・808・硫氧还蛋白1与炎性相关性疾病
牛桂军
1※
(综述) , 唐国都(审校)
2
(1. 广西壮族自治区南溪山医院消化内科, 广西桂林541002; 2. 广西医科大学第一附属医院消化内科, 南宁530021)
中图分类号:R363 文献标识码:A 文章编号:100622084(2010) 0620808204
蛋白质被氧化的巯基丙氨
酸基团还原。反之, Trx 又被TrxR 和NADPH 复原。Trx 在细胞胞质内是抗氧化和还原剂的辅助因子;
Th i oredox i n 21and I nfl amma ti on 2A ssoc i a ted D isea ses N I U Gui 2jun 1, TAN G Guo 2du 2. (1. D epart m ent of
D igestion, N anxishan Hospital, Guangxi Zhuang A utono m ous Region, Guilin 541002, China; 2. D epart m ent of 在细胞外, 具有细胞生长D igestion the, First Affiliated Hospital of Guangxi M edical U niversity, N anning 530021, China ) ; 在胞核, 对
Abstract:The thi oredoxin 21(Trx 21) is one of most i m portant anti oxidant syste m and regulates cellular re 2ducti on /oxidation (redox ) status, which p lays a p ivotal r ole against oxidative stress . It may p lay a r ole in a variety 。of inflammat ory diseases by li m iting oxidative stress directly via anti oxidant effects and indirectly by p r otein r 2, 活化转tein interacti ons with key signaling molecules . I n this article, the authors have reviewed the and B (nu 2functi on of Trx 21, as well as it ′s potential mechanis m s in infla mmat ory diseases s κ
infla mmat ory 2ass ociated diseases:i m mune 、nervous 、res p irat ory, cardi ovascular, and s o κκclear fact or 2B , NF 2B ) 和Key words:Thi oredoxin 21; Oxidative stress; I nfla mmat ory 2ass 活化蛋白1, 并刺激细胞生
硫氧还蛋白(thi oredoxin, Trx ) [4, 5]
在大肠杆菌、1989过程中有重要作用。TrxR 主要功能是催化NADPH, 将小分子蛋白质, Trx 上的2S2还原成(2SH ) 2, 即维持Trx 的还原型, 而、核酸代谢、细胞生长及肿瘤Trx 在氧化还原调节和抗氧化防御中起重要作用。发生等。TrxR 还通过还原其他自由基清除剂间接清除自由疾病有密切关系。目前研究较多的是Trx 21, 现重点基, 维持细胞功能。TrxR 作为电子携带者, 对生物合将这方面的研究予以综述。成的酶的催化循环是必需的; 另外, 保护细胞质蛋1 Trx 系统结构和功能白, 防御二硫化物分子内或分子间因氧化形成而发
Trx 系统包括Trx 、Trx 还原酶(thi oredoxin reduc 2生聚集或失活[1. 3]。tase, TrxR ) 和还原型辅酶Ⅱ(nicotina m ide 2adenine di 22 Trx 21与炎性反应的机制nucleotide phos phate, NADPH ) 。Trx 主要分为Trx 21Trx 21在多种刺激, 特别是氧化应激条件下可诱和Trx 22两型, Trx 21位于细胞浆和细胞核中, 而Trx 22导表达的特性, 提示Trx 21是细胞抵抗氧化应激的重
[1]
仅位于线粒体中。Trx 21包含108个氨基酸残基, 要分子, 能保护组织或细胞免受多种刺激的损伤。3是一种相对分子质量为12×10的紧密的球形蛋白, Trx 21在炎性疾病中扮演着重要角色, 这主要取决于由5条β折叠构成一个疏水核心, 核心的终末端被4Trx 21的以下特性:①在炎性病变组织中高表达; 个α螺旋包绕, 构成一个叫做Trx 折叠稳定的三维结②抗氧化; ③抗凋亡; ④类趋化因子/细胞因子活性; [2]
构。有氧化型与还原型两种形式。Trx 氨基酸序⑤调节基因表达; ⑥保护再灌注损伤、调节蛋白质的
[629]列含有调节氧化还原活性的二硫键/巯基。TrxR 是
亚硝基化等。
一类含有F AD , 可与NADPH 进行电子传递的黄素蛋
2. 1 Trx 21的表达 各种应激刺激, 如缺氧、病毒、肿[3]
白, 肽链中含有硒, 为二聚体酶。
α, T NF 2α) 、瘤坏死因子α(tu mor necr osis fact or 2一氧
Trx 系统(Trx 、TrxR 、NADPH ) 通过其氧化还原活
化氮、脂多糖、氧气、过氧化氢等发生氧化应激时都
() 性中心Cys 2Gly 2Pr o 2Cys 构成二硫键的相互作用, 将
可上调细胞中Trx 的表达。在丙型肝炎、酒精肝、脂肪肝、心血管疾病、神经系统、类风湿关节炎(rheuma 2
基金项目:广西壮族自治区科技计划项目(桂科自0728107) t oid arthritis, RA ) 、糖尿病、胰腺炎等炎性相关性疾病
摘要:硫氧还蛋白1是体内抗氧化系统最重要的成员之一, 对氧化应激起着关键性作用。它通过直接抗氧化作用和由带有关键信号分子的蛋白质之间的相互作用而间接施加影响。该文综述了硫氧还蛋白1的结构、生物学功能和有关炎性机制, 以及该蛋白在免疫、神经、呼吸、心血管、消化系统等炎性相关性疾病的基础研究。
关键词:硫氧还蛋白1; 氧化应激; 炎性相关性疾病
・809・
血和(或) 组织中均表达上调。Trx 21抗氧化应激和在炎性病变部位的高表达, 可能是氧化应激引起的机体的代偿性反应, 作为主要的细胞内氧化还原电位传递体, 其上调能保护细胞免受过氧化氢等多种活性氧物质的损伤。Trx 21由氧化剂诱导, 代表氧化应激和炎性二者的连接, 血浆Trx 21水平是氧化应激
[4, 5]
和炎性疾病的指标。2. 2 抗氧化作用 急慢性炎性疾病发生与氧化应激相关, 可生成许多的活性氮和活性氧(reactive oxy 2gen s pecies, ROS ) , 或因机体内源性抗氧化保护能力下降引起组织氧化损伤过程。大剂量RO S 会对生物大分子DNA 、蛋白质和脂质造成损伤。RO S 攻击富含脂质的细胞膜, 发生脂质过氧化, 产生的丙二醛等小分子产物和自由基, 造成多种细胞功能损伤, 引起细胞死亡或凋亡, 与多种炎性疾病发生
[1, 4]
有关。
Trx 抗氧化系统, 在调节细胞氧化还原状态中发挥重要作用。Trx 21抗氧化效应表现为直接抗氧化或作为某些过氧化物酶的电子供体清除活性氧, 从而降低脂质过氧化、DNA 损伤以及蛋白质的失活。作为细胞内蛋白二硫键还原酶, Trx 21白质(如激酶、磷酸酶、转录因子) [10, 11]
其恢复生理功能, 重要因素。Trx 21, 2. 3 21具体的抗凋亡作用不很清楚。氧化应激和细胞因子等多种刺激均能诱导细胞内凋亡信号调节激酶1的活化, 从而激活一系列信号通路, 导致凋亡发生。通常还原型Trx 与细胞内凋亡信号调节激酶1结合而使后者呈非激活状态, 在
α或过氧化氢刺激时, 二者分离, 后氧化应激和T NF 2
者被激活而引发下游凋亡事件。Trx 21直接清除活
κ性氧并促进NF 2B 转录活性, 对抗凋亡也有一定
[1, 9]
作用。
2. 4 类趋化因子/细胞因子作用 Trx 21对单核细胞、多形核白细胞和T 淋巴细胞有趋化性, 由TrxR 活性介导, 活性位点巯基丙氨酸变化可导致趋化性丧失。作为特殊的趋化因子分泌到细胞外, 可明显
α、诱导其他细胞分泌T NF 2白细胞介素1、白细胞介
素6、白细胞介素8等多种细胞因子。局部分泌的Trx 21通过吸引白细胞、诱导细胞因子表达, 有炎性
[12]
放大作用; 循环整体Trx 21水平增高时, 又能起到缓解局部炎性、抑制白细胞趋化效果。在炎性不同阶段, 可能发挥不同功能。2. 5 调节基因表达作用 Trx 系统的氧化还原调节作用确切机制尚不十分清楚, 目前认为转录调控是重要的调节方式。细胞的氧化/还原平衡由ROS 和抗氧化物维持, 致炎因子和氧化应激发挥协同作用, 触发共同信号转导通路。Trx 可下调与氧化应激和
κ炎性敏感的NF 2B 、活化蛋白1; 调节丝裂原活化激
酶和凋亡信号调节激酶1的活性, 进而调节细胞凋亡信号通路的转导、抑制炎性因子的表达并减轻炎
[13, 14]
性反应。Trx 成为涉及细胞内对抗氧化应激信
[15]
号调节的关键性分子。新近Shang 等发现了一种由Trx 激活经典瞬时型感受器电位的离子通道激活机制。Trx 通过传递电子到经典瞬时型感受器电位来激活离子通道, 耦联细胞外Trx 与细胞功能, 以达到保护组织细胞的作用。2. 6 保护再灌注损伤、调节蛋白质的亚硝基化 在哺乳动物实验性脑、心、肺、视网膜和血管内皮等的缺血/再灌注损伤中, 内源性Trx 21表达上调或外源性重组人Trx 均有通过抗氧化, 降低, 减轻组织、, 、水肿
[1]
T NF Trx 21显著抑制这种
[16]
Trx 21与炎性疾病的关系
全身机体各系统许多急慢性炎性疾病发病及病理生理涉及炎性的发生、发展机制的多层次改变。血和组织中Trx 21水平可作为炎性活动的一个指标。3. 1 RA 等免疫性疾病 RA 患者可发生氧化应激, 并在其炎性及关节破坏中起重要作用。RA 患者血浆Trx 21水平明显高于正常人, Trx 21水平与RA 疾病活动性有关。RA 血清Trx 21水平与滑液Trx 浓度呈高度正相关, 能反映患者高水平的氧化应激。该病患者细胞外浓度明显增高, 提示炎性疾病引发Trx 21高水平表达, 通过激活离子通道以帮助机体应对炎
[15217]
性中出现的胁迫化学反应, 提供额外的保护。另外, Trx 与视网膜损害、皮肤炎性病变、白塞综合征, 以及同全身炎性反应综合征、机体免疫功能和自身免疫性疾病等许多疾病相关。3. 2 神经系统疾病 阿尔茨海默病患者大脑中, 尤其是海马和杏仁核有Trx 21和TrxR 水平下降, 能增强氧化应激, 发生神经变性; 而17B 2雌二醇可防止神经退变, Trx 表达在雌激素诱导的神经保护中起关键作用。已知β淀粉样蛋白异常代谢和在脑组织沉淀是阿尔茨海默病发病的中心环节, Trx 的抗氧化作用
[18]
可抑制凋亡信号调节激酶。Akterin 等研究证实, 由于在神经组织Trx 减少, 其抗氧化能力下调, 细胞内凋亡信号调节激酶激活导致神经细胞凋亡, 在该病发生发展中有重要作用。Trx 具有细胞保护作用,
・810・充分表达可保护脑细胞对抗β淀粉样蛋白毒性, 减
弱神经组织损伤和退行性病变。在缺血性脑病以及脑缺血/再灌注损伤及多种神经系统病变中也有较
[19]
好的保护作用。3. 3 心血管疾病 Trx 在心血管疾病中扮演着重要角色, 对动脉粥样硬化、高血压、心肌损伤等心血管疾病的许多方面有广泛影响。Trx 21在多种心血管病变的组织中均有较高的表达。心力衰竭、急性冠状动脉综合征及肥大型心肌病患者血清中Trx 21水平显著高于正常人。血清Trx 21水平与心力衰竭的严重程度之间存在着一定的相关性。心肌炎患者或动物模型急性期心肌炎和炎性细胞内Trx 21表达上
κ调, 并同疾病的严重程度相关; NF 2B 在损伤的心肌
细胞中往往处于高活性状态。Trx 21可能被急性炎性刺激因子特异性地诱导; Trx 21可能通过调节NF 2
[13]
κB 实现对心肌炎的保护作用。一些药物可能通过上调Trx 21的表达, 加强抗氧化以实现其细胞保护作用。无论是高表达或外源性的Trx 均能减轻活性氧介导的器官毒性。Trx 21在心血管系统中的表达量与心血管疾病的发生发展以及预防治疗密切相关。硫氧还蛋白相互作用蛋白(thi omdoxin p r otein, T XN I P ) 是Trx TXN I P , []
]
3. 4 发现, 在实验性高, 高的肝Trx 21水平, 提示对缺乏谷胱甘肽还原酶的代偿。用TrxR 抑制剂金硫葡糖预处理, 加重氧过多对肺损伤的效应, 提示Trx/TrxR 系统可能提供对抗氧化应激分子有效的治疗。神经妥乐平通过诱导Trx 21表达而起到对肺细胞的保护效应。该药对过氧化氢和香烟吸入所致的鼠肺上皮细胞损伤有保护作用, 用于如慢性阻塞性肺疾病等涉及氧化应激所致肺疾
[21]
病的治疗。
[22]
3. 5 消化系统疾病 Ta maki 等发现炎性肠病中Trx 21表达上调, 通过其抗氧化和对巨噬细胞移动抑制因子产生抑制的免疫反应而减轻肠炎。在鼠肠缺血/再灌注损伤模型表明, 给予Trx 阻滞剂后, 增加了肠血管通透性、中性粒细胞浸润、出血和促炎性细胞
α水平。Ohashi 等[23]提示, 血清Trx 2因子T NF 21水
平在急性胰腺炎患者中, 其浓度升高与疾病严重程度和有关氧化应激指标呈正相关。Trx 21过度表达
κ的转基因鼠抑制了氧化应激和细胞质NF 2B 抑制剂
α、β、的降解, 进而抑制T NF 2白细胞介素1白细胞介
素6的促炎细胞因子和趋化因子等; 给予重组hTrx 21也能起到明显的抗炎和抗氧化作用、减轻胰腺和肺
等胰外器官炎性, 改善病死率。在对慢性胰腺炎的
实验中也发现, 过度表达的Trx 也能通过抑制氧化应激和单核细胞趋化蛋白1介导的慢性炎症, 进而减轻胰腺纤维化。3. 6 其他 高糖抑制Trx 活性并增加TXN I P 表达, TXN I P 充当胰岛素分泌调节器和Trx 抗氧化作用抑
[24]
制因子。外源性Trx 21对小鼠内毒素血症起到保护作用, 有望对感染性休克等疾病起到治疗作用。4 展 望
Trx 21在炎性相关性疾病等病理情况下, 具有抗氧化、抗炎和细胞保护作用, 是“保护信号”, 多可刺激其内源性表达或需要适当补充外源性的重组人
[25]
Trx 21。人工合成Trx 和开发Trx 21的内源性调节剂, 进一步筛选那些对涉及氧化应激和炎性疾病的有效治疗药物, 。目前研究多为动物实验, 中, 重组人21、剂量、。Trx 21细胞内, ; 与机体其他抗炎途径如, Trx 22确切功能及机制, 其家族可能的新成员等仍需进一步研究。参考文献
[1] Powis G,Montf ortWR. Pr operties and bi ol ogical activities of thi ore 2
doxins[J ].Annu Rev Phar macol Toxicol, 2001, 41:2612295.
[2] Hol m gren A. Thi oredoxin structure and mechanis m:conf or mati onal
changes on oxidati on of the active site sulfhydryls t o a disulfide [J ].Structure, 1995, 3(3) :2392243. [3] 张笑天, 熊咏民. 硫氧还蛋白还原酶研究进展[J ].国外医学地
理分册, 2005, 26(4) :1482151.
[4] Naka mura H. Thi oredoxin and its related molecules:update 2005
[J ].Anti oxid Redox Signal, 2005, 7(5/6) :8232828. [5] Ca mer on J, H ideyuki Y, B radf ord C, et al . Thi oredoxin in the cardi 2
ovascular system [J ].J MolMed, 2006, 84(12) :99721003. [6] Ohashi S, N ishi o A, Naka mura H, et al . Pr otective r oles of redox 2
active p r otein thi oredoxin 21for severe acute pancreatitis[J ].Am J Physi ol Gastr ointest L iver Physi ol, 2006, 290(4) :7722781. [7] Ohashi S, N ishi o A , Nakamura H, et al . Overexp ressi on of redox 2
active p r otein thi oredoxin 21p revents devel opment of chr onic pan 2creatitis in m ice [J ].Anti oxid Redox Signal, 2006, 8(9/10) :183521845.
[8] Kondo N, Naka mura H,Masutani H, et al . Redox regulati on of hu 2
man thi oredoxin net w ork [J ].Anti oxid Redox Signal, 2006, 8(9/10) :188121890.
[9] L illig CH, Hol m gren A. Thi oredoxin and related molecules 22fr om
bi ol ogy t o health and disease [J ].Anti oxid Redox Signal, 2007, 9(1) :25247.
[10] W ats on WH, Yang X, Choi YE, et al . Thi oredoxin and its r ole in
(t oxicol ogy[J ].Toxicol Sci, 2004, 781) :13214.
[11] Pereda J, Sabater L, Aparisi L, et al . I nteracti on bet w een cyt okines
and oxidative stress in acute pancreatitis [J ].Curr Med Che m, 2006, 13(23) :277522787.
[12] L ibby P . I nflammat ory mechanis m s:the molecular basis of infla m 2
mati on and disease[J ].Nutr Rev, 2007, 65(12) :1402146.
[13] Sakurai A, Yuasa K, Shoji Y, et al . Overexp ressi on of thi oredoxin
reductase 1regulates NF 2kappa B activati on [J ].J Cell Physi ol, 2004, 198(1) :22230.
[14] Nadeau PJ, Charette SJ, Toledano MB , et al . D isulfide bond 2media 2
ted multi m erizati on of A sk1and its reducti on by thi oredoxin 21reg 2
-ulate H 2O 2induced c 2Jun NH (2) 2ter m inal kinase activati on andapop t osis[J ].Mol B i ol Cell, 2007, 18(10) :390323913.
[15] Shang ZX, Piruthivi S, Fanning Z, et al . TRCP channel activati on
by extracellular thi oredoxin[J ].Nature, 2008, 451(7174) :69272.
[16] 陶凌, 臧益民, 刘慧荣, 等. 硫氧还蛋白通过阻断过氧亚硝酸阴
离子导致的蛋白硝基化减少缺血后心肌细胞凋亡[J ].西南国防医药, 2005, 15(3) :2382243.
[17] Lemarechal H, A llanore Y, Chenevier 2Gobeaux C, et al . H igh redox
thi oredoxin but l ow thi oredoxin reductase activities in the serum of patient with rheumat oid arthritis [J ].Clin Chi m Acta, 2006, 367(1/2) :1562161.
[18] Akterin S, Cowburn RF, M iranda 2V izuete A, et al . I nvolve ment of
βglutaredoxin 21and thi oredoxin 21in 2a myl oid t oxicity and A lzhei 2
mer ′s disease[J ].Cell Death D iffer, 2006, 13(9) :145421465.
[19] Patenaude A,MurthyMR,M iraultME . Emerging r oles of thi oredox 2
in cycle enzy mes in the central nervous syste m [J ].Cell Mol L ife
・811・
Sci, 2005, 62(10) :106321080.
[20] Trent ET, Stephen E W , Lynette KR, et al . Thi oredoxin 2related
mechanis m s in hyper oxic lung injury in m ice[J ].Am J Res p ir Cell Mol B i ol, 2007, 37(4) :4052413.
[21] Hoshino Y, Naka mura T, Sat o A , et al . Neur otr op in demonstrates
cyt op r otective effects in lung cells thr ough the inducti on of thi ore 2doxin 21[J ].Am J Res p ir CellMol B i ol, 2007, 37(4) :4382446.
[22] Ta maki H, Naka mura H, N ishi o A, et al . Human thi oredoxin 21a 2
meli orates experi m ental murine colitis in ass ociati on with sup 2p ressed macr ophage inhibit ory fact or p r oducti on[J ].Gastr oenter ol 2ogy . 2006, 131(4) :111021121.
[23] Ohashi S, N ishi o A, Naka mura H, et al . Significance of serum thi 2
oredoxin 1levels in patients with acute pancreatitis[J ].Pancreas, 2006, 32(3) :2642270.
[24] W ang Z, Rong YP, Mal one MH, et al . Thi oredoin 2interacting p r o 2
tein (txni p ) is a glucocorticoid 2regulated p ri m ary res ponse gene in 2volved in mediating glucocorticoid 2induced apop t osis [J ].Onco 2gene, 2006, 25(13) :190321913.
[25] Burke G A, CallisterME, Naka mura H. Thi oredoxin:friend or f oe in
human disease[J ].Trends Phar macol Sci, 2006, 27(1) :3982404.
收稿日期:2009210219 修回日期:2010201229
△
) (审校)
, 上海201203)
:A 文章编号:100622084(2010) 0620811203
已有研究表明, 动物机体
1型辅助T 淋巴细胞(T hel per ly mphocyte 12ty pe, Th1) /2型辅助T 淋巴细胞(T hel per
D iscussi on about Ra t Stra i n s Selecti on i n the Study of D rug 2I nduced I mm unotox i c ity L I X iu 2fang, ly mphocyte 22type, Th2) 细胞J I N R uo 2m in . (R esearch Center for D rug Safety Evaluation of Shanghai U niversity of TC M , Shanghai
因子分布格局出现极化现象201203, China )
Abstract:D rug 2induced i m munot oxicity is one of the most i m portant causes of drug withdra wal during 是动物对不同免疫疾病的易drug devel opment . Predicti on of drug 2induced i m munot oxicity is very i m portant in the p re 2clinical studies . And rat is one of the most useful models in the p r ocess . Previ ous studies have shown that different rat strains 感性出现差异的重要原因之
[123]vary in their suscep tibility t o the i m munot oxicity of the sa me drug . I n this paper, the Th1/Th2distributi on
一。现将从大鼠Th1/pattern of different rat strains were revie wed . And the rat strains selecti on basis in the drug 2induced i m muno 2
t oxicity studies was intr oduced . Th2细胞因子分布格局的角Key words:I m munot oxicity; Rat; Strain
度入手, 对免疫毒性研究中
一些大鼠品系的应用现状予以综述。 不同遗传背景的动物对同类物质的易感性存在
1 常用大鼠品系的特征着较大差异, 而这些差异有可能直接影响实验的结
1. 1 挪威棕色大鼠 挪威棕色(br own Nor way, BN ) 果。对新药的免疫毒性潜力进行临床前安全评价是
[4, 5]
大鼠为Th2极化型近交系大鼠, 在以Th2为主导新药研发的重要环节, 而实验大鼠是必不可少的工
的免疫反应中, BN 大鼠表现出易感体质。Gilles p ie 具, 每一种大鼠品系拥有其遗传学上独特的生物学
[6]
等将BN 大鼠用于氯化汞诱导的典型Th2主导的特征, 如何根据遗传背景及免疫学特性选择相应的
自身免疫性疾病研究, 发现BN 大鼠能够显著产生多品系用于研究显得尤为重要。
克隆B 细胞活化作用, 产生大量自身抗体, 并出现广
基金项目:国家十一・五科技支撑计划项目(2006BA I 06A03202) ; 泛的组织损伤, 通过定量聚合酶链反应检测后显示, 国家“重大新药创制”科技重大专项项目(2009ZX09022002) 氯化汞致敏的BN 大鼠淋巴结细胞显著上调了细胞
摘要:, 药物诱导的免疫毒性是导致药物最终被淘汰的重要原因之一, 对药物的免疫毒性作出预测至关重要。大鼠是药物免疫毒性研究最常用的实验动物, 不同品系的大鼠对药物的免疫毒性敏感性存在着较大差异, 文章从不同品系大鼠机体1型辅助T 淋巴细胞/2型辅助T 淋巴细胞分布格局的极化差异入手, 介绍了新药免疫毒性研究中对大鼠品系选择的依据。
关键词:免疫毒性; 大鼠; 品系
・808・硫氧还蛋白1与炎性相关性疾病
牛桂军
1※
(综述) , 唐国都(审校)
2
(1. 广西壮族自治区南溪山医院消化内科, 广西桂林541002; 2. 广西医科大学第一附属医院消化内科, 南宁530021)
中图分类号:R363 文献标识码:A 文章编号:100622084(2010) 0620808204
蛋白质被氧化的巯基丙氨
酸基团还原。反之, Trx 又被TrxR 和NADPH 复原。Trx 在细胞胞质内是抗氧化和还原剂的辅助因子;
Th i oredox i n 21and I nfl amma ti on 2A ssoc i a ted D isea ses N I U Gui 2jun 1, TAN G Guo 2du 2. (1. D epart m ent of
D igestion, N anxishan Hospital, Guangxi Zhuang A utono m ous Region, Guilin 541002, China; 2. D epart m ent of 在细胞外, 具有细胞生长D igestion the, First Affiliated Hospital of Guangxi M edical U niversity, N anning 530021, China ) ; 在胞核, 对
Abstract:The thi oredoxin 21(Trx 21) is one of most i m portant anti oxidant syste m and regulates cellular re 2ducti on /oxidation (redox ) status, which p lays a p ivotal r ole against oxidative stress . It may p lay a r ole in a variety 。of inflammat ory diseases by li m iting oxidative stress directly via anti oxidant effects and indirectly by p r otein r 2, 活化转tein interacti ons with key signaling molecules . I n this article, the authors have reviewed the and B (nu 2functi on of Trx 21, as well as it ′s potential mechanis m s in infla mmat ory diseases s κ
infla mmat ory 2ass ociated diseases:i m mune 、nervous 、res p irat ory, cardi ovascular, and s o κκclear fact or 2B , NF 2B ) 和Key words:Thi oredoxin 21; Oxidative stress; I nfla mmat ory 2ass 活化蛋白1, 并刺激细胞生
硫氧还蛋白(thi oredoxin, Trx ) [4, 5]
在大肠杆菌、1989过程中有重要作用。TrxR 主要功能是催化NADPH, 将小分子蛋白质, Trx 上的2S2还原成(2SH ) 2, 即维持Trx 的还原型, 而、核酸代谢、细胞生长及肿瘤Trx 在氧化还原调节和抗氧化防御中起重要作用。发生等。TrxR 还通过还原其他自由基清除剂间接清除自由疾病有密切关系。目前研究较多的是Trx 21, 现重点基, 维持细胞功能。TrxR 作为电子携带者, 对生物合将这方面的研究予以综述。成的酶的催化循环是必需的; 另外, 保护细胞质蛋1 Trx 系统结构和功能白, 防御二硫化物分子内或分子间因氧化形成而发
Trx 系统包括Trx 、Trx 还原酶(thi oredoxin reduc 2生聚集或失活[1. 3]。tase, TrxR ) 和还原型辅酶Ⅱ(nicotina m ide 2adenine di 22 Trx 21与炎性反应的机制nucleotide phos phate, NADPH ) 。Trx 主要分为Trx 21Trx 21在多种刺激, 特别是氧化应激条件下可诱和Trx 22两型, Trx 21位于细胞浆和细胞核中, 而Trx 22导表达的特性, 提示Trx 21是细胞抵抗氧化应激的重
[1]
仅位于线粒体中。Trx 21包含108个氨基酸残基, 要分子, 能保护组织或细胞免受多种刺激的损伤。3是一种相对分子质量为12×10的紧密的球形蛋白, Trx 21在炎性疾病中扮演着重要角色, 这主要取决于由5条β折叠构成一个疏水核心, 核心的终末端被4Trx 21的以下特性:①在炎性病变组织中高表达; 个α螺旋包绕, 构成一个叫做Trx 折叠稳定的三维结②抗氧化; ③抗凋亡; ④类趋化因子/细胞因子活性; [2]
构。有氧化型与还原型两种形式。Trx 氨基酸序⑤调节基因表达; ⑥保护再灌注损伤、调节蛋白质的
[629]列含有调节氧化还原活性的二硫键/巯基。TrxR 是
亚硝基化等。
一类含有F AD , 可与NADPH 进行电子传递的黄素蛋
2. 1 Trx 21的表达 各种应激刺激, 如缺氧、病毒、肿[3]
白, 肽链中含有硒, 为二聚体酶。
α, T NF 2α) 、瘤坏死因子α(tu mor necr osis fact or 2一氧
Trx 系统(Trx 、TrxR 、NADPH ) 通过其氧化还原活
化氮、脂多糖、氧气、过氧化氢等发生氧化应激时都
() 性中心Cys 2Gly 2Pr o 2Cys 构成二硫键的相互作用, 将
可上调细胞中Trx 的表达。在丙型肝炎、酒精肝、脂肪肝、心血管疾病、神经系统、类风湿关节炎(rheuma 2
基金项目:广西壮族自治区科技计划项目(桂科自0728107) t oid arthritis, RA ) 、糖尿病、胰腺炎等炎性相关性疾病
摘要:硫氧还蛋白1是体内抗氧化系统最重要的成员之一, 对氧化应激起着关键性作用。它通过直接抗氧化作用和由带有关键信号分子的蛋白质之间的相互作用而间接施加影响。该文综述了硫氧还蛋白1的结构、生物学功能和有关炎性机制, 以及该蛋白在免疫、神经、呼吸、心血管、消化系统等炎性相关性疾病的基础研究。
关键词:硫氧还蛋白1; 氧化应激; 炎性相关性疾病
・809・
血和(或) 组织中均表达上调。Trx 21抗氧化应激和在炎性病变部位的高表达, 可能是氧化应激引起的机体的代偿性反应, 作为主要的细胞内氧化还原电位传递体, 其上调能保护细胞免受过氧化氢等多种活性氧物质的损伤。Trx 21由氧化剂诱导, 代表氧化应激和炎性二者的连接, 血浆Trx 21水平是氧化应激
[4, 5]
和炎性疾病的指标。2. 2 抗氧化作用 急慢性炎性疾病发生与氧化应激相关, 可生成许多的活性氮和活性氧(reactive oxy 2gen s pecies, ROS ) , 或因机体内源性抗氧化保护能力下降引起组织氧化损伤过程。大剂量RO S 会对生物大分子DNA 、蛋白质和脂质造成损伤。RO S 攻击富含脂质的细胞膜, 发生脂质过氧化, 产生的丙二醛等小分子产物和自由基, 造成多种细胞功能损伤, 引起细胞死亡或凋亡, 与多种炎性疾病发生
[1, 4]
有关。
Trx 抗氧化系统, 在调节细胞氧化还原状态中发挥重要作用。Trx 21抗氧化效应表现为直接抗氧化或作为某些过氧化物酶的电子供体清除活性氧, 从而降低脂质过氧化、DNA 损伤以及蛋白质的失活。作为细胞内蛋白二硫键还原酶, Trx 21白质(如激酶、磷酸酶、转录因子) [10, 11]
其恢复生理功能, 重要因素。Trx 21, 2. 3 21具体的抗凋亡作用不很清楚。氧化应激和细胞因子等多种刺激均能诱导细胞内凋亡信号调节激酶1的活化, 从而激活一系列信号通路, 导致凋亡发生。通常还原型Trx 与细胞内凋亡信号调节激酶1结合而使后者呈非激活状态, 在
α或过氧化氢刺激时, 二者分离, 后氧化应激和T NF 2
者被激活而引发下游凋亡事件。Trx 21直接清除活
κ性氧并促进NF 2B 转录活性, 对抗凋亡也有一定
[1, 9]
作用。
2. 4 类趋化因子/细胞因子作用 Trx 21对单核细胞、多形核白细胞和T 淋巴细胞有趋化性, 由TrxR 活性介导, 活性位点巯基丙氨酸变化可导致趋化性丧失。作为特殊的趋化因子分泌到细胞外, 可明显
α、诱导其他细胞分泌T NF 2白细胞介素1、白细胞介
素6、白细胞介素8等多种细胞因子。局部分泌的Trx 21通过吸引白细胞、诱导细胞因子表达, 有炎性
[12]
放大作用; 循环整体Trx 21水平增高时, 又能起到缓解局部炎性、抑制白细胞趋化效果。在炎性不同阶段, 可能发挥不同功能。2. 5 调节基因表达作用 Trx 系统的氧化还原调节作用确切机制尚不十分清楚, 目前认为转录调控是重要的调节方式。细胞的氧化/还原平衡由ROS 和抗氧化物维持, 致炎因子和氧化应激发挥协同作用, 触发共同信号转导通路。Trx 可下调与氧化应激和
κ炎性敏感的NF 2B 、活化蛋白1; 调节丝裂原活化激
酶和凋亡信号调节激酶1的活性, 进而调节细胞凋亡信号通路的转导、抑制炎性因子的表达并减轻炎
[13, 14]
性反应。Trx 成为涉及细胞内对抗氧化应激信
[15]
号调节的关键性分子。新近Shang 等发现了一种由Trx 激活经典瞬时型感受器电位的离子通道激活机制。Trx 通过传递电子到经典瞬时型感受器电位来激活离子通道, 耦联细胞外Trx 与细胞功能, 以达到保护组织细胞的作用。2. 6 保护再灌注损伤、调节蛋白质的亚硝基化 在哺乳动物实验性脑、心、肺、视网膜和血管内皮等的缺血/再灌注损伤中, 内源性Trx 21表达上调或外源性重组人Trx 均有通过抗氧化, 降低, 减轻组织、, 、水肿
[1]
T NF Trx 21显著抑制这种
[16]
Trx 21与炎性疾病的关系
全身机体各系统许多急慢性炎性疾病发病及病理生理涉及炎性的发生、发展机制的多层次改变。血和组织中Trx 21水平可作为炎性活动的一个指标。3. 1 RA 等免疫性疾病 RA 患者可发生氧化应激, 并在其炎性及关节破坏中起重要作用。RA 患者血浆Trx 21水平明显高于正常人, Trx 21水平与RA 疾病活动性有关。RA 血清Trx 21水平与滑液Trx 浓度呈高度正相关, 能反映患者高水平的氧化应激。该病患者细胞外浓度明显增高, 提示炎性疾病引发Trx 21高水平表达, 通过激活离子通道以帮助机体应对炎
[15217]
性中出现的胁迫化学反应, 提供额外的保护。另外, Trx 与视网膜损害、皮肤炎性病变、白塞综合征, 以及同全身炎性反应综合征、机体免疫功能和自身免疫性疾病等许多疾病相关。3. 2 神经系统疾病 阿尔茨海默病患者大脑中, 尤其是海马和杏仁核有Trx 21和TrxR 水平下降, 能增强氧化应激, 发生神经变性; 而17B 2雌二醇可防止神经退变, Trx 表达在雌激素诱导的神经保护中起关键作用。已知β淀粉样蛋白异常代谢和在脑组织沉淀是阿尔茨海默病发病的中心环节, Trx 的抗氧化作用
[18]
可抑制凋亡信号调节激酶。Akterin 等研究证实, 由于在神经组织Trx 减少, 其抗氧化能力下调, 细胞内凋亡信号调节激酶激活导致神经细胞凋亡, 在该病发生发展中有重要作用。Trx 具有细胞保护作用,
・810・充分表达可保护脑细胞对抗β淀粉样蛋白毒性, 减
弱神经组织损伤和退行性病变。在缺血性脑病以及脑缺血/再灌注损伤及多种神经系统病变中也有较
[19]
好的保护作用。3. 3 心血管疾病 Trx 在心血管疾病中扮演着重要角色, 对动脉粥样硬化、高血压、心肌损伤等心血管疾病的许多方面有广泛影响。Trx 21在多种心血管病变的组织中均有较高的表达。心力衰竭、急性冠状动脉综合征及肥大型心肌病患者血清中Trx 21水平显著高于正常人。血清Trx 21水平与心力衰竭的严重程度之间存在着一定的相关性。心肌炎患者或动物模型急性期心肌炎和炎性细胞内Trx 21表达上
κ调, 并同疾病的严重程度相关; NF 2B 在损伤的心肌
细胞中往往处于高活性状态。Trx 21可能被急性炎性刺激因子特异性地诱导; Trx 21可能通过调节NF 2
[13]
κB 实现对心肌炎的保护作用。一些药物可能通过上调Trx 21的表达, 加强抗氧化以实现其细胞保护作用。无论是高表达或外源性的Trx 均能减轻活性氧介导的器官毒性。Trx 21在心血管系统中的表达量与心血管疾病的发生发展以及预防治疗密切相关。硫氧还蛋白相互作用蛋白(thi omdoxin p r otein, T XN I P ) 是Trx TXN I P , []
]
3. 4 发现, 在实验性高, 高的肝Trx 21水平, 提示对缺乏谷胱甘肽还原酶的代偿。用TrxR 抑制剂金硫葡糖预处理, 加重氧过多对肺损伤的效应, 提示Trx/TrxR 系统可能提供对抗氧化应激分子有效的治疗。神经妥乐平通过诱导Trx 21表达而起到对肺细胞的保护效应。该药对过氧化氢和香烟吸入所致的鼠肺上皮细胞损伤有保护作用, 用于如慢性阻塞性肺疾病等涉及氧化应激所致肺疾
[21]
病的治疗。
[22]
3. 5 消化系统疾病 Ta maki 等发现炎性肠病中Trx 21表达上调, 通过其抗氧化和对巨噬细胞移动抑制因子产生抑制的免疫反应而减轻肠炎。在鼠肠缺血/再灌注损伤模型表明, 给予Trx 阻滞剂后, 增加了肠血管通透性、中性粒细胞浸润、出血和促炎性细胞
α水平。Ohashi 等[23]提示, 血清Trx 2因子T NF 21水
平在急性胰腺炎患者中, 其浓度升高与疾病严重程度和有关氧化应激指标呈正相关。Trx 21过度表达
κ的转基因鼠抑制了氧化应激和细胞质NF 2B 抑制剂
α、β、的降解, 进而抑制T NF 2白细胞介素1白细胞介
素6的促炎细胞因子和趋化因子等; 给予重组hTrx 21也能起到明显的抗炎和抗氧化作用、减轻胰腺和肺
等胰外器官炎性, 改善病死率。在对慢性胰腺炎的
实验中也发现, 过度表达的Trx 也能通过抑制氧化应激和单核细胞趋化蛋白1介导的慢性炎症, 进而减轻胰腺纤维化。3. 6 其他 高糖抑制Trx 活性并增加TXN I P 表达, TXN I P 充当胰岛素分泌调节器和Trx 抗氧化作用抑
[24]
制因子。外源性Trx 21对小鼠内毒素血症起到保护作用, 有望对感染性休克等疾病起到治疗作用。4 展 望
Trx 21在炎性相关性疾病等病理情况下, 具有抗氧化、抗炎和细胞保护作用, 是“保护信号”, 多可刺激其内源性表达或需要适当补充外源性的重组人
[25]
Trx 21。人工合成Trx 和开发Trx 21的内源性调节剂, 进一步筛选那些对涉及氧化应激和炎性疾病的有效治疗药物, 。目前研究多为动物实验, 中, 重组人21、剂量、。Trx 21细胞内, ; 与机体其他抗炎途径如, Trx 22确切功能及机制, 其家族可能的新成员等仍需进一步研究。参考文献
[1] Powis G,Montf ortWR. Pr operties and bi ol ogical activities of thi ore 2
doxins[J ].Annu Rev Phar macol Toxicol, 2001, 41:2612295.
[2] Hol m gren A. Thi oredoxin structure and mechanis m:conf or mati onal
changes on oxidati on of the active site sulfhydryls t o a disulfide [J ].Structure, 1995, 3(3) :2392243. [3] 张笑天, 熊咏民. 硫氧还蛋白还原酶研究进展[J ].国外医学地
理分册, 2005, 26(4) :1482151.
[4] Naka mura H. Thi oredoxin and its related molecules:update 2005
[J ].Anti oxid Redox Signal, 2005, 7(5/6) :8232828. [5] Ca mer on J, H ideyuki Y, B radf ord C, et al . Thi oredoxin in the cardi 2
ovascular system [J ].J MolMed, 2006, 84(12) :99721003. [6] Ohashi S, N ishi o A, Naka mura H, et al . Pr otective r oles of redox 2
active p r otein thi oredoxin 21for severe acute pancreatitis[J ].Am J Physi ol Gastr ointest L iver Physi ol, 2006, 290(4) :7722781. [7] Ohashi S, N ishi o A , Nakamura H, et al . Overexp ressi on of redox 2
active p r otein thi oredoxin 21p revents devel opment of chr onic pan 2creatitis in m ice [J ].Anti oxid Redox Signal, 2006, 8(9/10) :183521845.
[8] Kondo N, Naka mura H,Masutani H, et al . Redox regulati on of hu 2
man thi oredoxin net w ork [J ].Anti oxid Redox Signal, 2006, 8(9/10) :188121890.
[9] L illig CH, Hol m gren A. Thi oredoxin and related molecules 22fr om
bi ol ogy t o health and disease [J ].Anti oxid Redox Signal, 2007, 9(1) :25247.
[10] W ats on WH, Yang X, Choi YE, et al . Thi oredoxin and its r ole in
(t oxicol ogy[J ].Toxicol Sci, 2004, 781) :13214.
[11] Pereda J, Sabater L, Aparisi L, et al . I nteracti on bet w een cyt okines
and oxidative stress in acute pancreatitis [J ].Curr Med Che m, 2006, 13(23) :277522787.
[12] L ibby P . I nflammat ory mechanis m s:the molecular basis of infla m 2
mati on and disease[J ].Nutr Rev, 2007, 65(12) :1402146.
[13] Sakurai A, Yuasa K, Shoji Y, et al . Overexp ressi on of thi oredoxin
reductase 1regulates NF 2kappa B activati on [J ].J Cell Physi ol, 2004, 198(1) :22230.
[14] Nadeau PJ, Charette SJ, Toledano MB , et al . D isulfide bond 2media 2
ted multi m erizati on of A sk1and its reducti on by thi oredoxin 21reg 2
-ulate H 2O 2induced c 2Jun NH (2) 2ter m inal kinase activati on andapop t osis[J ].Mol B i ol Cell, 2007, 18(10) :390323913.
[15] Shang ZX, Piruthivi S, Fanning Z, et al . TRCP channel activati on
by extracellular thi oredoxin[J ].Nature, 2008, 451(7174) :69272.
[16] 陶凌, 臧益民, 刘慧荣, 等. 硫氧还蛋白通过阻断过氧亚硝酸阴
离子导致的蛋白硝基化减少缺血后心肌细胞凋亡[J ].西南国防医药, 2005, 15(3) :2382243.
[17] Lemarechal H, A llanore Y, Chenevier 2Gobeaux C, et al . H igh redox
thi oredoxin but l ow thi oredoxin reductase activities in the serum of patient with rheumat oid arthritis [J ].Clin Chi m Acta, 2006, 367(1/2) :1562161.
[18] Akterin S, Cowburn RF, M iranda 2V izuete A, et al . I nvolve ment of
βglutaredoxin 21and thi oredoxin 21in 2a myl oid t oxicity and A lzhei 2
mer ′s disease[J ].Cell Death D iffer, 2006, 13(9) :145421465.
[19] Patenaude A,MurthyMR,M iraultME . Emerging r oles of thi oredox 2
in cycle enzy mes in the central nervous syste m [J ].Cell Mol L ife
・811・
Sci, 2005, 62(10) :106321080.
[20] Trent ET, Stephen E W , Lynette KR, et al . Thi oredoxin 2related
mechanis m s in hyper oxic lung injury in m ice[J ].Am J Res p ir Cell Mol B i ol, 2007, 37(4) :4052413.
[21] Hoshino Y, Naka mura T, Sat o A , et al . Neur otr op in demonstrates
cyt op r otective effects in lung cells thr ough the inducti on of thi ore 2doxin 21[J ].Am J Res p ir CellMol B i ol, 2007, 37(4) :4382446.
[22] Ta maki H, Naka mura H, N ishi o A, et al . Human thi oredoxin 21a 2
meli orates experi m ental murine colitis in ass ociati on with sup 2p ressed macr ophage inhibit ory fact or p r oducti on[J ].Gastr oenter ol 2ogy . 2006, 131(4) :111021121.
[23] Ohashi S, N ishi o A, Naka mura H, et al . Significance of serum thi 2
oredoxin 1levels in patients with acute pancreatitis[J ].Pancreas, 2006, 32(3) :2642270.
[24] W ang Z, Rong YP, Mal one MH, et al . Thi oredoin 2interacting p r o 2
tein (txni p ) is a glucocorticoid 2regulated p ri m ary res ponse gene in 2volved in mediating glucocorticoid 2induced apop t osis [J ].Onco 2gene, 2006, 25(13) :190321913.
[25] Burke G A, CallisterME, Naka mura H. Thi oredoxin:friend or f oe in
human disease[J ].Trends Phar macol Sci, 2006, 27(1) :3982404.
收稿日期:2009210219 修回日期:2010201229
△
) (审校)
, 上海201203)
:A 文章编号:100622084(2010) 0620811203
已有研究表明, 动物机体
1型辅助T 淋巴细胞(T hel per ly mphocyte 12ty pe, Th1) /2型辅助T 淋巴细胞(T hel per
D iscussi on about Ra t Stra i n s Selecti on i n the Study of D rug 2I nduced I mm unotox i c ity L I X iu 2fang, ly mphocyte 22type, Th2) 细胞J I N R uo 2m in . (R esearch Center for D rug Safety Evaluation of Shanghai U niversity of TC M , Shanghai
因子分布格局出现极化现象201203, China )
Abstract:D rug 2induced i m munot oxicity is one of the most i m portant causes of drug withdra wal during 是动物对不同免疫疾病的易drug devel opment . Predicti on of drug 2induced i m munot oxicity is very i m portant in the p re 2clinical studies . And rat is one of the most useful models in the p r ocess . Previ ous studies have shown that different rat strains 感性出现差异的重要原因之
[123]vary in their suscep tibility t o the i m munot oxicity of the sa me drug . I n this paper, the Th1/Th2distributi on
一。现将从大鼠Th1/pattern of different rat strains were revie wed . And the rat strains selecti on basis in the drug 2induced i m muno 2
t oxicity studies was intr oduced . Th2细胞因子分布格局的角Key words:I m munot oxicity; Rat; Strain
度入手, 对免疫毒性研究中
一些大鼠品系的应用现状予以综述。 不同遗传背景的动物对同类物质的易感性存在
1 常用大鼠品系的特征着较大差异, 而这些差异有可能直接影响实验的结
1. 1 挪威棕色大鼠 挪威棕色(br own Nor way, BN ) 果。对新药的免疫毒性潜力进行临床前安全评价是
[4, 5]
大鼠为Th2极化型近交系大鼠, 在以Th2为主导新药研发的重要环节, 而实验大鼠是必不可少的工
的免疫反应中, BN 大鼠表现出易感体质。Gilles p ie 具, 每一种大鼠品系拥有其遗传学上独特的生物学
[6]
等将BN 大鼠用于氯化汞诱导的典型Th2主导的特征, 如何根据遗传背景及免疫学特性选择相应的
自身免疫性疾病研究, 发现BN 大鼠能够显著产生多品系用于研究显得尤为重要。
克隆B 细胞活化作用, 产生大量自身抗体, 并出现广
基金项目:国家十一・五科技支撑计划项目(2006BA I 06A03202) ; 泛的组织损伤, 通过定量聚合酶链反应检测后显示, 国家“重大新药创制”科技重大专项项目(2009ZX09022002) 氯化汞致敏的BN 大鼠淋巴结细胞显著上调了细胞
摘要:, 药物诱导的免疫毒性是导致药物最终被淘汰的重要原因之一, 对药物的免疫毒性作出预测至关重要。大鼠是药物免疫毒性研究最常用的实验动物, 不同品系的大鼠对药物的免疫毒性敏感性存在着较大差异, 文章从不同品系大鼠机体1型辅助T 淋巴细胞/2型辅助T 淋巴细胞分布格局的极化差异入手, 介绍了新药免疫毒性研究中对大鼠品系选择的依据。
关键词:免疫毒性; 大鼠; 品系