硫氧還蛋白還原酶2在惡性腫瘤中的研究進(jìn)展

吳逸飛 綜述 劉寶剛 審校

硫氧還蛋白還原酶(TrxR)是一類二聚體硒蛋白，在生物體內(nèi)起著抗氧化防御作用和參與細(xì)胞氧化還原狀態(tài)的調(diào)節(jié)[1-2]。在真核生物體中，TrxR共有三種同工酶，TrxR1主要分布于細(xì)胞質(zhì)，TrxR2主要分布于線粒體，TrxR3主要分布在睪丸組織中。通過對(duì)線粒體中分布的TrxR2的生物學(xué)功能的研究，推測(cè)它可能保護(hù)細(xì)胞避免受線粒體介導(dǎo)的氧化應(yīng)激引起的損傷影響，這一發(fā)現(xiàn)與Trx在線粒體中的獨(dú)特存在形式有關(guān)[3-6]。但是最近的基礎(chǔ)研究發(fā)現(xiàn)，TrxR2在多種惡性腫瘤組織中表達(dá)上調(diào)，其表達(dá)情況遠(yuǎn)高于癌旁組織與正常組織，推測(cè)TrxR2可能為惡性腫瘤細(xì)胞中的原癌基因異常表達(dá)提供了庇護(hù)作用，從而減少凋亡并促進(jìn)癌細(xì)胞增殖[7-8]。在TrxR2高表達(dá)的腫瘤組織中，HIF-1信號(hào)通路活化，VEGF表達(dá)上調(diào)，推測(cè)TrxR2與腫瘤血管內(nèi)皮細(xì)胞的形成及腫瘤細(xì)胞的遷移密切相關(guān)[9]。另外，TrxR2的過表達(dá)使得腫瘤細(xì)胞對(duì)生長(zhǎng)因子的敏感性增加，也增加了腫瘤細(xì)胞耐藥的可能，現(xiàn)認(rèn)為TrxR2的過度表達(dá)與癌癥預(yù)后不良和治療抵抗相關(guān)，因此抑制TrxR2的活性可能是治療癌癥的新策略[10]。本文旨在對(duì)TrxR2在幾種惡性腫瘤中的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述，據(jù)此探究TrxR2能否成為惡性腫瘤的生物學(xué)標(biāo)志物，并作為腫瘤治療的新靶點(diǎn)。

1 TrxR2在惡性腫瘤中作用

過氧化物及自由基可以造成內(nèi)源性的細(xì)胞損傷，一旦超過了內(nèi)源性細(xì)胞的抗氧化能力，就會(huì)產(chǎn)生“氧化應(yīng)激”效應(yīng)，導(dǎo)致脂質(zhì)過氧化和DNA損傷，過量活性氧簇(ROS)又可以通過釋放細(xì)胞色素C來觸發(fā)細(xì)胞凋亡。當(dāng)細(xì)胞發(fā)生氧化應(yīng)激損傷時(shí)，硫氧還蛋白系統(tǒng)活化對(duì)抗細(xì)胞質(zhì)或線粒體中的自由基，并且調(diào)節(jié)細(xì)胞核中的下游基因的轉(zhuǎn)錄因子，從而使得細(xì)胞免受氧化應(yīng)激損傷，避免了正常細(xì)胞的惡性增殖。但是，Lincoln等報(bào)道TrxR在具有高增殖能力、低細(xì)胞凋亡率和易發(fā)生轉(zhuǎn)移的腫瘤中表達(dá)上調(diào)，如乳腺癌、甲狀腺癌、前列腺癌和消化道惡性腫瘤[11]。Ylermi等報(bào)道Trx和TrxR也在肺癌中高度表達(dá)[12]。也有研究發(fā)現(xiàn)在肝細(xì)胞癌組織中TrxR2表達(dá)上調(diào)，推測(cè)可能參與肝細(xì)胞癌的發(fā)生發(fā)展[13]。另外，Hellfritsch等[9]研究TrxR2在惡性腫瘤中的作用機(jī)制時(shí)發(fā)現(xiàn)，抑制線粒體中的TrxR2活性，會(huì)影響到HIF-1信號(hào)通路，VEGF表達(dá)下調(diào)，最后腫瘤細(xì)胞血管內(nèi)皮生成受到干擾，增殖受到抑制。鉑類化合物、金制劑、姜黃素等[14-18]細(xì)胞毒藥物能夠抑制TrxR的活性，從而抑制癌細(xì)胞的抗氧化能力，誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞凋亡。其中，TrxR2過量表達(dá)的腫瘤組織，在姜黃素存在下出現(xiàn)了更高的ROS積累，同時(shí)也降低了抗腫瘤藥的耐藥性[19]。上述研究均提示TrxR2在惡性腫瘤組織中高表達(dá)可能促進(jìn)腫瘤細(xì)胞的發(fā)生發(fā)展，并與抗腫瘤藥物的耐藥密切相關(guān)。

2 TrxR2與惡性腫瘤

2.1 TrxR2與非小細(xì)胞肺癌(NSCLC)

最近的研究發(fā)現(xiàn)，TrxR2在NSCLC腫瘤組織中表達(dá)上調(diào)，且在小于60歲的患者、發(fā)生淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移的患者、預(yù)后較差的患者中表現(xiàn)的更加明顯。楊拴盈等[10]通過免疫組化法研究90例術(shù)后的NSCLC患者，其中56例患者存在淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移，TrxR2表達(dá)上調(diào)者占66.1%(37/56)，34例無淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移患者中TrxR2表達(dá)上調(diào)者占41.2%(14/34)，分析得出TrxR2的高表達(dá)可能與NSCLC淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移相關(guān)。同時(shí)，分別對(duì)這些患者進(jìn)行18個(gè)月的隨訪，其中TrxR2高表達(dá)的患者總生存率為64.7%(33/51)，TrxR2表達(dá)下調(diào)的患者總生存率為71.8%(28/39)，分析得出TrxR2高表達(dá)的患者預(yù)后較差。但是，由于樣本量小，隨訪時(shí)間短，且TrxR1在惡性胸膜間皮瘤中的表達(dá)情況與預(yù)后未表現(xiàn)出相關(guān)性，所以TrxR2能否指導(dǎo)預(yù)后還需深入研究。

NSCLC的發(fā)生要經(jīng)歷一個(gè)漫長(zhǎng)和復(fù)雜的進(jìn)程，針對(duì)其中涉及到的遺傳和表觀遺傳的變化，探索NSCLC更有效的治療策略至關(guān)重要[20]。目前對(duì)NSCLC病因的研究發(fā)現(xiàn)，氧化應(yīng)激與其發(fā)病機(jī)制有關(guān)[21]。由于腫瘤細(xì)胞在氧化應(yīng)激狀態(tài)下增殖，所以會(huì)過度依賴于硫氧還蛋白系統(tǒng)來抵抗這種氧化應(yīng)激損傷。TrxR2在包括NSCLC在內(nèi)的多種癌癥中表達(dá)上調(diào)[22-23]，并且通過活化HIF-1α促進(jìn)血管形成，還參與了腫瘤進(jìn)展[5]，抗細(xì)胞凋亡和保持應(yīng)激失調(diào)的腫瘤細(xì)胞信號(hào)通路的傳導(dǎo)[24-25]。傳統(tǒng)的細(xì)胞毒藥物抗腫瘤原理主要是基于氧化應(yīng)激機(jī)制，TrxR2的過表達(dá)也增加了抗腫瘤藥物的耐藥可能，因此應(yīng)用TrxR2的抑制劑治療NSCLC可能是一種新策略[9-10]。Jayakumar等[18]研究發(fā)現(xiàn)應(yīng)用姜黃素抑制TrxR2的活性不但可以抑制NSCLC細(xì)胞增殖，而且還能夠誘導(dǎo)G1/S期細(xì)胞凋亡以及誘導(dǎo)細(xì)胞周期停滯。在檢查姜黃素治療后線粒體DNA損傷程度時(shí)發(fā)現(xiàn)每10 kb DNA就會(huì)出現(xiàn)5個(gè)堿基對(duì)斷裂，而沒有觀察到細(xì)胞核DNA的損傷。因此，姜黃素可能是一種有效的抗腫瘤藥物，也可能作為佐劑與傳統(tǒng)的化療藥物一起治療過度表達(dá)TrxR2的NSCLC。體外實(shí)驗(yàn)也證實(shí)了通過抑制TrxR2的活性，可以抑制NSCLC細(xì)胞的侵襲和遷移，并誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡[10]。因此，TrxR2在NSCLC的發(fā)生發(fā)展中起到一定的生物學(xué)作用，可能是NSCLC治療的潛在靶標(biāo)。

2.2 TrxR2與肝細(xì)胞癌

TrxR-Trx-Prx系統(tǒng)可能通過調(diào)控細(xì)胞氧化還原狀態(tài)，在細(xì)胞生長(zhǎng)和轉(zhuǎn)化過程中發(fā)揮重要作用，既往的研究發(fā)現(xiàn)Trx Ⅰ在肝細(xì)胞癌組織中表達(dá)明顯升高[26]，且Trx Ⅰ的高表達(dá)與鉑類化合物的敏感性下降有關(guān)[27]。硫氧還蛋白Ⅱ(Trx Ⅱ)、TrxR2和過氧氧化還原酶Ⅲ(Prx Ⅲ)廣泛分布于肝細(xì)胞線粒體中，在調(diào)節(jié)線粒體氧化還原狀態(tài)中起關(guān)鍵作用，尤其是能夠?qū)笻2O2產(chǎn)生的氧化損傷起到防御作用。為了研究ThxR2和Prx Ⅲ的表達(dá)情況與肝細(xì)胞癌關(guān)系，一項(xiàng)基礎(chǔ)試驗(yàn)[13]通過免疫組織化學(xué)方法研究了58例石蠟包埋的肝細(xì)胞癌組織中TrxR2和Prx Ⅲ的表達(dá)情況。TrxR2和Prx Ⅲ的標(biāo)記指數(shù)在腫瘤組織中明顯高于癌旁組織和正常組織。在58例病理標(biāo)本中，腫瘤組織中的TrxR2表達(dá)水平高于癌旁組織和正常組織的共有39例(67.2%)，TrxR2在腫瘤組織中低表達(dá)有11例標(biāo)本(19.0%)。與癌旁組織和正常組織相比，腫瘤組織中的Prx Ⅲ表達(dá)上調(diào)的有23例(39.7%)，表達(dá)下調(diào)的有18例(31.0%)?？傮w結(jié)果提示，TrxR2或Prx Ⅲ的表達(dá)上調(diào)可能與肝細(xì)胞癌的發(fā)生和進(jìn)展相關(guān)。迄今為止，該研究的關(guān)系TrxR2在肝細(xì)胞癌組織中過表達(dá)還是首次報(bào)道。為明確TrxR2參與肝細(xì)胞癌調(diào)控的具體分子機(jī)制，還需擴(kuò)大樣本量，作更深入的臨床研究。

2.3 TrxR2與前列腺癌

最近研究[28]發(fā)現(xiàn)miRNA在前列腺癌中過表達(dá)，其中miR-17-92簇編碼6種miRNA(包括miR-17，miR-18a，miR-19a，miR-20a，miR-19b-1和miR-92)，在多種類型的惡性腫瘤組織被發(fā)現(xiàn)擴(kuò)增。有研究發(fā)現(xiàn)miR-17的配體miR-17*在前列腺癌細(xì)胞中轉(zhuǎn)染后顯著降低了抗氧化蛋白的表達(dá)水平，用這種抑制線粒體中重要的抗氧化酶，如錳超氧化物歧化酶(MnSOD)、谷胱甘肽過氧化物酶-2(GPX2)和TrxR2的方法，可以間接的抑制前列腺癌的發(fā)生發(fā)展。研究腫瘤細(xì)胞供能機(jī)制時(shí)發(fā)現(xiàn)，腫瘤細(xì)胞有氧糖酵解呈高比例出現(xiàn)，這說明依靠線粒體有氧糖酵解也是腫瘤細(xì)胞增殖所需的供能方式[29]，快速增殖的腫瘤細(xì)胞的高代謝也會(huì)造成線粒體中蓄積大量的ROS，同樣線粒體也需要活化抗氧化防御系統(tǒng)來應(yīng)對(duì)高水平的ROS[30-31]。這些抗氧化酶是線粒體中抗氧化系統(tǒng)的主要組成部分，它們相互協(xié)同來去除線粒體中產(chǎn)生的ROS。而miR-17*是位于線粒體中的三種重要抗氧化酶的負(fù)性調(diào)節(jié)因子，能夠下調(diào)這些抗氧化酶的表達(dá)，導(dǎo)致ROS的積累，增加腫瘤細(xì)胞毒性，使腫瘤細(xì)胞死亡。由此可見，對(duì)抗氧化系統(tǒng)的選擇性抑制可能成為干預(yù)腫瘤進(jìn)展的一個(gè)重要策略。

2.4 TrxR2與宮頸癌

高危人乳頭瘤病毒(Human papilloma virus，HPV)雖然被認(rèn)為是宮頸癌的主要發(fā)病因素，但并不足以誘導(dǎo)腫瘤的發(fā)展。氧化應(yīng)激被認(rèn)為是HPV引發(fā)的致癌作用的促進(jìn)因素之一。De Marco等[32]為了深入了解活性氧簇在宮頸癌中的作用，從浸潤(rùn)性鱗狀細(xì)胞癌患者，高度不典型增生伴HPV感染的患者中收集HPV-16陽性病理組織，以無HPV感染的病理組織作對(duì)照，通過對(duì)氧化還原蛋白質(zhì)組學(xué)分析探究氧化應(yīng)激如何協(xié)助HPV驅(qū)動(dòng)的病毒致癌。ERp57和GST在異型增生和腫瘤組織中急劇升高，TrxR2在異型增生組織中達(dá)到峰值，而異型增生和腫瘤組織中iNOS顯著減少。且在腫瘤組織中，發(fā)現(xiàn)鱗狀細(xì)胞癌抗原1、ERp57和GAPDH的氧化程度低于異型增生的組織。HPV16的致癌作用似乎與活性氧簇的增加有關(guān)。TrxR2在異常增生組織中，參與細(xì)胞形態(tài)和終末分化的DNA和蛋白質(zhì)的氧化修飾，可能為腫瘤演變提供條件。相反，腫瘤組織似乎對(duì)氧化損傷獲得了改善。TrxR2是維持細(xì)胞內(nèi)環(huán)境重要的抗氧化酶。除了在腫瘤生物學(xué)的許多方面發(fā)揮重要意義外[33]，其在蛋白質(zhì)氧化損傷修復(fù)中的特定作用也表明TrxR2可能在細(xì)胞異型增生向惡性轉(zhuǎn)化方面發(fā)揮作用[34]。

2.5 TrxR2與其他惡性腫瘤

據(jù)研究[35]發(fā)現(xiàn)Trx及TrxR與乳腺癌的預(yù)后相關(guān)，Trx及TrxR表達(dá)程度越高的患者，預(yù)后越差。但是，具體是TrxR的哪種同工酶與乳腺癌的發(fā)展及預(yù)后關(guān)系更為密切，還需進(jìn)一步深入研究。另外，血液系統(tǒng)惡性腫瘤，如Burkitt淋巴瘤、CML的發(fā)生可能與位于22q11.2區(qū)的TrxR2相關(guān)[36]，但仍需進(jìn)一步研究。

3 小結(jié)與展望

TrxR2在幾種惡性腫瘤中的表達(dá)情況已有深入研究，TrxR2可能成為以上幾種惡性腫瘤治療的潛在靶點(diǎn)，對(duì)TrxR2的抑制可能達(dá)到抑制惡性腫瘤細(xì)胞增殖、侵襲和遷移，并誘導(dǎo)惡性腫瘤細(xì)胞凋亡的效果。但是，TrxR2在其他惡性腫瘤中會(huì)發(fā)揮同樣的作用嗎？處于不同階段的惡性腫瘤如何調(diào)控TrxR2的表達(dá)水平？這些還需要在更廣泛人群(包括不同種類的惡性腫瘤，不同的病理亞型、疾病的不同階段)中更深入研究。

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