原蟲硫氧還蛋白研究進(jìn)展

熊　康,周金林

(1.上海師范大學(xué)生命與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，上海 200234；2.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)

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原蟲硫氧還蛋白研究進(jìn)展

熊康1,2,周金林2*

(1.上海師范大學(xué)生命與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，上海 200234；2.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(Trx )是一種廣泛存在于原核生物和真核生物中的小分子蛋白質(zhì)，它和硫氧還蛋白還原酶(TrxR)、還原型煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸Ⅱ(NADPH)共同構(gòu)成了硫氧還蛋白系統(tǒng)，是硫氧還蛋白系統(tǒng)的重要組成部分。頂復(fù)門原蟲作為胞內(nèi)寄生蟲，自身缺乏抗氧化的過氧化氫酶和谷胱甘肽過氧化物酶，依靠硫氧還蛋白系統(tǒng)抵抗宿主的氧化作用。論文介紹了原蟲Trx的結(jié)構(gòu)，從抗氧化應(yīng)激和蛋白結(jié)合等方面闡述了Trx的生物學(xué)活性及功能，介紹了Trx及其抑制劑在抗腫瘤等方面的研究進(jìn)展，為抗原蟲藥物的發(fā)現(xiàn)提供參考。

關(guān)鍵詞:原蟲；硫氧還蛋白；結(jié)構(gòu)；功能；抑制劑

頂復(fù)門原蟲是一類專一性的細(xì)胞內(nèi)寄生原蟲，包括巴貝斯蟲(Babesiaspp.)、弓形蟲(Toxoplasmagondii)、隱孢子蟲(Cryptosporidiumspp.)、瘧原蟲(Plasmodiumspp.)及艾美耳球蟲(Eimeriaspp.)等，是人和動(dòng)物的重要病原。這類原蟲具有相似的亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)和保守的入侵機(jī)制。當(dāng)這些寄生蟲寄生在紅細(xì)胞內(nèi)時(shí)，如惡性瘧原蟲，就會(huì)暴露在高濃度的活性氧中，而瘧原蟲自身缺乏抗氧化的過氧化氫酶和谷胱甘肽過氧化物酶。因此，瘧原蟲的生存取決于它的宿主細(xì)胞和其自身過氧化物酶的抗氧化能力。其中，瘧原蟲的硫氧還蛋白( thioredoxin,Trx )系統(tǒng)發(fā)揮著重要作用，被認(rèn)為是瘧原蟲抵御過氧化物的主要防線。本文針對(duì)近幾年國內(nèi)外關(guān)于原蟲Trx的研究現(xiàn)狀進(jìn)行綜述。

1原蟲硫氧還蛋白結(jié)構(gòu)

Trx是一種分子質(zhì)量大約為12 ku的小分子蛋白質(zhì)，分布十分廣泛，從古生菌、細(xì)菌到哺乳動(dòng)物都有分布。1964年，Moore E C等[1]首次將大腸埃希菌中發(fā)現(xiàn)的這種蛋白質(zhì)定義為Trx。隨后，1967年，他們?cè)诖笫蟮母伟┘?xì)胞中發(fā)現(xiàn)了此種蛋白[2]，1977年，Pigiets V P等[3]在大腸埃希菌中通過柱子層析純化得到硫氧還蛋白，并發(fā)現(xiàn)它參與到大腸埃希菌的一系列氧化還原反應(yīng)中。1991年，在豬的心臟組織中首次發(fā)現(xiàn)Trx2，1995年，Gasdaska P Y等[4]從哺乳動(dòng)物細(xì)胞中成功克隆出細(xì)胞質(zhì)中的Trx1和線粒體中的Trx2。從此，關(guān)于Trx的一系列研究相繼展開，近些年研究發(fā)現(xiàn)，Trx除了參加基本的氧化還原調(diào)節(jié)外，還參與機(jī)體其他許多重要的生命活動(dòng)，如生長因子作用、蛋白結(jié)合作用、抗凋亡作用等。因?yàn)槠渑c人類疾病的關(guān)系而受到人們的重視，人們?cè)谄つw損傷、阿爾茨海默病、腫瘤、人類免疫缺陷病毒感染等疾病中都發(fā)現(xiàn)有Trx的存在。目前，國內(nèi)外關(guān)于巴貝斯蟲Trx的報(bào)道很少，此前有過關(guān)于瘧原蟲Trx的報(bào)道，因巴貝斯蟲和瘧原蟲都屬于頂復(fù)門原蟲，因此可以將Trx作為治療巴貝斯蟲病的一個(gè)潛在藥物靶點(diǎn)。

Trx二級(jí)結(jié)構(gòu)是由4個(gè)β折疊和3個(gè)α螺旋組成的球狀蛋白，折疊順序?yàn)棣?、α1、β2、α2、β3、β4、α3[5]。各種生物的Trx都有相類似的活性中心和立體的三維結(jié)構(gòu)，4個(gè)β折疊構(gòu)成一個(gè)疏水核心，其外圍被3個(gè)α螺旋包繞著，活性中心位于β2折疊的尾部和α2螺旋的起始端之間，這種折疊結(jié)構(gòu)普遍存在于氧化還原蛋白家族中。Trx的保守序列主要為-Trp-Cys-Gly-Pro-Cys-(WCGPC)，它是Trx參與氧化還原反應(yīng)的重要活性位點(diǎn)，調(diào)節(jié)氧化還原活性的二硫鍵位于該保守序列中，活性部位由高度保守的殘基Trp81和Asp111之間的氫鍵穩(wěn)定[5]，這些高度保守的氨基酸對(duì)維持Trx的三維結(jié)構(gòu)也有很大的作用[6]。氧化型Trx(Trx-S2)含有二硫鍵，還原型Trx[Trx-(SH)2]含有巰基，Trx的還原機(jī)制在于其與底物X-S2結(jié)合后，在復(fù)合物的疏水環(huán)境中，Cys32的巰基作為親核物質(zhì)與蛋白底物結(jié)合形成共價(jià)鍵的二硫化物，最后去質(zhì)子的Cys35作用于此二硫化物的二硫鍵，釋放出被還原的蛋白底物，其自身從還原型變成氧化型，可以通過TrxR和NADPH的作用恢復(fù)到氧化型。

在惡性瘧原蟲中，包括3種能被TrxR還原的Trx1-3和2種硫氧還家族樣蛋白(Tlp1-2)[7]。在瘧原蟲的Trx中，Trx1是研究得最多的，它具有WCGPC活性位點(diǎn)，位于細(xì)胞質(zhì)中，包含105個(gè)氨基酸。Trx2活性位點(diǎn)為-Trp-Cys-Gln-Ala-Cys-(WCQAC)，它可以被TrxR還原，并且可以提供電子給硫氧還原蛋白過氧化物酶類(peroxiredoxins)[7]。Trx2僅位于線粒體中，由166個(gè)氨基酸構(gòu)成[8]。Trx2除了保守的原序列外，還包含了60個(gè)氨基酸殘基組成的N末端延伸，稱為引導(dǎo)序列。這段引導(dǎo)序列對(duì)于Trx2存在于線粒體內(nèi)部起關(guān)鍵作用，如果缺乏該序列，Trx2前體就不能成熟，并不能進(jìn)入線粒體而留在細(xì)胞質(zhì)[9]。由于Trx3重組蛋白的溶解性問題，其特征有待闡明。Trx3在體外可被TrxR還原，其在胰島素測定時(shí)很活躍，可用于胰島素法測Trx活性試驗(yàn)[7]。Trx3位于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)，在那里它可能通過形成二硫化物參與蛋白質(zhì)的折疊。Tlp1-2顯示出與Trx序列高度的同源性，但不能被TrxR還原。Tlp1位于胞質(zhì)中，活性位點(diǎn)為WCGPC，也可以用于胰島素法測Trx活性試驗(yàn)[7]。Tlp2位于線粒體，但其在線粒體氧化還原系統(tǒng)中的功能仍有待闡明，它以序列-Try-Cys-Ala-Pro-Cys-(WCAPC)作為其活性位點(diǎn)，但其詳細(xì)活性還未被研究。

2Trx的生物活性與功能

2.1抗氧化應(yīng)激作用

活性氧(reactive oxygen species,ROS)是已知的胞內(nèi)信號(hào)傳導(dǎo)級(jí)聯(lián)介體，ROS的過量產(chǎn)生會(huì)導(dǎo)致氧化應(yīng)激，使細(xì)胞功能的喪失，并最終凋亡或壞死。細(xì)胞內(nèi)氧化和抗氧化系統(tǒng)之間的平衡對(duì)細(xì)胞調(diào)節(jié)和適應(yīng)不同的生長條件至關(guān)重要，Trx與TrxR相結(jié)合是一種普遍存在的氧化還原酶系統(tǒng)，具有抗氧化和氧化還原調(diào)控作用。Trx在細(xì)胞里主要通過硫氧還蛋白過氧化物酶來發(fā)揮它的抗氧化特性，硫氧還蛋白過氧化物酶屬于抗氧化劑蛋白的保守家族，這個(gè)家族稱為非硒依賴的過氧化物酶蛋白家族(peroxiredoxins，Prdxs)。

還原型的硫氧還蛋白過氧化物酶清除的氧化劑主要有H2O2和烷基過氧化物，在這個(gè)過程中，硫氧還蛋白過氧化物酶和其他家族成員通過保守半胱氨酸(Cys)之間的二硫鍵形成二聚體。Trx能將氧化型硫氧還蛋白過氧化物酶還原成單體形式[10]。硫氧還蛋白過氧化物酶在人類紅血細(xì)胞里被發(fā)現(xiàn)，其作為抗氧化劑保護(hù)紅血細(xì)胞免受氧化劑的損傷。Trx去除細(xì)胞內(nèi)H2O2的另一種機(jī)制是通過硒和谷胱甘肽過氧化物酶，使用還原型谷胱甘肽來清除過氧化物。硒對(duì)硫氧還蛋白和谷胱甘肽過氧化物酶系統(tǒng)有不同的影響，它能增加硫氧還蛋白還原酶的活性，但不影響硫氧還蛋白過氧化物酶，以及可以提高谷胱甘肽過氧化物酶的活性，但不影響谷胱甘肽還原酶。因此，在過氧化物過量存在的情況下，增加硒的量可能會(huì)增加Trx/還原型谷胱甘肽的量。

在惡性瘧原蟲體內(nèi)，Trx1可以直接與氧化型谷胱甘肽結(jié)合，并有效地還原它，因此，Trx1可以作為對(duì)谷胱甘肽系統(tǒng)的補(bǔ)充[11]。Trx1通過直接解毒H2O2、叔丁基過氧化氫(tert-butylhydroperoxide，tBuOOH)、異丙苯過氧化氫(cumene hydroperoxide，CHP)和S -亞硝基谷胱甘肽(S-nitrosoglutathione)，發(fā)揮它的抗氧化應(yīng)激作用，還可以通過與抗壞血酸鹽(ascorbate)、硫辛酸( lipoic acid)和硫辛酰胺(lipoamid)共同作用，維持它的抗氧化應(yīng)激能力。此外，Trx1還可還原硫氧還蛋白依賴性過氧化物酶和瘧原蟲特異性硫醇蛋白[12]。Trx1與蛋白質(zhì)相互作用，參與蛋白質(zhì)折疊，轉(zhuǎn)錄和翻譯，糖酵解，血紅蛋白分解代謝和信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)，并且經(jīng)由硫醇交換機(jī)制可特異性還原S-腺苷甲硫氨酸合成酶(S-adenosylmethionine synthetase)、S-腺苷基-L-高半胱氨酸水解酶(S-adenosyl-L-homocysteine hydrolase)和鳥氨酸轉(zhuǎn)氨酶(ornithine-aminotransferase，OAT)。Trx1通過還原一個(gè)底物解合環(huán)的二硫鍵來激活OAT的酶活性，從而提高OAT與它底物的親和力，這可能對(duì)調(diào)節(jié)鳥氨酸穩(wěn)態(tài)和多胺合成對(duì)于細(xì)胞內(nèi)氧化還原狀態(tài)的起到相應(yīng)控制作用。在谷胱甘肽一部分與半胱氨酸殘基共價(jià)結(jié)合的基礎(chǔ)上，Trx1參與并調(diào)節(jié)S-谷胱甘肽蛋白質(zhì)翻譯后的修飾，導(dǎo)致該蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)或活性的改變，在還原條件下，谷胱甘肽一部分可以被氧化還原酶Trx1還原，從而恢復(fù)相應(yīng)的蛋白質(zhì)活性[13]。通過用NMR光譜對(duì)Trx1的結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)Trx1二硫鍵的形成導(dǎo)致Trx1總體結(jié)構(gòu)的變化，這可能是Trx與蛋白質(zhì)相互作用必須發(fā)生的改變。

2.2蛋白結(jié)合作用

當(dāng)惡性瘧原蟲感染紅細(xì)胞時(shí)，其生存取決于瘧原蟲數(shù)百種蛋白質(zhì)(自身蛋白質(zhì)組的5%～7%比例)輸出并包圍成液泡的能力。蛋白質(zhì)的輸出是由寄生蟲衍生的蛋白質(zhì)復(fù)合物——瘧原蟲輸出蛋白易位子(Plasmodiumtranslocon of exported proteins，PTEX)介導(dǎo)的，并且經(jīng)PTEX通過液泡膜之前，不同的蛋白質(zhì)需要被展開，這種展開由蛋白質(zhì)HSP101/ ClpB2解疊酶和Trx2執(zhí)行。當(dāng)瘧原蟲HSP101/ ClpB2有缺陷或缺乏Trx2時(shí)，蛋白質(zhì)的輸出大大受損。輸出的蛋白質(zhì)中25%是瘧原蟲生存和介導(dǎo)其毒力所必不可少的[14]。

該P(yáng)TEX由5個(gè)亞基組成，分別為EXP2、HSP101 / ClpB2、PTEX150、Trx2和PTEX88。其中EXP2、PTEX150和HSP101/ ClpB2 3個(gè)亞基組成PTEX的核心復(fù)合物，是蛋白質(zhì)的輸出通道，可以從瘧原蟲形成的液泡膜上提取[15]。膜上相關(guān)的亞基EXP2(exported protein-2)可能是一個(gè)候選的跨膜蛋白傳導(dǎo)孔，并且在結(jié)構(gòu)上類似于溶血素，細(xì)菌成孔溶細(xì)胞α-螺旋毒素[16]。用于輸出的蛋白質(zhì)受液泡分泌信號(hào)或瘧原蟲輸出元素(Plasmodiumexport element，PEXEL)調(diào)控，該P(yáng)EXEL的蛋白水解加工由內(nèi)質(zhì)網(wǎng)蛋白酶天冬氨酸蛋白酶V完成，以便蛋白質(zhì)能夠輸出[17]。蛋白質(zhì)在輸出之前需要被展開，展開由HSP101/ ClpB2和Trx2共同完成，其中Trx2與輸出蛋白質(zhì)結(jié)合，還原蛋白質(zhì)的二硫鍵以促進(jìn)輸出。

當(dāng)瘧原蟲缺乏PTEX150或HSP101/ ClpB2時(shí)，輸出蛋白會(huì)大量減少，減少的種類超出了形成液泡膜需要的種類。PTEX150或HSP101/ ClpB2適度的敲除對(duì)瘧原蟲完成其生命周期中的紅細(xì)胞階段的能力有很大的影響。當(dāng)突變的瘧原蟲缺乏TRX2或PTEX88時(shí)，其生命周期中的血液階段發(fā)展緩慢，生命活動(dòng)嚴(yán)重受損[18]。所以，EXP2，PTEX150或HSP101/ ClpB2在瘧原蟲血液感染階段發(fā)揮中心作用，PTEX88和Trx2在PTEX介導(dǎo)蛋白質(zhì)輸出有重要調(diào)控作用，也維持瘧原蟲正常的血液生長階段[19]。

所以，Trx2在瘧原蟲蛋白質(zhì)輸出過程中發(fā)揮重要作用，它是PTEX的重要亞基組成部分，輸出的蛋白質(zhì)要與Trx2結(jié)合，還原其二硫鍵，展開要輸出的蛋白質(zhì)，協(xié)助蛋白質(zhì)輸出。瘧原蟲Trx2的晶體結(jié)構(gòu)顯示出不同的靜電表面，使得瘧原蟲Trx2和人類硫氧還蛋白有著不同的作用機(jī)制。瘧原蟲Trx2靶向藥物可能會(huì)干擾蛋白質(zhì)分泌到宿主紅細(xì)胞，為抗瘧疾藥物的發(fā)現(xiàn)提供新的研究方向[20]。

另外，在哺乳動(dòng)物中，Trx2也發(fā)揮著蛋白結(jié)合作用。Trx可以與許多種細(xì)胞蛋白結(jié)合，這種蛋白結(jié)合僅發(fā)生在還原型Trx，而氧化型或突變型C32S/C35S的Trx不能與蛋白結(jié)合[21]。Trx與蛋白結(jié)合的機(jī)理尚未闡明，但可能涉及Trx一個(gè)催化位點(diǎn)的Cys和其他蛋白質(zhì)中的Cys之間形成了穩(wěn)定的二硫鍵。某種蛋白質(zhì)與Trx結(jié)合后，蛋白質(zhì)接收到的是凋亡信號(hào)調(diào)節(jié)激酶1(apoptosis signal-regulating kinase 1，ASK1)、ASK1是c-Jun N-末端激酶(c-Jun N-terminal kinase ，JNK)和p36 MAP激酶的活化劑，也參與TNF-α誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡[22]。還原型Trx能與ASK1的N端部分結(jié)合，以抑制其活性，ASK1的N端殘基去掉后不會(huì)影響ASK1的基本活性，而且ASK1也不會(huì)受Trx的調(diào)節(jié)。TNF-α?xí)餞rx的氧化導(dǎo)致Trx與ASK1的解離，從而ASK1會(huì)被激活，這可能有助于TNF-α誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡。但是，Trx與其他蛋白質(zhì)結(jié)合是否具有生理意義仍有待確定。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)Trx相關(guān)蛋白p32TrxL能與哺乳動(dòng)物STE-20樣(MST)激酶的催化片段結(jié)合。在CD95(FAS，載脂蛋白-1)誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡的過程中，MST被蛋白酶蛋白水解激活，已經(jīng)被證明能產(chǎn)生蛋白酶激活的下游凋亡信號(hào)[23]。

2.3Trx的其他作用

在哺乳動(dòng)物細(xì)胞中，Trx除了有蛋白結(jié)合作用外，生長因子作用和抗凋亡也是其重要功能。

Trx作為一種生長因子，可以由B細(xì)胞、T細(xì)胞以及肝癌細(xì)胞產(chǎn)生，也可以由淋巴細(xì)胞、肝細(xì)胞、成纖維細(xì)胞，以及各種癌細(xì)胞分泌，分泌發(fā)生的機(jī)理尚不清楚。Trx能刺激淋巴細(xì)胞、正常成纖維細(xì)胞和各種腫瘤細(xì)胞系的生長，它不是由Trx催化位點(diǎn)Cys32→Ser/Cys35→Ser的突變來刺激細(xì)胞的生長，Trx這種刺激細(xì)胞生長的機(jī)理表明它是一種非典型的生長因子。并不是所有的生長因子受到Trx的影響作用都會(huì)增強(qiáng)，例如乳腺癌細(xì)胞的MCF-7、胰島素、表皮生長因子的作用就不會(huì)增強(qiáng)，而白細(xì)胞介素2(IL-2)的作用會(huì)被增強(qiáng)1 000倍，堿性成纖維細(xì)胞生長因子(bFGF)的作用會(huì)被增強(qiáng)100倍。Trx也能增加各種細(xì)胞因子在細(xì)胞中的表達(dá)，包括IL-1、IL-2、L-6、IL-8和腫瘤壞死因子-α(TNF-α)，以及人類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎成纖維細(xì)胞中，誘導(dǎo)TNF-α表達(dá)IL-6和IL-8[24]。

Trx加入到培養(yǎng)基中，能防止由于L-半胱氨酸和谷胱甘肽耗竭誘導(dǎo)的淋巴樣細(xì)胞的細(xì)胞凋亡，還能防止B型慢性淋巴細(xì)胞白血病細(xì)胞因TNF-α分泌增加引起起的凋亡，起到保護(hù)B型慢性淋巴細(xì)胞白血病細(xì)胞的作用，這是這些細(xì)胞與自分泌生長相關(guān)的因素[25]。我們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，人Trx轉(zhuǎn)染到小鼠WEHI7.2淋巴樣細(xì)胞后，能抑制許多藥物誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡，這些藥物包括地塞米松、星形孢菌素、毒胡蘿卜素和依托泊苷。轉(zhuǎn)染Trx抑制的細(xì)胞凋亡與轉(zhuǎn)染抗凋亡癌基因Bcl-2抑制細(xì)胞凋亡的方案是類似的。當(dāng)接種到重癥聯(lián)合免疫缺陷(severe combined immunodeficiency，SCID)小鼠中，轉(zhuǎn)染Trx的細(xì)胞形成的腫瘤會(huì)更加迅速地增長，并顯示出比機(jī)體細(xì)胞或轉(zhuǎn)染Bcl-2的細(xì)胞更少的自發(fā)凋亡。在有地塞米松抑制的情況下，腫瘤也可以耐受而生長。因此推測在體內(nèi)，Trx為腫瘤提供了一個(gè)生存及生長優(yōu)勢，不像Bcl-2只提供生存優(yōu)勢，并且需要其他基因的變化來刺激腫瘤的生長[26]。Trx抗凋亡作用的機(jī)制現(xiàn)在還不清楚，如上所述Trx結(jié)合到ASK1介導(dǎo)的TNF-α誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡作用已經(jīng)提出。

3Trx抑制劑

Trx刺激生長的效應(yīng)在許多人的原發(fā)腫瘤中表達(dá)，這就提高了Trx有助于侵襲性腫瘤的生長和患者預(yù)后差的可能性。此外，因許多抗癌藥物引起的Trx抑制細(xì)胞凋亡是抵抗抗癌藥物細(xì)胞毒性作用的原因，有可能增加Trx可以引起化療耐藥。這些發(fā)現(xiàn)使Trx成為抑制癌細(xì)胞生長的藥物靶標(biāo)，幾種這樣的化合物也已確定，包括1-甲基羥丙基2-咪唑基二硫化物(1-methylhydroxypropyl 2-imidazolyl disulfide，PX12)，它被確定是通過與Cys73殘基結(jié)合的一種Trx抑制劑，被PX-12生長抑制的各種細(xì)胞株的半抑制濃度(half maximal inhibitory concentration，IC50)是8.1 μmol/L。在SCID小鼠體內(nèi)，PX-12已被證明具有對(duì)抗人類腫瘤異種移植物的體內(nèi)抗腫瘤活性。在人體腫瘤被PX-12抑制生長與Trx mRNA的表達(dá)密切相關(guān)。Trx的其他幾種抑制劑已經(jīng)確定，由美國國家癌癥研究所對(duì)60歲人腫瘤細(xì)胞系組進(jìn)行測試，從超過50 000種化合物中得到的，這幾種抑制劑具有類似的PX-12細(xì)胞殺傷活性。一種化合物叫2,5-雙[(二甲基氨基)甲基]環(huán)戊酮( 2,5-bis[(dimethylamino)methyl]cyclopentanone，NSC131233)，它是Trx的不可逆抑制劑，它的IC50為1.0 μmol/L。

Trx還原其他蛋白是通過半胱氨酸的巰基/二硫鍵的互變。殘基C82的巰基可能是第1個(gè)親核點(diǎn)去攻擊底物蛋白的二硫化物，Trx和其底物之間以分子間二硫鍵連接，然后由殘基C85的巰基發(fā)動(dòng)第2輪親核攻擊，最后釋放還原底物。含金元素的藥物表現(xiàn)為巰基和硒的活性物質(zhì)，容易與巰基結(jié)合。特別是金-有機(jī)金屬化合物，如AURO-硫代蘋果酸和AURO-硫葡萄糖在體內(nèi)和體外都表現(xiàn)出很有效的抗瘧疾作用。這兩種藥物對(duì)治療類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎是行之有效的，也是潛在的抗錐蟲和抗利什曼原蟲藥[26]。它們是公認(rèn)的硫氧還蛋白還原酶抑制劑，該酶可以使Trx從氧化態(tài)變成還原態(tài)。AURO-丁二鈉也能抑制瘧原蟲Trx，強(qiáng)親硫的金原子可能與Trx中C82、C85的2個(gè)巰基進(jìn)行類似的作用。

目前，已有關(guān)于Trx或TrxR靶向治療的報(bào)導(dǎo)。莫特沙芬釓(motexafin gadolinium， MGd)可以通過間接抑制Trx的活性而延緩腫瘤的生長。在Trx-1轉(zhuǎn)染的人乳腺癌細(xì)胞系MCF-7中，Trx-1可能通過上調(diào)抑癌基因p53的表達(dá)，從而有效地抑制順鉑誘導(dǎo)的人乳腺癌細(xì)胞程序性死亡。在有關(guān)肝細(xì)胞癌的研究中，Trx被證實(shí)可抑制順鉑誘導(dǎo)的程序性細(xì)胞凋亡，表明在肝細(xì)胞癌的治療中Trx可作為重要的藥物治療靶標(biāo)。有人在人乳腺癌細(xì)胞系MCF-7中利用三氧化二砷來抑制TrxR的活性時(shí)發(fā)現(xiàn)，癌細(xì)胞的生長活性降低，即三氧化二砷可通過硫氧還蛋白系統(tǒng)途徑來治療癌癥。

4小結(jié)

有關(guān)哺乳動(dòng)物Trx的報(bào)道較為廣泛深入，研究表明其具有多種生物活性，包括抗氧化劑、蛋白結(jié)合、生長刺激、抑制細(xì)胞凋亡等。Trx的二聚體形式可導(dǎo)致其氧化還原活性喪失。Trx在原蟲中的研究相對(duì)較少，尤其是巴貝斯蟲。此前有過關(guān)于瘧原蟲Trx的報(bào)道，由于瘧原蟲類原核生物缺乏抗氧化的過氧化物酶，因此，瘧原蟲依賴它的宿主細(xì)胞和其自身過氧化物酶的抗氧化能力，這些都涉及硫氧還蛋白系統(tǒng)，此系統(tǒng)被認(rèn)為是瘧原蟲對(duì)抗過氧化物主要防線的代表，硫氧還蛋白是過氧化物酶中的一個(gè)重要代表。巴貝斯蟲和瘧原蟲都屬于頂復(fù)門原蟲，有關(guān)瘧原蟲的研究為巴貝斯蟲Trx功能探索提供了一定的借鑒和參考，使Trx成為具備了成為新的藥物靶點(diǎn)的可能，為治療巴貝斯蟲病提供了新的方法。

參考文獻(xiàn)：

[1]Laurent T C,Moore E C,Reichard P.Enzymatic synthesis of deoxyribonucleotides. Ⅳ. Isolation and characterizationof thioredoxin,the hydrogen donor fromEscherichiacoliB[J].J Biol Chem,1964,239:3436-3444.

[2]Moore E C,Reichard P.A thioredoxin-thioredoxin reductase system from rat tumor[J].Biochem Biophys Res Commun,1967,29(3):264-268.

[3]Pigiet V P,Conley R R.Purification of thioredoxin,thioredoxin reductase,and glutathione reductase by affinity chromatography[J].J Biol Chem,1977,252(18):6367-6372.

[4]Gasdaska P Y,Gasdaska J R,Cochran S.Cloning and sequencing of human thioredoxin reductase[J].FEBS Lett,1995,373(1):5-9.

[5]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.

[6]Jortzik E,Becker K.Thioredoxin and glutathione systems inPlasmodiumfalciparum[J].Int Med Microbiol,2012,302(4-5):187-194.

[7]Andricopulo A D,Akoachere M B,Krogh R,et al.Specific inhibitors ofPlasmodiumfalciparumthioredoxin reductase as potential anti-malarial agents[J].Bioorg Med Chem Lett,2006,16(8):2283-2292.

[8]Mccarver A C,Lessner D J.Molecular characterization of the thioredoxin system fromMethanosarcinaacetivorans[J].FEBS J,2014,281(20):4598-4611.

[9]Chen Y,Cai J,Jones D P.Mitochondrial thioredoxin in regulation of oxidant-induced cell death[J].FEBS Lett,2006,580(28-29):6596-6602.

[10]Hakimi H,Goto Y,Suganuma K,et al. Development of monoclonal antibodies againstPlasmodiumfalciparumthioredoxin peroxidase 1 and its possible application for malaria diagnosis[J].Exp Parasitol,2015,154:62-66.

[11]Becker K,Kanzok S M,Iozef R,et al.Plasmoredoxin,a novel redox-active protein unique for malarial parasites[J].Eur J Biochem,2003,270(6):1057-1064.

[12]Kehr S,Jortzik E,Delahunty C,et al.Protein S-glutathionylation in malaria parasites[J].Antioxid Redox Signal,2011,15(11):2855-2865.

[13]Waterkeyn J G,Wickham M E,Davern K M,et al.Targeted mutagenesis ofPlasmodiumfalciparumerythrocyte membrane protein 3 (PfEMP3) disrupts cytoadherence of malaria-infected red blood cells[J].EMBO J,2012,19(12):2813-2823.

[14]Bullen H E,Charnaud S C,Kalanon M,et al.Biosynthesis, localisation and macromolecular arrangement of thePlasmodiumfalciparumtranslocon of exported proteins(PTEX)[J].J Biol Chem,2012,287(11):7871-7884.

[15]Lee S,Min K S,Dotimas J,et al.Thioredoxin-interacting protein regulates protein disulfide isomerases and endoplasmic reticulum stress[J].EMBO Mol Med,2014,6(6):732-743.

[16]Russo I,Babbitt S,Muralidharan V,et al.PlasmepsinV licenses Plasmodium proteins for export into the hosterythrocyte[J].Nature,2010,463 (7281):632-636.

[17]Matthews K,Kalanon M,Chisholm S A,et al.ThePlasmodiumtranslocon of exported proteins (PTEX) component thioredoxin-2 is important for maintaining normal blood-stagegrowth[J].Mol Microbiol,2013,89(6):1167-1186.

[18]Matz J M,Matuschewski K,Kooij T W.Two putative protein export regulators promotePlasmodiumblood stage developmentinvivo[J].Mol Biochem Parasitol,2013,191(1):44-52.

[19]Sharma A,Dixit S.Structural insights into thioredoxin-2:a component of malaria parasite protein secretion machinery[J].Sci Rep,2011,1:179.

[20]Genc A,Kalelioglu T,Karamustafalioglu N,et al.Level of plasma thioredoxin in male patients with manic episode at initial and post-electroconvulsive or antipsychotic treatment[J].Psych Clin Neurosci,2015,69(3):344-350.

[21]Hakimi H,Suganuma K,Usui M.Plasmodiumknowlesithioredoxin peroxidase 1 binds to nucleic acids and has RNA chaperone activity[J].Parasitol Res,2014,113(11):3957-3962.

[22]Arodin L,Miranda-Vizuete A,Swoboda P,et al.Protective effect of the thioredoxin and glutaredoxin systems in dopamine induced cell death[J].Free Radic Biol Med,2014,73:328-336.

[23]Nilsson J,Soderberg O,Nilsson K,et al.Thioredoxin prolongs survival of B-type chronic lymphocytic leukemia cells[J].Blood,2000,95(4):1420-1426.

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

[25]Bobba A,Casalino E,Petragallo V A,et al.Thioredoxin/thioredoxin reductase system involvement in cerebellar granule cell apoptosis[J].Apoptosis,2014,19(10):1497-1508.

[26]Colotti G,Ilari A,Fiorillo A,et al.Metal-based compounds as prospective antileishmanial agents: inhibition of trypanothione reductase by selected gold complexes[J].Chem Med Chem,2013,8(10):1634-1637.

Progress on Thioredoxin of Protozoa

XIONG Kang1,2, ZHOU Jin-lin2

(1.CollegeofLifeandEnvironmentScience,ShanghaiNormalUniversity,Shanghai，200234,China; 2.ShanghaiVeterinaryResearchInstituteofChineseAcademyofAgriculturalSciences，KeyLaboratoryoftheMinistryofAgricultureAnimalParasitology，Shanghai，200241，China)

Abstract:Thioredoxin (Trx), involved in the thioredoxin system with thioredoxin reductase (TrxR) and NADPH,is a small molecule protein and widely presents in prokaryotes and eukaryotes.Apicomplexan protozoa, as intracellular parasites, are lack of antioxidant enzymes catalase and glutathione peroxidase.They rely on the thioredoxin system to resist host oxidation.This paper described the structure of protozoa Trx and the biological activity and function of Trx from oxidative stress and protein binding, and also introduced the research progress about Trx inhibitors on anti-tumor,and provided new research directions for the discovery of anti-protozoal drugs.

Key words:protozoa; thioredoxin; structure; function; inhibitor

文章編號(hào):1007-5038(2016)04-0077-05

中圖分類號(hào):S852.72;Q51

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A

作者簡介：熊康(1988―)，男，湖南益陽人，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：2015-08-11