莫与琳，杨亚军，崔 燎

( 广东医科大学药理学教研室，广东天然药物研究与开发重点实验室，广东 湛江 524023)

活性氧簇(reactive oxygen species，ROS)对维持正常的细胞代谢与信号传导起着有益的作用。当细胞在受到物理、化学、生物等刺激时，为了适应或抵抗刺激，细胞产生高水平、高活性物质的ROS。当ROS的积累超出了机体的抗氧化能力时，可诱发内质网应激与线粒体应激。在氧化应激状态下，线粒体大量产生ROS[1-2]，当其进入细胞质后，作用于内质网上的钙离子通道，可诱导产生更多的Ca2+，从内质网释放到细胞质中，再进入线粒体，并集中在线粒体内基质，干扰电子呼吸链，导致更多的ROS产生[3]。如此反复，恶性循环，诱发和加重内质网应激与线粒体氧化应激，从而诱发炎症或细胞凋亡。越来越多的证据表明，ROS能够促使硫氧还蛋白相互作用蛋白(thioredoxin-interacting protein，TXNIP)从细胞核内转位进入细胞质，并激活或诱导凋亡信号调节激酶1(apoptosis signal-regulating kinase 1，ASK-1)、NLRP3炎性小体、天冬氨酸特异的半胱氨酸蛋白酶-1(cysteinyl aspartate specific proteinase 1，caspase-1)、白细胞介素1-β(interleukin-1β，IL-1β)等与炎症或凋亡相关的分子[4]。

目前，TXNIP作为氧化应激效应途径中的一个关键的调控蛋白，已成为评价糖尿病及其并发症、动脉粥样硬化、肝细胞缺血/再灌注损伤等疾病的药物疗效的重要靶蛋白。本课题组新近研究表明，氧化应激可通过Wnt/FoxO信号通路，诱发或加剧骨质疏松的形成与发展[5-6]。TXNIP作为调节氧化还原平衡的重要蛋白，在氧化应激状态下，其表达失衡是否会对骨质疏松的形成与发展产生影响，如果产生影响，又是通过什么信号途径产生作用的，目前尚不明确。本文将综述TXNIP介导的氧化应激在相关疾病中的作用及机制，以探究TXNIP介导的氧化应激是否对骨质疏松也会产生作用。

1 TXNIP在糖尿病及其并发症中的作用

在糖尿病患者体内及慢性高血糖环境下，TXNIP 的表达明显增加，提示TXNIP水平的升高与糖尿病的发生、发展有密切相关[7]。在正常情况下，线粒体中的硫氧还蛋白(thioredoxin，Trx)与ASK-1结合，并抑制其活性，而在高血糖环境下产生氧化应激时，TXNIP与Trx结合后会释放ASK-1，后者可激活p38丝裂原活化的蛋白激酶(p38 mitogen activated protein kinase，p38 MAPK)信号通路，进而刺激激活蛋白因子1(activator protein 1，AP-1)，激活c-Jun氨基末端激酶(c-Jun N-terminal kinase，JNK)，最终通过线粒体内在途径诱导胰岛细胞凋亡[8-9]。此外，TXNIP亦可与NLRP3炎性体结合[10]，通过依赖于NLRP3-ASC-caspase-1途径刺激IL-1β的分泌，诱导炎症的产生或胰岛细胞凋亡[11]。

当小鼠敲除TXNIP基因后，其血糖浓度、胰岛素分泌、胰岛素敏感性以及脂肪酸的利用明显得到改善，小鼠显示低血糖的表型[12-13]。在糖尿病模型ob/ob小鼠的骨骼肌细胞中，TXNIP基因下调能够明显增加胰岛素的敏感性及葡萄糖刺激引起的胰岛素分泌[14]。在体外β细胞中，胰岛素可引起TXNIP的表达下调。据报道，TXINP过表达会抑制胰岛素的分泌及葡萄糖摄取能力[7]，而TXNIP通过小干扰RNA(small interfering RNA，siRNA)产生与前者相反的作用[15]，这说明TXNIP负性调控胰岛素的功能。

另有研究表明，TXNIP通过调节三羧酸循环与糖酵解途径调控ROS的生成[16-17]。在C3H-MC细胞株的线粒体中，高浓度葡萄糖能够促进ROS的生成与NADPH氧化酶4(NADPH oxidase 4，Nox4)的表达。TXNIP基因敲除可激活NADPH氧化酶，进而促进Nox4的表达，也不会增加ROS的产生。同样，在TXNIP缺陷的Hcb-19 MC细胞株中，ROS和Nox4的生成明显下降，但过表达TXNIP又可增加线粒体ROS和Nox4的生成[16]。这表明TXINP是ROS、Nox4生成过程中一个关键的调控基因。

总之，慢性高血糖环境会导致氧化应激的产生，引起TXNIP表达增加，最终导致炎症产生或胰岛细胞的凋亡，进而扰乱了血糖的调节功能。

2 TXNIP在平滑肌细胞、内皮细胞功能障碍及动脉粥样硬化中的作用

血管平滑肌细胞(vascular smooth muscle cell，VSMC)功能障碍的主要特点是炎症导致的依赖于内皮的血管舒张功能受损，VSMC的炎症与动脉粥样硬化及其它血管炎症性疾病密切联系。体外培养VSMC的研究表明，阻断TXNIP的表达可以减少细胞内氧化应激，同时增强保护蛋白质的作用。在TXNIP基因敲除小鼠的VSMC和巨噬细胞中，炎症标志物的表达下调，且黏附分子生成减少。此外，人脐静脉内皮细胞株(EA.hy-926细胞株)在棕榈酸盐刺激后产生更多的ROS，同时，TXNIP的生成与NLRP3的表达明显增加，而大量的线粒体遭到破坏[18-19]。这些研究表明，炎症导致的心血管内皮细胞功能障碍或细胞受损的机制中，TXNIP起到负性调控作用。

3 TXNIP在缺血/再灌注损伤中的作用

缺血/再灌注损伤常见于心肌梗死、脑梗死、肝肾缺血等疾病，其主要病理机制是缺血组织重新充血后，产生大量的ROS，导致细胞损伤[17]。研究表明，♂ SD大鼠肝脏缺血/再灌注后会产生大量的ROS，并可出现细胞间质水肿、血管收缩以及炎性细胞浸润与坏死，同时，TXNIP表达明显增加，而Trx的活性下降[20]。在♂ ICR小鼠及♂ SD大鼠的大脑缺血/再灌注损伤模型中，大脑海马部位中的ROS、TXNIP、NLRP3的表达水平在再灌注后明显增多，这与SH-SY5Y细胞(人神经母细胞瘤细胞株)模拟缺血/再灌注损伤模型的研究结果基本一致[21]。此外，在小鼠心肌微血管内皮细胞(CMECs)缺氧/复氧(H/R)损伤模型中，复氧后TXNIP、NLRP3、caspase-3的表达水平与活性均明显增加，而TXNIP siRNA干扰可明显阻止前述变化，提示TXNIP在H/R损伤中起关键的调节作用[22]。可见，在缺血/再灌注损伤的病理机制中，TXNIP扮演着重要的角色。

4 TXNIP在癌症中的作用

一般而言，肿瘤组织处于高代谢状态，需要大量的氧与营养物质，并释放出大量的ROS，呈现高氧化应激的状态。在高氧化应激的状态下，ROS可以诱导TXNIP与Trx结合，而把ASK1从Trx释放出来，ASK1激活后，通过MAPKK通路，激活JNK，JNK调控凋亡相关蛋白Bcl-2磷酸化(BIM、BMF)及重新分布在线粒体膜上的Bax/Bak蛋白，进而抑制细胞增殖，甚至诱导细胞凋亡。目前，从体内、体外及临床研究可以看出，肝细胞癌、乳腺癌、膀胱癌等实体癌及白血病，均不同程度地引起TXNIP的表达下降；在提高TXNIP的表达之后，癌细胞的增殖明显受到抑制，甚至诱导癌细胞的凋亡[23]。由此可见，癌细胞内TXNIP的表达是受到抑制的，当增加TXNIP的表达后，可诱导癌细胞的凋亡，达到抗癌的作用。

5 总结与展望

在正常状态下，TXNIP位于细胞核内，当细胞内ROS蓄积增多时，会诱导TXNIP穿梭到细胞质或线粒体中，通过与Trx结合，抑制Trx的抗氧化能力，有利于ROS的进一步蓄积。当ROS蓄积到毒性浓度时，可诱发内质网应激与线粒体应激，同时激活NLRP3、ASK1等信号蛋白，最终诱导炎症的产生或细胞凋亡(Fig 1)。本课题组新近研究证实，氧化应激是骨质疏松发病的重要原因[6]。研究表明，库欣综合症患者组织中TXNIP升高与骨形成下降密切相关，其病理机制尚不清楚。在SOD2基因敲除后，小鼠软骨细胞线粒体的形态改变[24]。尼古丁等环境刺激引起线粒体应激，与成骨细胞活性下降相关[25]。由于线粒体是ROS产生的重要场所，而TXNIP介导的线粒体应激受到越来越多的重视，其对骨质疏松的作用还需进一步的研究。因此，若以TXNIP为抗氧化靶点，进行相关天然抗氧化药物的研发，或为抗骨质疏松治疗提供新思路。

Fig 1 Models for role of TXNIP-mediated oxidative stress in diseases

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