硫氧還蛋白-1在胰腺炎時的表達及其作用

鐘衛(wèi)一 唐國都

·綜述與講座·

硫氧還蛋白-1在胰腺炎時的表達及其作用

鐘衛(wèi)一 唐國都

硫氧還蛋白-1(thioredoxin-1，Trx-1)是一種廣泛分布的氧化還原蛋白，通過二硫化物活性中心可逆地催化許多氧化還原反應(yīng)，具有抗氧化和抗炎作用。胰腺炎的病程存在著氧化應(yīng)激和炎性細胞浸潤，Trx-1作為一種內(nèi)生的抗氧化劑，通過直接清除活性氧發(fā)揮抗氧化作用，通過減少致炎細胞因子的表達，發(fā)揮間接抗炎、抗氧化作用。重組Trx-1能抑制中性粒細胞浸潤，減輕胰腺和肺的炎癥，可作為一種新的治療急性胰腺炎的策略。

一、Trx-1的結(jié)構(gòu)

Trx-1分子質(zhì)量約為12 000，具有一個高度保守的含二硫化物的氧化還原活性中心(Cys32-Gly-Pro-Cys35，CGPC)，廣泛分布在從大腸桿菌到人類的有機體中[1-2]。大腸桿菌的Trx-1結(jié)構(gòu)研究得最為詳盡。它是一個結(jié)構(gòu)緊密的球狀蛋白質(zhì)，由5條β鏈折疊構(gòu)成一個疏水中心，外圍被4個α螺旋纏繞；高度保守的活性位點序列(-Trp-Cys-Gly-Pro-Cys-)將第2個β鏈折疊和第2個α螺旋連接起來，形成了第2個螺旋的第1個轉(zhuǎn)角。Trx-1還原作用的機制是還原型Trx-1的疏水面與底物X-S2結(jié)合后，在復(fù)合物的疏水環(huán)境中，Cys-32的巰基和蛋白質(zhì)底物結(jié)合形成共價鍵的二硫化物，最后去質(zhì)子化的Cys-35攻擊Cys32-S-S-蛋白質(zhì)二硫鍵，釋放還原蛋白質(zhì)底物，形成Trx-Cys32-Cys35-二硫化物，再被Trx-1還原酶還原[3]。

人和其他哺乳動物Trx-1的結(jié)構(gòu)還含有3個其他的Cys殘基[4]，即Cys-62、Cys-69、Cys-73。這3個Cys殘基及新近發(fā)現(xiàn)的Tyr-49殘基[5]，對氧化還原活性中心的功能起修飾抑制作用。Cys-62和Cys-69組成另一個含二硫化物的活性位點，位于一個α螺旋內(nèi)，鄰近CGPC活性中心，在氧化還原信號或氧化應(yīng)激條件下，短暫地抑制Trx-1活動，使之有更多的時間感受和傳輸氧化的信號。給予低濃度的丙烯醛，優(yōu)先修飾的是Trx-1的Cys-73，而不是活性位點的Cys-32和Cys-35，或調(diào)控位點的Cys-62 和Cys-69，這可能是因為Cys-73在活性位點比其他半胱氨酸殘基更容易獲得。哺乳動物Trx-1的結(jié)構(gòu)和功能比大腸桿菌更為高級，在大腸桿菌Trx-1只含有兩個半胱氨酸的催化部位，而在哺乳動物還觀察到其他3個調(diào)控Trx-1的半胱氨酸。

二、Trx-1抗氧化作用

Trx-1系統(tǒng)存在于細胞質(zhì)和細胞核，其關(guān)鍵作用是調(diào)節(jié)細胞的氧化還原。氧化型Trx-1含有二硫鍵，還原型Trx-1含有巰基，通過二硫鍵和巰基的互換來實現(xiàn)其氧化還原的功能調(diào)節(jié)，對細胞內(nèi)的氧化與抗氧化系統(tǒng)之間的平衡發(fā)揮著至關(guān)重要作用[2]。此外，分泌到細胞外的Trx-1還能從細胞外運送到細胞內(nèi)，因此，它能在細胞膜內(nèi)外穿梭循環(huán)[2]。

Trx-1的抗氧化作用可加速抗鏈激酶-1(antistrepto-kinase-1，ASK1)的還原。ASK1位于一個主要的氧化還原途徑的上游。ASK1氧化可進一步激活Jun的N-未端激酶(JNK)，誘導細胞凋亡。Nadeau等[6]發(fā)現(xiàn)，細胞暴露于H2O2造成ASK1快速氧化，通過鏈間二硫鍵的形成導致Ask1多聚化，在H2O2誘導后幾分鐘內(nèi)，氧化型ASK1又完全還原，在這個還原期間，Trx-1變?yōu)榕cASK1共價鍵結(jié)合；過量表達的Trx-1可加速ASK1的還原。細胞在H2O2處理后，氧化型ASK1的保持需要進一步激活A(yù)SK1的下游信號。Saitoh等[7]發(fā)現(xiàn)，Trx-1直接約束ASK1的N端，抑制ASK1激酶活性及依賴ASK1的細胞凋亡。Trx-1氧化還原的狀態(tài)調(diào)節(jié)Trx-1和 ASK1之間的相互作用，因為氧化還原無效的Trx-1的雙突變體(在cys-32 和cys-35位點突變)不能約束ASK1 。但Trx-1單突變體( Cys-32或Cys-35 )仍能約束ASK1的活性和能力，阻止ASK1氧化，抑制ASK1誘導細胞凋亡[8]。JNK可下一步激活促凋亡Bcl-2家族蛋白(Bim、Bak、Bax)，使之釋放促凋亡因子如細胞色素C[9]。但目前還不清楚ASK1促凋亡活性是否完全依賴于下游目標如JNK。 Zhang等[10]研究表明，位于細胞質(zhì)的ASK1與Trx-1形成一個復(fù)合物處于靜止狀態(tài)。促凋亡刺激物TNF和氧化應(yīng)激促使Trx-1從ASK1游離，通過細胞色素C的釋放、細胞凋亡蛋白酶-3的活化和核碎裂，提高線粒體依賴的凋亡。相反，Trx-1過量表達協(xié)同阻止TNF、ROS、ASK1誘導的細胞死亡。

Trx-1在維持高GSH/GSSG比例中發(fā)揮作用。在缺乏谷胱甘肽還原酶的釀酒酵母突變體，會積累高水平的氧化型谷胱甘肽，二硫鍵形式的谷胱甘肽占總谷胱甘肽63%，而野生型只有6%。然而，在Trx雙突變(Trx-1和Trx-2)時，氧化型谷胱甘肽占總谷胱甘肽的比例從6% 增加到22%[11]。其他生物，如黑腹果蠅和岡比亞按蚊不具有典型的谷胱甘肽還原酶[12-13]。在這些生物體，Trx系統(tǒng)能減弱氧化谷胱甘肽的能力，維持GSH/GSSG高比例[14]。

三、硫氧還蛋白-1在胰腺炎時的表達及作用

Trx-1作為一種內(nèi)生的抗氧化劑，在急性胰腺炎時,當胰腺的超氧化物歧化酶和谷胱甘肽過氧化物酶被耗盡后可能發(fā)揮關(guān)鍵性作用。在胞質(zhì)，Trx-1通過直接清除活性氧發(fā)揮抗氧化作用；在胞核，Trx-1通過抑制IkB-α的磷酸化，遏制NF-kB的活化，減少致炎細胞因子的表達，發(fā)揮間接抗炎、抗氧化作用[15]。給予外源性Trx-1可清除細胞外的活性氧，還能穿透細胞膜,進入胞質(zhì)清除細胞內(nèi)活性氧[16]，減輕氧化應(yīng)激反應(yīng)，減輕實驗動物的組織損傷、降低實驗動物的死亡率[16-17]。Ohashi等[17]給轉(zhuǎn)基因小鼠(該鼠能高表達人類Trx-1)和C57BL/6小鼠(作為對照)腹腔注射雨蛙素誘發(fā)實驗性急性胰腺炎，并用脂多糖加重。結(jié)果顯示，轉(zhuǎn)基因鼠Trx-1的過量表達明顯減輕實驗性急性胰腺炎的嚴重性。Trx-1過量表達抑制了中性粒細胞浸潤、氧化應(yīng)激和下調(diào)IkB-α， 從而抑制了胰腺的致炎性細胞因子、TNF-α、IL-1β、IL-6、中性粒細胞趨化物、角質(zhì)形成細胞衍生趨化因子的釋放，誘導一氧化氮合酶的表達。給予重組Trx-1也能抑制中性粒細胞浸潤，減輕胰腺和肺的炎癥，并減少了動物死亡率[17]。提示Trx-1可能作為一種新的治療策略，改善重癥急性胰腺炎的預(yù)后。

Ohashi等[18]檢測重癥急性胰腺炎和輕癥急性胰腺炎患者的血清Trx-1水平，結(jié)果提示前者高于后者。若把預(yù)測重癥急性胰腺炎的Trx-1臨界值定為100 ng/ml時，其敏感性、特異性和準確性分別為83.3%、94.4%和90.7%。因此，他們認為Trx-1是評估AP的嚴重性與氧化應(yīng)激的一個可靠指標。

慢性胰腺炎被認為是胰腺反復(fù)損傷的結(jié)果，持續(xù)產(chǎn)生各種致炎細胞因子和趨化因子與其發(fā)病密切相關(guān)。單核細胞趨化蛋白-1被認為有助于慢性胰腺炎發(fā)展。Ohashi等[19]在研究應(yīng)用高表達Trx-1的轉(zhuǎn)基因小鼠和野生型C57BL/6小鼠模型，持續(xù)6周反復(fù)給予雨蛙素和脂多糖以誘導慢性胰腺炎。結(jié)果在Trx-1轉(zhuǎn)基因小鼠，胰腺萎縮改善，炎性細胞的浸潤和假性腫瘤復(fù)合體的形成減少；過量表達的Trx-1也減弱胰腺囊性纖維化，抑制胰腺星狀細胞的激活。與野生型小鼠相比較，Trx-1轉(zhuǎn)基因小鼠血清單核細胞趨化蛋白-1水平和胰腺表達的轉(zhuǎn)化生長因子-β、血小板衍生生長因子、單核細胞趨化蛋白-1顯著減少。在分離的胰腺腺泡細胞，Trx-1的過量表達也能降低H2O2誘導單核細胞趨化蛋白-1的產(chǎn)生[19]。這些結(jié)果表明，Trx-1通過抑制氧化應(yīng)激和單核細胞趨化蛋白-1減輕胰腺纖維化。

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2009-10-19)

(本文編輯：屠振興)

10.3760/cma.j.issn.1674-1935.2010.03.029

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鐘衛(wèi)一，Email:zhongweiyi720126@yahoo.cn