段 婷综述，姚 兵审校

0 引 言

生物体在代谢的过程中，会产生大量的活性氧族(reactive oxygen species，ROS)，包括过氧化氢、羟基自由基和超氧阴离子等。活性氧族在体内积累可以破坏生物大分子如脂质过氧化、蛋白质和核酸的氧化、DNA断裂。在机体内大量活性过氧化物堆积可导致细胞、组织的死亡。生物体在进化过程中为了抵抗活性氧的破坏，形成各种抗氧化系统，如过氧化氢酶、超氧化物歧化酶、谷胱甘肽过氧化物酶和过氧化物还原酶(Peroxiredoxins，Prxs)。

Prxs是最近倍受关注的抗氧化蛋白家族，作为氧化应激内源性生物标记物广泛存在于各种生物体内［1］。该家族的第一个蛋白发现于酿酒酵母中，相对分子质量为25000的酿酒蛋白。Prxs蛋白在细胞中含量比较丰富，达到细胞可溶性蛋白的1%［2］。Prxs具有维持机体氧化还原平衡，在清除活性氧族中发挥重要作用。在氧化应激相关疾病中扮演重要角色，受到研究者越来越多的关注和重视。

1 Prxs的分型

哺乳动物的Prxs家族含有6个成员，即PrxⅠ-Ⅵ。比较6个成员之间的同源性表明:PrxⅠ-Ⅳ具有相对较高的同源性;PrxⅤ与其他成员的同源性没有显著的相似性，约为10%。;PrxⅥ与PrxⅠ-Ⅳ的同源性约为40%，相对较低。Prxs蛋白家族在N-端均含有保守的半胱氨酸(cysteine，Cys)残基;有的成员在C-端也有保守的Cys残基。根据各成员间的同源性和Cys残基数量的不同，它们可分为3个亚类:①2-Cys Prx(PrxⅠ-Ⅳ):其在 N-端和C-端分别含有一个高度保守的 Cys，其中一个分子中N-端氧化态的Cys与另一分子中C-端还原态的Cys共同参与氧化还原反应形成分子间二硫键，构成同型二聚体;②非典型2-Cys Prx(Prx V):两个氨基残基都位于同一肽段中。在进行氧化还原时，分子内氧化态的Cys与还原态的Cys构成单体，形成分子间二硫键;③1-Cys Prx(PrxⅥ):仅在氨基末端含一个保守Cys残基，发挥氧化还原作用仅需这一个Cys。在和氧化底物反应过程中，Prxs的Cys残基被氧化。硫氧还蛋白为氧化的PrxⅠ-Ⅳ的还原提供电子，而谷胱甘肽被用来还原氧化的PrxⅥ［3］。

2 Prxs组织和细胞特异性分布

Prxs蛋白家族6个成员在组织表达与细胞定位上存在一定的差异，主要依赖于细胞类型和环境的不同而不同。

Prx I定位于细胞质中。该蛋白在成体肝、肾及胚胎等多种组织中表达。此外，在氧化应急条件下，其作为一个可诱导蛋白，表达显著增高。Prx II也定位于细胞质，在成体的肾脏组织中表达水平最高。PrxⅢ定位于线粒体，是线粒体特有的硫氧还蛋白过氧化物酶，从内质网中合成后经线粒体定位信号转运至细胞外。PrxⅣ的N-端含有分泌信号，具有结合肝素的能力，在内质网合成后转运至细胞外，因此在细胞外基质和内质网中均有表达。Prx V存在于细胞质、过氧化物酶体和线粒体中，该蛋白具有2种形式。其在细胞质中合成时具有214个氨基酸，转运至线粒体成熟时为162个氨基酸，并具有3个Cys 残基，N-端 Cys48为该家族保守残基［3］。Prx VI可在多种组织中检测到，它存在于细胞质，是一个双功能蛋白，具有谷胱甘肽过氧化物酶和磷脂酶A2双重活性。

3 Prxs的抗氧化作用机制

在酵母中发现Prx的Cys47是保守的半胱氨酸，后来被称作为过氧化半胱氨酸(CP)。在催化过氧化物还原时，Prxs蛋白活性位点的Cys-SH被氧化成Cys-SOH。与另一个半胱氨酸残基Cys-SH(CR)形成二硫键，硫氧还蛋白(Trx)又可将其还原再生，而氧化态的Trx利用NADPH提供的还原电子在硫氧还蛋白还原酶作用下恢复成还原态。2-Cys Prx的真核生物与原核生物不同，因为它们包含2个结构序列(GGLG和YF)，当CP的巯基(Cys-SH)被氧化为Cys-SOH时，其相互作用使CP-SOH和CR-SH不能形成二硫键［2，5］。Prx蛋白的CP-SOH可以与第二信使H2O2相互作用形成CP-SO2H。过氧化物酶过氧化引起结构上的改变，表现出分子伴侣功能［6-8］。而另一种抗氧化蛋白Sulfiredoxin(Srx)蛋白能还原过氧化的Prxs的CP-SO2H。最近有证据表明，一些原核生物包括蓝藻的2-Cys Prxs，含有 GGLG和YF保守序列，CP残基过度氧化［9］，蓝细菌表达类似真核生物的 Srx［10］。哺乳动物非典型2-Cys Prx和1-Cys Prx，分别存在一个反平行二聚体形式［4，11-12］。Prx V在发挥氧化还原功能时，其作用机制与前者有所区别:它依靠分子内CP-SOH与CR-SH反应形成分子内的二硫键，而由硫氧还蛋白将其还原。1-Cys Prx因仅含一个残基，故主要是通过肽链Cys47氧化为Cys-SOH而提供氢离子来还原氧化物，其供氢体是谷胱甘肽。体外研究显示:当生理性供氢体缺乏时，供氢体可以由一些小分子物质如二硫苏糖醇、巯基乙醇等替代，但是谷胱甘肽不能作为供氢体。在发挥功能时，有部分蛋白被过氧化为Cys-SO2H而失活。

4 Prxs蛋白与肿瘤

Prxs蛋白家族在多种肿瘤细胞中高表达，是一种肿瘤标记物。PrxⅠ在肺癌、肝癌、直肠癌、甲状腺癌及口腔肿瘤等多种肿瘤组织细胞中高表达。PrxⅠ、Ⅱ和Ⅲ在人的乳腺癌组织中高表达。PrxⅢ蛋白在肝细胞癌中是过度表达的［13］。PrxⅥ在恶性间皮细胞瘤、支气管鳞状细胞癌、癌症的龈颊区、膀胱癌和乳腺癌都表达升高。PrxⅤ是特异性人群乳腺癌的标记基因［14］。Prxs蛋白作为一种抗氧化剂，能够清除正常组织和细胞内的活性氧从而预防肿瘤的发生，同时也能清除癌细胞内的活性氧使肿瘤得到保护。PrxⅠ表达上调能增强肿瘤抗氧化能力，减少活性氧自由基的产生，提高抗凋亡和化疗耐药。PrxⅠ是定位于细胞质中的可诱导蛋白，在氧化应激条件下表达显著增高，在一些恶性肿瘤细胞中表达出现上调。Hoskins等［15］发现PrxⅠ蛋白在卵巢上皮细胞癌患者与良性病变的患者相比血清中过表达。Martinez-Pinna等［16］研究证实，在腹主动脉瘤中PrxⅠ蛋白的血清表达水平与腹主动脉瘤的体积和生长速度呈正相关。表明PrxⅠ蛋白可能是腹主动脉瘤生物标志物。PrxⅡ表达于红细胞及人脐内皮细胞的胞浆中，同时在人体表皮肤的良恶性血管瘤中也存在。因其在血管内的红细胞中高表达，可作为检测组织样本中血管标志物。Lee等［17］通过免疫组化法检测皮肤血管性肿瘤中的PrxⅡ表达情况，结果PrxⅡ高表达于良性血管性肿瘤的成熟的内皮细胞，但在恶性肿瘤的不成熟内皮细胞低表达或不表达。Yo等［18］发现PrxⅡ反义寡核苷酸对抗肿瘤药物顺铂诱导的胃癌细胞死亡具有协同作用，顺铂治疗肿瘤可用其反义核酸作为增敏剂。研究表明通过人乳腺导管原位癌的蛋白组学，PrxⅠ和Ⅱ的表达均为原位癌高于对照组［19］。在脑肿瘤中，PrxⅠ和Ⅱ表达减少和脑肿瘤恶性程度的增加有显著关系。PrxⅠ和Ⅱ阳性的脑肿瘤病人比阴性的对照组病人存活率高，暗示Prxs在脑肿瘤发生中有潜在的保护功能［20］。越来越多的证据显示Prxs蛋白家族与肿瘤之间有一定的联系。

5 Prxs蛋白与疾病

氧化应激是疾病发病的重要机制［21］，所以Prxs蛋白与人类的很多疾病都有着密切的关系。许多神经退行性疾病和氧化应激有关，Prxs蛋白在神经退行性病变中起到重要作用。在黑质致密部的多巴胺能神经元及海马CAl/2区的椎体细胞中，Prx表达很低。这种表达水平被认为与这些神经元对神经变性疾病(如帕金森病、阿尔茨海默病)的氧化应激的易感性有关［22］.。在阿尔茨海默病、帕金森病和唐氏综合症患者的大脑皮层中PrxⅡ表达是增加的，但在唐氏综合征和帕金森病患者中PrxⅢ表达是减少的。在阿尔茨海默病、帕金森病、皮克病和精神分裂症中PrxⅥ也高表达。此外，PrxⅥ与肺部炎症性疾病也有密切关系。Kwon等［23］针对哮喘患者分别检测了PrxⅥ以及过氧化物(PrxⅥ-SO3)在被试着机体外周血单核细胞中的表达水平，同时给予被试者细胞H2O2刺激，针对这些细胞内的ROS水平进行检测，结果表明:与对照组比较，哮喘患者外周血单核细胞中PrxⅥ-SO3在PrxⅥ总量中所占的比例(PrxⅥ-SO3/PrxⅥ)远高于对照组，而且这个比例与哮喘严重程度呈正相关关系。根据国外研究报道在多种动物模型及细胞水平PrxⅥ对肺的抗氧化损伤都有保护功能，如:百草枯可引起典型急性肺损伤［24］，PrxⅥ在低氧百草枯所致急性肺损伤中起重要保护作用［25-26］。利用 PrxⅥ过表达可以减轻HO·所致人肺来源的NCI-H441细胞膜磷酸酯化过氧化反应和凋亡;反义介导降低在L2细胞系(大鼠肺上皮细胞系)中PrxⅥ的表达或靶向抑制A549细胞中PrxⅥ的活性，会导致细胞易发氧化应激和凋亡［27］。氧化应激产生的ROS在糖尿病肾病的发病机制中也起重要作用。糖尿病肾病是糖尿病最重要的合并症之一。PrxⅡ在氧化应激诱导胰腺β细胞凋亡中具有保护作用，减少了糖尿病的发生［28］。PrxⅡ在闭锁的卵泡中也能抑制颗粒细胞的凋亡［29］。在男性生殖细胞中Prxs蛋白也起到保护氧化损伤，并在精子形成、受精等过程中也发挥着重要作用。先前本课题组靖俊等［30］通过运用双向凝胶电泳和基质辅助激光解析电离飞行时间质谱技术分离并鉴定annexin5作用于大鼠睾丸间质细胞后的差异表达蛋白图谱，表明PrxⅡ高表达，而PrxⅥ低表达。随着人口老龄化的加剧，ROS在中老年男性体内累积，血清中睾酮水平下降，引起一种临床症状迟发性性腺功能减退症。迟发性性腺功能减退症的出现会导致生殖功能、肌肉强度、骨密度以及其他生理指标的下降，严重影响患者生活质量。在中老年男性体内Prxs蛋白作为一种抗氧化蛋白，与睾酮合成之间的关系及其调节机制还未知。本课题组目前正在对这一问题进行研究，研究结果有望为迟发性性腺功能减退症疾病的治疗提供新的思路。

6 展 望

Prxs蛋白家族发现以来，许多学者对该家族蛋白的生理功能，生化特性以及各蛋白与疾病之间的联系做了大量研究，取得了重要的研究进展。该家族蛋白作为氧化应激的标记物，与临床相关疾病的关系问题值得思考。文中提到Prxs蛋白在男性生殖细胞中起到抗氧化损伤的作用，而临床疾病中男性不育症、精子活力低下及顶体反应等问题是否与该家族基因变异有联系还需要深入分析该家族成员在患者体内表达情况及作用机制。Prxs蛋白家族的发现及相关研究为临床疾病的诊断和治疗方面提供新的思路。

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