1、硫氧还蛋白与癌症：硫氧还蛋白在肿瘤氧化中的作用摘要硫氧还蛋白是一种小型氧化还原调节蛋白,在维持细胞氧化还原体内平衡和细胞存活扮演重要的角色，并且在许多癌症细胞中高度表达。肿瘤环境通常处在有氧应激或缺氧性应激中，两种应激条件下硫氧还蛋白表达都会上调。这些环境存在于肿瘤组织中是因为它们的异常血管网络导致不稳定的氧交换。因此,人类肿瘤的氧化作用模式很复杂,导致缺氧/ 再氧化循环。在致癌机制中,肿瘤细胞在应激细胞死亡中通常变得更加耐缺氧或氧化，大多数关于肿瘤氧化的研究都集中在这两种肿瘤细胞环境。然而,最近的研究表明,低氧循环的发生对肿瘤细胞生理活动的作用比单独的氧化应激或缺氧应激的作用大的多。已经知道
2、硫氧还蛋白在这些细胞反应中扮有重要角色，一些研究也表明硫氧还蛋白是癌症研究进展中的突出贡献者。然而,仅有很少有研究调查在癌细胞中硫氧还蛋白在缺氧和缺氧循环响应条件下的调节。本文着重论述了硫氧还蛋白在各种类型的肿瘤氧化中的作用。关键词：硫氧还蛋白;肿瘤;缺氧;氧化应激;预处理;缺氧循环一、 引文氧化应激和缺氧应激的微环境都普遍存在于肿瘤。这些区域往往会产生高水平的抗氧化剂, 特别是硫氧还蛋白 (Trx)系统的成员,越来越多的证据表明,Trx系统在肿瘤的扩增和转移中发挥着重要的作用。本文将重点关注Trx系统在不同氧化水平的肿瘤组织中的参与和调节。二、 氧内稳态氧体内平衡对好氧生物机体是非常重要的。
3、然而, 在一个细胞中这种平衡会被氧气含量的升高或降低打破。因此,在控制细胞体内平衡中氧气对环境适应性是至关重要的。细胞利用不同的机制来适应升高或降低的细胞含氧量。有氧生物不断通过几个氧化系统代谢氧气,例如NADPH氧化酶类,黄嘌呤/黄嘌呤氧化酶系统,线粒体呼吸链等。然而,在许多情况下, 氧失去一个电子形成大量的高度活性分子通常称为活性氧(ROS)。ROS包括自由基与未配对电子,比如超氧阴离子自由基、羟基自由基和氧化剂如过氧化氢(H2O2),所有的这些本质上是不稳定的,通常是高活性的。甚至在正常生理条件下细胞内也会产生活性氧分子。ROS通过参与细胞信号转导和细胞的氧化还原调节扮演一些有益的角色。
4、例如,过氧化氢和过氧化阴离子是活性转录因子的氧化还原调节者,在细胞内信号转导中一些细胞因子和生长因子、荷尔蒙和神经递质采用ROS作为二级信使。另一方面,ROS也可以在细胞造成重大的伤害,比如破坏DNA,脂类物质的氧化，氧化蛋白质中氨基酸分子。为保卫自身,细胞利用几个不同的抗氧化系统。抗氧化剂分子通过阻止或减少ROS氧化目标的氧化抵消ROS过度产生。因此,在正常生理条件下,有氧呼吸细胞的氧化还原(氧化还原)平衡是由ROS和抗氧化剂控调控的。然而,在某些条件下ROS水平将大幅度增加,即发生所谓的氧化应激。2.1 氧化应激反应为了重建胞内氧化还原体内平衡，次细胞的氧化应激反应,诱导一些抗氧化系统的表
5、达。抗氧化剂响应因子(ARE)是主要负责这一同步感应的调控因子,通常是启动子区域的基因诱导目标。转录因子通过ARE因子Nrf-2 (NF-E2 相关因子)来调控诱导这些基因。通过氧化应激, Nrf-2与巨噬细胞活化因子蛋白质在细胞核形成异二聚体,然后与ARE包含基因结合诱导应激反应。因此,许多抗氧化系统,包括硫氧还蛋白系统,通过同时上调nrf 2 /ARE途径以应对氧化应激。图1 (a)Nrf-2/ARE途径原理 为了应对氧化应激，ROS诱导Nrf-2核易位,然后与巨噬细胞活化因子形成异二聚体蛋白质。这个复杂的异二聚体与ARE因子交互作用诱导抗氧化目的基因的转录。(b)HIF-1/HRE 途径
6、原理。常氧状态下HIF-1在细胞质中迅速降解。在低氧环境中HIF-1变得稳定,它移位到细胞核与HIF-1形成二聚体，然后与 HRE因子结合诱导靶基因的转录。图12.2缺氧性应激反应氧需求超过了供给,打破了细胞内的氧化还原体内平衡，称为缺氧条件。这些细胞对这种不利条件的防御机制不同于氧化应激。细胞主要是通过低介导的因子(HIFs)而不是激活Nrf-2 /ARE途径来适应缺氧的压力。这些HIFs结合到缺氧响应因子(HRE)的序列从而调节靶基因的表达。低氧诱导因子（HIF-1）是由两个子单元构成。当HIF-1子单元处于一种氧依赖性的调控方式时，HIF-1的子单元是变形的形式在细胞中表达(图1 b)。
7、主要的目标基因上调应对低氧应激通过低氧诱导因子1 / HRE途径参与厌氧代谢、血管生成和造血作用。重要的是,所有这些目标基因要确保细胞通过产生的微小的能量恢复氧气内稳态存活,或者细胞因持续缺乏能量而死亡。有趣的是,硫氧还蛋白系统似乎也在低氧反应扮演重要角色(参见硫氧还蛋白与缺氧)。三、硫氧还原蛋白系统在硫氧还蛋白系统是由氧化还原性活跃的蛋白质硫氧还蛋白(Trx)、硫氧还蛋白还原酶(TrxR)和NADPH组成的。这种抗氧化系统对正常的细胞功能是很重要的，我们观察到敲除小鼠Trx基因可导致小鼠胚胎死亡。Trx的系统在许多细胞功能中扮演着重要的角色,包括调控氧化还原转录因子,合成脱氧核苷酸,细胞生长
8、因子和调节氧化应激。硫氧还蛋白是一种小分子(约12KDa)的泛表达蛋白质,这种蛋白质在所有物种中都是保守表达的。所有Trxs有氧化还原活性部位的氨基酸序列半胱氨酸-甘胺酸脯氨酸-半胱氨酸（Cys-Gly-Pro-Cys）,它可以减少在蛋白质和多肽的二硫键化合物。降低Trx催化作用，降低活性氧在细胞内外氧化许多蛋白质的半胱氨酸并且在这一过程中Trx本身变得具有氧化性。Trx会因TrxR消耗NADPH而减少(图2)。TrxR是目前已知的唯一的Trx电子供体。图2 硫氧还蛋白(Trx)氧化还原系统的作用机制。在氧化细胞蛋白质中减少Trx催化还原的二硫化物(s-s),如过氧化物氧化还原蛋白(Prx)。
9、在这个过程中,Trx通过减少硫氧还蛋白还原酶(TrxR)消耗NADPH而被氧化。图2三种亚型并都包含有保守的活性部位的Trx已确定在哺乳动物细胞存在。他们是Trx1（一种细胞质蛋白质）;Trx2（一种线粒体蛋白）;SpTrx（主要在精细胞中表达）。哺乳动物细胞也含有三种亚型的TrxRs。他们是胞质蛋白TrxR1,线粒体蛋白TrxR2和睾丸特定硫氧还蛋白谷胱甘肽还原酶(TGR)。哺乳动物的TrxRs可以大量催化分解小分子基质来增强它调控Trxs的作用。这些基质包括抗坏血酸,脂质氢过氧化物,-硫辛酸和过氧化氢。Trx-1 系统包括Trx1和TrxR1。除非另有说明,本文中的Trx和TrxR均指的是
10、胞质Trx1和胞质TrxR1。硫氧还蛋白可以通过直接淬火单线态氧和清除羟基自由基或者间接通过减少氧化ROS靶蛋白来发挥其抗氧化功能。然而,Trx大多通过抗氧化蛋白(Prx),也称为硫氧还蛋白氧化物酶来完成其抗氧化功能。Prx使用SH组作为当量直接还原的过氧化物,如过氧化氢和不同烷基氢过氧化物。氧化的Prx可以通过Trx回到其原本状态(图2)。Trx可以存在于细胞外环境、细胞质和细胞核中。然而,Trx在每一个不同的环境具有明显不同的作用。细胞外Trx衍生趋化因子具有活性,可以在细胞质Trx调节细胞的氧化还原平衡和某些蛋白质的活性。在细胞核中,Trx已被证实与许 多转录因子相关,从而调节基因的表达
11、。因此,Trx负责维持调控许多依赖硫醇氧化还原状态水平的重要细胞生理过程。四、硫氧还蛋白和转录因子转录因子是通过改变基因表达谱来调节细胞功能的蛋白质。从而细胞可以调整他们的转录组来适应正常的生理和病理生理状态下氧气水平的改变。一些转录因子通过Trx氧化还原的规则而激活,动作电位,以此来调节他们的DNA粘粘活性。尽管其他转录因子使用Ref-1(氧化还原因子-1)作为中间物，但硫氧还蛋白可以直接减少一些转录因子。在这些转录因子中一个特定的半胱氨酸残基(s)被Ref-1降解,导致DNA的粘粘活性增强。为了促进Ref-1催化这种按其需要进行降解的方式,它是由Trx催化的。转录因子依赖Trx / Ref
12、-1的交互作用促进许多基因的激活,促进细胞在应对不利条件包括氧化应激和缺氧条件下保持活力。除了作为一个主要的氧化还原信号因子,Ref-1也是一个DNA修复酶。它参与基础的切除修复(BER)途径。BER途径是负责修复DNA的缺嘌呤/缺嘧啶 (AP)位点,这是活性氧损伤主要的终极产物。因此,Trx在保护细胞免受通过Ref-1刺激的氧化应激反应有一些重要的功能。有种依赖于Trx/Ref-1交互作用的转录因子是激活蛋白-1(AP-1)。AP-1不是一个单一的转录因子,而是由各种不同的人类或者异源二聚体之间形成的碱性亮氨酸拉链(bZIP)的家族蛋白质。二聚复合物主要是由Jun二聚体和Jun-Fos异源二
13、聚体.尽管Jun家族和Fos家族都包含多个成员,AP-1转录因子仍广泛参与多个生理功能。例如,AP-1调节相关细胞生长基因的表达以应对外部刺激。DNA链的AP-1基因一种半胱氨酸残基的氧化还原状态调控，这种残基在DNA结合域的两种蛋白质结合成二聚物。Trx通过Ref-1间接降解这些半胱氨酸,从而增加了DNA链上AP-1结合位点的活性(图3)。这样,Trx也促进了细胞生长。图3 硫氧还蛋白(Trx)和转录因子的氧化还原信号。Trx在细胞质通过调控氧化还原ASK-1和清除活性氧抑制I 降解来负调节细胞凋亡。在氧化条件下,Trx转移到细胞核,通过降解其半胱氨酸残基增大DNA链上NF-基因结合位点活性
14、。Trx也能增大DNA链上其他转录因子的活性,如AP-1和HIF-1(低氧诱导因),间接地通过中间物Ref-1。红线显示一个抑制效应。S-S =氧化形式。SH =缩减形式。图3HIF-1是另一个重要的通过Ref-1受Trx调控的转录因子，它控制着缺氧应激反应基因的表达。HIF-1中的HIF-1亚基的单个半胱氨酸残的氧化还原修复对于HIF-1与CBP/p300共同激活剂间的直接相互作用是非常必要的,这会通过低氧反应元素(HRE)增加目的基因的表达。Trx,通过Ref-1,是间接作用于这一修复过程(图3)。Trx也可以在没有Ref-1的情况下直接作用于一些转录因子。例如,Trx可以通过激活核转录因
15、子(NF)-B影响细胞凋亡，核转录因子(NF)-B调节抗细胞死亡基因的表达。在细胞质中,ROS介导抑制剂IB的降解来激活NF-B细胞核转导。Trx是一种抗氧化剂并在细胞质清除活性氧,从而抑制IB的降解。然而,为了应对NF-B活化刺激，Trx从细胞质转移到细胞核,在细胞核Trx会激活DNA链上的NF-B基因(图3)。Trx直接催化降解NF-B的一个半胱氨酸并允许NF-B依赖基因的表达。此外,Trx通过与ASK-1（细胞凋亡信号调控激酶-1）相关联直接跟细胞凋亡通路相互作用,ASK-1是MAPKKK家族的一员。降低Trx与ASK-1在氧化还原依赖的方式下的生理作用,并抑制其活性。当Trx被ROS氧
16、化后它与ASK-1解离来,然后被激活以引导凋亡信号转导(图3)。这种ROS诱导凋亡是对氧化应激的一种防御机制。五、硫氧还蛋白和氧化应激当Trx氧化应激时,在某种程度上,减少细胞内蛋白质和降低活性氧的水平抗氧化防御的一部分。在应对氧化应激时，Trx也会转移到细胞核,它能通过氧化还原修复发挥转录因子的调控功能。通过调节一些转录因子的活性Trx可以影响很多重要的细胞功能以应对氧化应激,包括DNA修复,细胞生长与增殖和细胞凋亡。已经证实,Trx基因的表达受氧化应激诱导,这种诱导现象主要由Trx启动子中Nrf2与ARE元素相连结来调节。TrxR和Prx启动子也包含ARE元素，它是负责在应对氧化应激时的诱
17、导表达。值得注意的是,在处于还原态的Trx可以增强Nrf2与ARE的连结,从而激活它。此外,Ref-1在应对氧化应激反应时表达上调。因此氧化应激会导致Trx水平的升高,进而激活转录因子诱导更高水平的Trx和其他抗氧化剂。众所周知的是,癌症细胞与正常细胞相比处于氧化应激升高状态。增加的氧化损伤的DNA基质已经发现存在于许多癌组织中。此外,已经发现在体外人类肿瘤细胞系比非转化细胞系产生相对大量的活性氧,从而使这些细胞保持持久的氧化应激状态。这些在癌组织细胞中高含量的ROS通常与含有极高浓度的Trx和其他氧化还原控制蛋白质结合在一起,这将在稍后讨论(参见硫氧还蛋白和癌症)。六、硫氧还蛋白和缺氧一个细
18、胞内的氧气水平低于正常水平的氧张力时会发生缺氧。尽管缺氧通常会打破细胞氧化还原体内平衡对细胞产生危害,但它确实有一些有益的作用。例如,在胚胎形成时会发生缺氧现象,缺氧信号被认为是胚胎正常发育所必需的条件。在对低氧反应中, HIF-1（低氧诱导因子）蛋白质是稳态的并会诱导一些基因的表达,这些基因功能改善通过血管生成和红细胞生成来提高氧合作用。HIF-1的可用性是主要取决于HIF-1亚基,通常是由于其快速、氧依赖性的降解而处于抑制状态,而HIF-1亚基不受氧气水平的调控。在缺氧时,HIF-1蛋白质处于稳定状态,转移到细胞核,与HIF-1形成二聚物绑定到目标 DNA序列的启动子或不同的基因的增强子区
19、域(图1b)。HIF-1的蛋白质也受除了缺氧其他许多因素调控,包括致癌基因,生长因子,很矛盾的自由基如超氧阴离子、过氧化氢和一氧化氮。例如,裸露的一氧化氮基团已被证明在含氧量正常情况下HIF-1中特定的半胱氨酸残基亚基转化成硝基甲苯磺酸酐,从而抑制其降解。此外,在人类293细胞过氧化氢的调节机制会诱导HIF-1提高稳定性和HRE（缺氧反应因素）-荧光素酶在含氧量正常条件下的表达。因此,ROS能使HIF-1在含氧量正常条件下更加稳定(图4)。图4 硫氧还蛋白(Trx)和ROS在缺氧性应激中的反应。在正常含氧量条件下HIF-1在胞质中降解而在缺氧条件下HIF-1变得稳定并转移到细胞核中。在低氧条件
20、下，胞质过氧化氢的存在对HIF-1的稳定是必要的。在细胞核中,还原条件对HIF-1与DNA绑定是很必要的。在细胞核中，Trx促使Ref-1减少而减少了HIF-1亚基, 然后与HIF-1 共聚陈二聚体形成HIF-1。HIF-1蛋白质与HRE元素绑定而诱导靶基因转录。红线显示一个抑制效应。红十字表示非功能性的线粒体。图4越来越多的证据表明,线粒体中形成ROS也与HIF-1在低氧环境的稳定性相关联,尽管增加的ROS似乎比发生在氧化应激反应程度小得多。一项研究表明,细胞中含有非功能性线粒体不能在低氧反应中增加HIF-1含量。另一项研究使用RNAi（核糖核酸干扰）来抑制复杂III线粒体中Rieske铁硫
21、蛋白的表达，表明ROS形成和HIF-1表达水平在低氧环境下将会减少。然而,添加过氧化氢到细胞导致了增加了HIF-1蛋白在缺氧。同样,在人类293 细胞中过氧化氢在缺氧条件下被抑制,通过过氧化氢酶过表达、使HRE（缺氧反应元素）-荧光素酶的表达受到抑制(图4)。这些观测结果表明,过氧化氢在细胞中的存在对于HIF-1在低氧条件下的稳定是必要的。相比之下,几项研究表明, HIF-1与DNA在细胞核的绑定需要减少条件。例如,HIF-1与过氧化氢或二酰胺的纯化处理降低了HIF-1与DNA结合活性。然而,在之前添加二硫苏糖醇(DTT)会避免这个效应(图4)。这些结果表明,HIF-1本身对氧化还原很敏感。实
22、际上,正如前面所提到的,抗氧化蛋白Trx和 Ref-1已被证明在缺氧条件下能通过调制HIF-1亚基的单个半胱氨酸残基来提高HIF-1的转录活性的(图4)。此外,一个突变的Ref-1中的目标半胱氨酸残基在遇到羟基自由基时能阻止HIF-1活性降低。这些结果表明,Trx在缺氧性应激反应中扮演重要的角色。此外,证据表明,Trx在缺氧条件下影响HIF-1的表达已被几项细胞中Trx过表达的研究中证明。这些细胞显示增加了HIF-1水平、增强了HIF-1与DNA绑定连结和增加了HIF-1靶基因的活性,如血管内皮生长因子(VEGF)和环氧合酶-2（COX-2)。相反,研究使用惰性的氧化还原Trx可以清晰地显示出
23、HIF-1蛋白水平的减少。此外,Trx和TrxR抑制剂已被证明下调HIF-1的表达及其后续活性,这进一步强调了Trx在调控HIF-1表达中的作用。这些结果也与其它研究结果表明Trx和相关的氧化还原蛋白质在低氧条件下表达上调相一致。例如,当HT-29细胞处于低氧条件下，Trx和TrxR mRNA的表达分别各自增加了14倍和4倍。在肺癌细胞Trx和Prx在缺氧条件下他们的mRNA和蛋白质含量都被上调。肿瘤微组织与宫颈癌活检标本中也发现Trx和Ref-1的表达在低氧条件下上调。然而,低氧条件下Trx的诱导机制尚不完全清楚。Trx没有证据表明这种效应是受HIF-1调节。总之,这些结果表明缺氧和氧化还原
24、控制调控过程存在重要纽带并表明在缺氧条件下ROS和Trx在调控HIF-1表达方面至少与经典缺氧条件下的诱导通路调节有同样重要的作用。七、硫氧还蛋白和癌症人们普遍认为,氧化应激和缺氧应激都是肿瘤的特征。这些情况可以部分解释为肿瘤增长过速,而其血管网络也快速增长,因此缺乏氧气和营养物质。含氧水平的降低影响着HIF-1的稳定性和活性,进而诱导如血管生成这样的过程发生。尽管血管生成发生在几乎所有人类的实体肿瘤,它的效率不高,从而导致氧气运输在空间和时间上的不足。因此,一些肿瘤组织区域可能会慢性缺氧,而其他的肿瘤区域可能会循环缺氧,由于不规则氧气流通导致其在缺氧和再氧合的状态中切换。再氧化阶段紧跟缺氧应
25、激出现无意中导致了氧化应激。因为癌症细胞通常处在高氧化应激或缺氧应激状态下,他们还高水平表达包括Trx,Prx和Ref-1的抗氧化蛋白也就不奇怪了。例如,Trx的表达在几个原发性的癌症中会升高,包括肺癌、子宫颈癌、胰腺癌、结直肠癌、肝癌、胃癌和乳腺癌。Trx和相关蛋白质的上调表达已假设为肿瘤恶性增殖与良性细胞增殖的动态的氧化还原变化的标志。一些研究表明,Trx的过表达促进了癌症细胞的生长,无论是通过直接刺激癌细胞生长或通过抑制肿瘤细胞凋亡。在这些研究中,MCF-7乳腺癌细胞被氧化还原惰性的Trx构造转染。Trx的蛋白质以一种不活跃的方式在在各个构造中产生。转染的MCF-7细胞接种到免疫缺陷的小
26、鼠体内后，几乎完全抑制肿瘤的形成，癌细胞的逆转表型转换也是明显的。另一项研究表明,MCF-7细胞在以剂量依赖的方式用三氧化二砷(ATO)处理时生长会受到抑制。MCF-7细胞的抑制生长与失活的TrxR有关,导致Trx氧化和整个Trx系统的失活。此外,最近的一个体内研究进一步凸显Trx在促进癌细胞生长的重要性。两个人类肺癌细胞株,表达高或低的Trx水平,肿瘤生长的程度与皮下注射的严重联合免疫缺陷（SCID）小鼠被感染的组织细胞中Trx的水平相关。这些细胞中Trx低水平表达催生小肿瘤,而细胞中Trx高水平表达会催生出更大的肿瘤。总的来说,这些研究表明,Trx在促进癌细胞生长中有一个活跃的作用,其表达
27、也不仅仅对癌症进展有重要影响。在体外和体内Trx高水平的表达都与高度攻击性和转移性肿瘤的活性有密切关系。一个体外研究使用神经细胞瘤细胞株出现的可能机制证实Trx提高了癌细胞转移活性。这些细胞中Trx被证明可以促进细胞入侵,通过抑制MMP的抑制剂来促提高基质金属蛋白酶(MMP)活性。一个体内研究使用两个人类Trx表达水平的高低不同的癌细胞株注射小鼠，进一步证明Trx促进癌细胞的转移。感染了Trx高表达的小鼠的肺中癌细胞明显出现转移，而感染Trx低表达的小鼠肺中癌细胞则没有出现明显的癌细胞转移。此外,另一项研究在前列腺癌上操作两个不同氧化还原表型的细胞系表明还原态更强的细胞株系的细胞入侵性更强。同
28、样,被检测出Trx高水平表达的肿瘤患者大多被诊断为乳腺癌、黑素瘤、甲状腺癌、前列腺癌和结肠直肠癌。此外,Trx高水平表达和其他抗氧化蛋白使细胞对多种化学药剂产生耐药性,包括阿霉素、强的松、紫杉醇和它莫西芬。例如,在一项研究中,肿瘤组织取自乳腺癌患者显示p53、BRCA-1、Bcl-2 的表达与烯紫杉醇没有显著相关性。然而,肿瘤中Trx低水平表达的细胞比Trx高水平表达的细胞对紫杉醇的反应敏感的多。在另一项研究中,44个乳腺肿瘤样本用多烯紫杉醇处理后进行基因表达分析,共有2453个基因分析序列。在多烯紫杉醇耐药细胞中,将近一半的样本,提升了氧化还原蛋白基因的表达,尤其是还原谷胱甘肽、S-转移酶、
29、过氧化酶和Trx。Trx过表达也会导致患者对强的松产生抗性,通过清除细胞内抗癌剂产生的有毒氧化剂。此外,卵巢癌细胞株,胃和结肠癌细胞,都伴随细胞内Trx表达水平的升高。这些研究结果表明Trx在癌细胞中通过抑制细胞凋亡,刺激细胞转移、提高入侵活性和参与抗化学药物等活动，说明Trx在癌细胞的生长和增殖中都扮演者相当活跃的角色。另一个重要的观察是,许多肿瘤的攻击性与他们的氧化还原表型有关,而他的表型是由Trx的表达所决定的。考虑到Trx在癌细胞中发挥的许多作用,因此,毫不奇怪,Trx和其他Trx系统的成员已经被提出作为研究抑制肿瘤生长,增殖和转移的化合物的关键靶标。虽然Trx本身一直被视为一个潜在靶
30、标,TrxR一直是大部分Trx系统抑制剂的焦点。一个TrxR抑制剂导致Trx的氧化,从而改变整个Trx系统的功能。一些TrxR抑制剂已在临床试验中作为癌症治疗试剂测试过其中一些已被FDA批准使用。三氧化二砷(ATO)是一种被FDA批准的已成功地用于治疗急性早幼粒细胞性白血病的化合物。ATO与不可逆转的TrxR结合,这与抑制MCF-7 乳腺癌细胞的增长有相关性。含金化合物在一段时间也被作为癌症治疗药物研究的优先选项,包括金诺芬,把TrxR作为他们的靶标。Xcytrin是一种像卟啉的分子，目前在临床试验中治疗各种类型的癌症,也能够抑制TrxR。所有这些高效的TrxR抑制剂有一个共同的特征,就是他们
31、主要作为助氧化剂并且由于其高毒性能导致严重的副作用。未来的一个替代方法可能出现在天然产品中,包括抗氧化剂丰富的食物和饮料,他们可以在人体高浓度存留。姜黄素就是这样一个例子,一个常用的调味品,展现出不错的抗癌效果和不可逆转地抑制TrxR的功能。最近,绿茶和红茶被发现含有抗氧化剂的成分,这些成分可以抑制TrxR并能抑制希拉细胞在体外生长。然而,需要更多的信息来支持这些成分对不同类型的癌细胞发挥作用。癌细胞的氧化还原表型的不同可能是一个主要的决定因素,这些成分可以选择性的选定目标癌细胞。尽管氧化还原表型的癌细胞的特点由Trx的表达程度决定,进而影响肿瘤细胞的氧化还原水平,缺氧和氧化应激之间的循环可能
32、也是一个主要的癌细胞增殖及其对不同癌症治疗试剂灵敏度不同的因素。八、硫氧还蛋白和缺氧循环一个组织中含氧量状态是氧气传递和消耗之间平衡的结果。因为在肿瘤组织中血管生成异常所以这种平衡经常被打破。相反,肿瘤通常有很少的小动脉供给,低效的微血管取向、低血管密度、极端变化的微脉管红细胞通量和血液粘度的增加。所有这些因素导致肿瘤组织中高度不稳定的氧供应。因此,肿瘤组织最重要的特点是,其氧气供应是周期性的,这种现象通常被称为缺氧循环或间歇性缺氧。缺氧循环在近30年前被发现,此后出现了强有力的证据证明缺氧循环动力学是复杂的,至少有两个重要的时间表,它们互相叠加在一起。一个频率每小时几个周期而第二个时间尺度从
33、几个小时到几天不等。最近的研究表明,红血细胞通量的波动的频率更快,而血管重建的频率较慢。大多数关于缺氧循环的研究都集中在血管生成和HIF-1的调控。其中的一些研究也显示了HIF-1活性上调取代了慢性缺氧。因为缺氧循环所涉及到的一些再氧化阶段,很容易推测,ROS和抗氧化剂水平的提高也会出现。然而,只有有限的研究关于的抗氧化剂与肿瘤氧化作用的动态变化有关。8.1 缺血预处理大多数关于抗氧化剂和缺氧循环可用的数据来自心脏疾病缺血/再灌注的研究。心暴露在再灌注引起的短时间内的缺血循环对致命缺血性损伤产生抗性。这种技术通常用于心肌保护，被称为脑缺血预处理(PC)。缺血预处理的心脏保护能力已经被证明是被氧
34、化还原反应调控的。例如,缺血预处理治疗小鼠心脏被Trx抑制剂CDDP(一种抗癌剂)处理时会产生一个废除的生存信号，大量的心肌细胞在预处理心肌后凋亡。此外,心脏缺血预处理治疗后氧化应激显著降低,而CDDP抑制Trx会使心脏丙二醛的数量不断增加从而使氧化应激增强(图5)。有趣的是,缺血性心肌衰弱与Trx的超表达有关。虽然有几项研究暗示了Trx在缺血预处理的生存信号传导中的角色,其作用机理仍需要被阐明。有趣的是,最近的研究表明,小鼠心脏缺血预处理时Trx和Ref-1迅速转移到细胞核。注入发卡结构的RNA的反义Trx会一直Trx向细胞核转移，反转录Ref-1抑制Ref-1向细胞核内转移。此外,缺血预处理中Trx和Ref-1在核内出现结合。这项研究还揭示了NF- 的DNA链和磷酸化的 Akt(一种蛋白激酶)都会增加,这增加了细胞存活几率，而当Trx或Ref-1受到抑制时这些现象就会全部消失。此外,治疗心脏缺血预处理还说明了Nrf-2和Ref-1在细胞核中的紧密联系,当反转录处理Ref-1时会减少这种联系。同样,也观察到Trx和Nrf-2在细胞核内紧密联系,也减少了反转录Ref-1的存在(图5)。总之,这些结果表明,在小鼠的心脏细胞缺血/再灌注循环存活信号是氧化还
