胞外基質金屬蛋白酶(MMPs)參與細胞外基質和基底膜的降解。ECM成分的降解與合成的協調依賴于基質金屬蛋白酶MMPs和金屬蛋白酶組織抑制劑(TIMPs)之間的平衡。如果MMPs在這個平衡中占優勢，ECM成分則被降解,從而促進癌細胞轉移。在神經瘤細胞中添加TRX-1能改變TIMPs和MMPs之間的平衡，刺激腫瘤的擴散和轉移〔26〕。

人Nm23基因定位于17號染色體長臂遠端，分為兩種：Nm23-H1和Nm23-H2，編碼核苷二磷酸激酶(NDPK)，NDPK是一類廣泛存在的酶，它通過一種乒乓機制將5NTP的y-磷酸基團轉移的5NDP上，使蛋白失活。微管的聚合和解聚需要由NDPK介導的轉磷酸作用提供GTP，因此，Nm23-H1蛋白的改變，一方面可能使微管聚合異常而引起減數分裂時紡錘體的異常，從而導致癌細胞染色體非整倍性形成，促進癌癥的發生、發展。另一方面它也能通過影響細胞骨架蛋白的生物活性而引起細胞運動，從而參與癌癥的侵襲轉移過程。研究發現：在前列腺癌中減少Nm23-H1蛋白的表達可促進癌細胞的轉移。在低轉移的癌中Nm23-H1基因的mRNA水平比高轉移癌高10倍之多。所以,Nm23-H1蛋白是一種癌癥轉移的負調節蛋白。細胞中Nm23-H1的Cys109在多種氧化環境中被多種物質氧化，其功能被所抑制。TRX-1的抗氧化功能能將氧化的Nm23-H1還原為有活性的蛋白，從而抑制癌癥的侵襲和轉移〔27〕。

4 硫氧還蛋白與其他癌癥相關蛋白的關系

環氧化酶(COX)又稱前列腺素合成酶(PG)，是花生四烯酸(AA)合成各種內源性前列腺素(PGs))過程中的限速酶，其催化產生的PGs參與機體多種生理及病理過程，如發熱、炎癥、出凝血機制等。目前已知COX至少有兩種亞型，即COX-1和COX-2。COX-2在肝癌、胃癌、食道癌、肺癌、口腔癌和乳腺癌等癌癥組織中表達增高〔28～31〕，表達水平與癌癥組織類型和分化程度相關；在一些腫瘤中,COX -2與VEGF共表達。當COX -2過表達時可以促進腫瘤細胞增殖、抑制其凋亡、增加腫瘤細胞的侵襲力、誘導腫瘤血管生成。COX-2的這些性質與腫瘤的發生、發展密切相關。COX-2啟動子區存在低氧反應元件，TRX-1可以通過增強HIF-1α與COX -2啟動子的低氧反應元件的結合能力，上調COX-2的表達。TRX-1通過調節COX -2表達在癌癥的形成過程中發揮作用〔32〕。

5 總結與展望

在許多癌組織和癌細胞TRX表達增加，TRX的表達量越高病人的預后越差〔33～35〕。TRX與癌細胞的增殖、抗凋亡、浸潤和轉移等相關基因密切相關。那么,TRX到底是腫瘤促進因子還是腫瘤抑制因子呢？這取決于不同的細胞狀態和腫瘤發生的過程。在很多腫瘤細胞中TRX高表達，與CyclinD1，Bcl-2，MMPs等呈正相關,促進腫瘤生長，而在有些情況下，它與腫瘤抑制蛋白Nm23-H1呈正相關,抑制腫瘤生長，浸潤，轉移。總之，TRX-1在腫瘤組織中的高表達機制還有待進一步研究。

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