硫氧还蛋白-1在胰腺炎时的表达及其作用

钟卫一 唐国都

·综述与讲座·

硫氧还蛋白-1在胰腺炎时的表达及其作用

钟卫一 唐国都

硫氧还蛋白-1(thioredoxin-1，Trx-1)是一种广泛分布的氧化还原蛋白，通过二硫化物活性中心可逆地催化许多氧化还原反应，具有抗氧化和抗炎作用。胰腺炎的病程存在着氧化应激和炎性细胞浸润，Trx-1作为一种内生的抗氧化剂，通过直接清除活性氧发挥抗氧化作用，通过减少致炎细胞因子的表达，发挥间接抗炎、抗氧化作用。重组Trx-1能抑制中性粒细胞浸润，减轻胰腺和肺的炎症，可作为一种新的治疗急性胰腺炎的策略。

一、Trx-1的结构

Trx-1分子质量约为12 000，具有一个高度保守的含二硫化物的氧化还原活性中心(Cys32-Gly-Pro-Cys35，CGPC)，广泛分布在从大肠杆菌到人类的有机体中[1-2]。大肠杆菌的Trx-1结构研究得最为详尽。它是一个结构紧密的球状蛋白质，由5条β链折叠构成一个疏水中心，外围被4个α螺旋缠绕；高度保守的活性位点序列(-Trp-Cys-Gly-Pro-Cys-)将第2个β链折叠和第2个α螺旋连接起来，形成了第2个螺旋的第1个转角。Trx-1还原作用的机制是还原型Trx-1的疏水面与底物X-S2结合后，在复合物的疏水环境中，Cys-32的巯基和蛋白质底物结合形成共价键的二硫化物，最后去质子化的Cys-35攻击Cys32-S-S-蛋白质二硫键，释放还原蛋白质底物，形成Trx-Cys32-Cys35-二硫化物，再被Trx-1还原酶还原[3]。

人和其他哺乳动物Trx-1的结构还含有3个其他的Cys残基[4]，即Cys-62、Cys-69、Cys-73。这3个Cys残基及新近发现的Tyr-49残基[5]，对氧化还原活性中心的功能起修饰抑制作用。Cys-62和Cys-69组成另一个含二硫化物的活性位点，位于一个α螺旋内，邻近CGPC活性中心，在氧化还原信号或氧化应激条件下，短暂地抑制Trx-1活动，使之有更多的时间感受和传输氧化的信号。给予低浓度的丙烯醛，优先修饰的是Trx-1的Cys-73，而不是活性位点的Cys-32和Cys-35，或调控位点的Cys-62 和Cys-69，这可能是因为Cys-73在活性位点比其他半胱氨酸残基更容易获得。哺乳动物Trx-1的结构和功能比大肠杆菌更为高级，在大肠杆菌Trx-1只含有两个半胱氨酸的催化部位，而在哺乳动物还观察到其他3个调控Trx-1的半胱氨酸。

二、Trx-1抗氧化作用

Trx-1系统存在于细胞质和细胞核，其关键作用是调节细胞的氧化还原。氧化型Trx-1含有二硫键，还原型Trx-1含有巯基，通过二硫键和巯基的互换来实现其氧化还原的功能调节，对细胞内的氧化与抗氧化系统之间的平衡发挥着至关重要作用[2]。此外，分泌到细胞外的Trx-1还能从细胞外运送到细胞内，因此，它能在细胞膜内外穿梭循环[2]。

Trx-1的抗氧化作用可加速抗链激酶-1(antistrepto-kinase-1，ASK1)的还原。ASK1位于一个主要的氧化还原途径的上游。ASK1氧化可进一步激活Jun的N-未端激酶(JNK)，诱导细胞凋亡。Nadeau等[6]发现，细胞暴露于H2O2造成ASK1快速氧化，通过链间二硫键的形成导致Ask1多聚化，在H2O2诱导后几分钟内，氧化型ASK1又完全还原，在这个还原期间，Trx-1变为与ASK1共价键结合；过量表达的Trx-1可加速ASK1的还原。细胞在H2O2处理后，氧化型ASK1的保持需要进一步激活ASK1的下游信号。Saitoh等[7]发现，Trx-1直接约束ASK1的N端，抑制ASK1激酶活性及依赖ASK1的细胞凋亡。Trx-1氧化还原的状态调节Trx-1和 ASK1之间的相互作用，因为氧化还原无效的Trx-1的双突变体(在cys-32 和cys-35位点突变)不能约束ASK1 。但Trx-1单突变体( Cys-32或Cys-35 )仍能约束ASK1的活性和能力，阻止ASK1氧化，抑制ASK1诱导细胞凋亡[8]。JNK可下一步激活促凋亡Bcl-2家族蛋白(Bim、Bak、Bax)，使之释放促凋亡因子如细胞色素C[9]。但目前还不清楚ASK1促凋亡活性是否完全依赖于下游目标如JNK。 Zhang等[10]研究表明，位于细胞质的ASK1与Trx-1形成一个复合物处于静止状态。促凋亡刺激物TNF和氧化应激促使Trx-1从ASK1游离，通过细胞色素C的释放、细胞凋亡蛋白酶-3的活化和核碎裂，提高线粒体依赖的凋亡。相反，Trx-1过量表达协同阻止TNF、ROS、ASK1诱导的细胞死亡。

Trx-1在维持高GSH/GSSG比例中发挥作用。在缺乏谷胱甘肽还原酶的酿酒酵母突变体，会积累高水平的氧化型谷胱甘肽，二硫键形式的谷胱甘肽占总谷胱甘肽63%，而野生型只有6%。然而，在Trx双突变(Trx-1和Trx-2)时，氧化型谷胱甘肽占总谷胱甘肽的比例从6% 增加到22%[11]。其他生物，如黑腹果蝇和冈比亚按蚊不具有典型的谷胱甘肽还原酶[12-13]。在这些生物体，Trx系统能减弱氧化谷胱甘肽的能力，维持GSH/GSSG高比例[14]。

三、硫氧还蛋白-1在胰腺炎时的表达及作用

Trx-1作为一种内生的抗氧化剂，在急性胰腺炎时,当胰腺的超氧化物歧化酶和谷胱甘肽过氧化物酶被耗尽后可能发挥关键性作用。在胞质，Trx-1通过直接清除活性氧发挥抗氧化作用；在胞核，Trx-1通过抑制IkB-α的磷酸化，遏制NF-kB的活化，减少致炎细胞因子的表达，发挥间接抗炎、抗氧化作用[15]。给予外源性Trx-1可清除细胞外的活性氧，还能穿透细胞膜,进入胞质清除细胞内活性氧[16]，减轻氧化应激反应，减轻实验动物的组织损伤、降低实验动物的死亡率[16-17]。Ohashi等[17]给转基因小鼠(该鼠能高表达人类Trx-1)和C57BL/6小鼠(作为对照)腹腔注射雨蛙素诱发实验性急性胰腺炎，并用脂多糖加重。结果显示，转基因鼠Trx-1的过量表达明显减轻实验性急性胰腺炎的严重性。Trx-1过量表达抑制了中性粒细胞浸润、氧化应激和下调IkB-α， 从而抑制了胰腺的致炎性细胞因子、TNF-α、IL-1β、IL-6、中性粒细胞趋化物、角质形成细胞衍生趋化因子的释放，诱导一氧化氮合酶的表达。给予重组Trx-1也能抑制中性粒细胞浸润，减轻胰腺和肺的炎症，并减少了动物死亡率[17]。提示Trx-1可能作为一种新的治疗策略，改善重症急性胰腺炎的预后。

Ohashi等[18]检测重症急性胰腺炎和轻症急性胰腺炎患者的血清Trx-1水平，结果提示前者高于后者。若把预测重症急性胰腺炎的Trx-1临界值定为100 ng/ml时，其敏感性、特异性和准确性分别为83.3%、94.4%和90.7%。因此，他们认为Trx-1是评估AP的严重性与氧化应激的一个可靠指标。

慢性胰腺炎被认为是胰腺反复损伤的结果，持续产生各种致炎细胞因子和趋化因子与其发病密切相关。单核细胞趋化蛋白-1被认为有助于慢性胰腺炎发展。Ohashi等[19]在研究应用高表达Trx-1的转基因小鼠和野生型C57BL/6小鼠模型，持续6周反复给予雨蛙素和脂多糖以诱导慢性胰腺炎。结果在Trx-1转基因小鼠，胰腺萎缩改善，炎性细胞的浸润和假性肿瘤复合体的形成减少；过量表达的Trx-1也减弱胰腺囊性纤维化，抑制胰腺星状细胞的激活。与野生型小鼠相比较，Trx-1转基因小鼠血清单核细胞趋化蛋白-1水平和胰腺表达的转化生长因子-β、血小板衍生生长因子、单核细胞趋化蛋白-1显著减少。在分离的胰腺腺泡细胞，Trx-1的过量表达也能降低H2O2诱导单核细胞趋化蛋白-1的产生[19]。这些结果表明，Trx-1通过抑制氧化应激和单核细胞趋化蛋白-1减轻胰腺纤维化。

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2009-10-19)

(本文编辑：屠振兴)

10.3760/cma.j.issn.1674-1935.2010.03.029

广西自然科学基金(桂科自0728107)

530001 南宁，广西壮族自治区民族医院消化内科(唐国都)；广西医科大学第一附属医院消化内科

钟卫一，Email:zhongweiyi720126@yahoo.cn