硫氧还蛋白与癌症相关蛋白的关系

张 宁 史志周 白 洁

(昆明理工大学生命科学与技术学院，云南 昆明 650224)

癌症发病机制十分复杂，与许多基因有关，这些基因在癌症的发生、发展及转移过程中起着不同的作用,最终赋予了癌细胞两大基本的特征：细胞周期失去调控使得癌细胞无限增殖；癌细胞具有浸润性和扩散性。硫氧还蛋白(TRX)是氧化还原调节蛋白，在多种癌组织中表达增高，与癌症发生有着密切关系，具有调节多种癌症相关蛋白作用。本文综述了硫氧还蛋白与癌症相关蛋白的研究进展。见图1。

1 硫氧还蛋白

TRX-1是一个在动物体内广泛分布的氧化还原调节蛋白，分子量约为12 kD，其氨基酸序列中含有5个半胱氨酸残基：Cys-32、Cys-35、Cys-61、Cys-68、Cys-73，其中位于疏水区域Cys-32、35是活性中心，TRX-1具有多种生物学功能，除了调节氧化还原反应,还具有调节转录因子NF-κB、AP-1和p53等的活性，以及抑制细胞凋亡。TRX-1在多种肿瘤组织中表达增高，与癌症的关系密切,具有促进癌细胞的生长，抑制癌细胞凋亡作用，因此，TRX-1已成为癌症的治疗的一个重要靶点。硫氧还蛋白家族中还有TRX-2，局限于线粒体，亦与癌症密切相关。

2 硫氧还蛋白与癌细胞生长、增殖相关蛋白

癌细胞的特点就是细胞生长和分裂失去控制成为“不死”的永生细胞。癌细胞分裂速度加快与细胞周期紊乱有关，与细胞周期调节蛋白的表达异常有关。

细胞周期蛋白D1(CyclinD1)是细胞周期调控的重要蛋白，CyclinD1能与周期素依赖激酶4(CDK-4)和周期素依赖激酶-6(CDK-6)结合，推动细胞从G1期进入S期。CyclinD1在肿瘤组织中表达增高，与肿瘤的生长具有密切的相关性。 Mochizuki等发现，在肺癌细胞系A549和乳腺癌细胞系MCF-7中， TRX-1通过调节转录因子AP-1的活性，增加CyclinD1的转录，使得细胞周期越过G1期〔1〕，这说明TRX-1具有调节肿瘤细胞的周期作用。转化生长因子-β(TGF-β)是一个多功能生长因子，能抑制表皮细胞生长。TGF-β作用细胞后，激活受体以及下游分子Smad7，进而对细胞生长起抑制作用。而TRX-1则具有抑制Smad7活性，从而减弱了TGF-β对细胞生长的抑制作用〔2〕。

凋亡信号调节激酶-1(ASK-1)在胁迫和细胞因子诱导的细胞凋亡中起着关键作用，ASK-1的表达引起细胞凋亡。TRX-1与ASK-1相互作用与细胞的氧化应激有关，还原态的TRX-1可以与ASK-1结合抑制细胞凋亡，在氧化条件下，TRX-1不能与ASK-1结合，这便激活了ASK-1，致使细胞凋亡〔3～6〕。

TRX-1第100位苏氨酸被蛋白激酶C(PKC)磷酸化时，TRX-1进入细胞核，进而调控转录因子NF-κB的活性，增强了细胞抗凋亡能力,增加细胞对抗癌药物的抵抗作用，而当PKC活性被抑制时，细胞对抗癌药物的抵抗性降低。由此可见，TRX-1的第100苏氨酸磷酸化和PKC之间的关系与抗癌药物的耐药性密切相关〔7〕。

B细胞淋巴瘤白血病2(Bcl-2)基因位于染色体18q21，可编码两种蛋白质，即Bcl-2a和Bcl-2β，但只有Bcl-2a有生物学活性。它是一个26 kd的跨膜蛋白，位于核周间隙，内质网和线粒体外膜。Bcl-2具有抑制应激状态下细胞凋亡，促进细胞存活的作用。Bcl-2的活性与肿瘤的发生密切相关。在神经瘤细胞中用siRNA干扰TRX-1和超氧化物歧化酶-1(SOD-1)的表达，Bcl-2的表达量明显下降并且线粒体膜电位改变， Caspase-3被激活。 TRX-1下降导致Bcl-2的活性下降,促进癌细胞凋亡〔8〕。

定位于线粒体中的TRX-2也和细胞的凋亡相关蛋白有很密切的联系，TRX-2的表达下调时，Bcl-2家族中的抑凋亡蛋白Bcl-xl的表达量下降。这一作用与TRX-2氧化还原活性的无关，而是通过调节线粒体膜通透性来调节细胞凋亡〔9〕。

p53蛋白是肿瘤抑制蛋白，人类肿瘤有50%以上是由P53基因的突变造成的。它能调节p21蛋白表达增加，进一步抑制细胞周期。此外,p53能特异抑制Bcl-2的表达，促进Bax的表达，加重细胞凋亡。

还原型TRX-1可以增加p53的DNA结合力，从而促进p21的表达〔10〕。但有些情况下，ShRNA降低TRX-1表达时，p53蛋白的表达会上调〔11〕，因此,TRX-1不仅增加p53的转录活性还下调p53的表达量。

硫氧还结合蛋白-2(TBP-2)又叫维生素D3上调蛋白，分子量为46 kD，它同还原型TRX-1相结合并能抑制TRX-1的活性〔12～14〕。TBP-2是一种肿瘤抑制因子，具有抑制肿瘤细胞生长和转移的功能。有趣的是p21能结合在TBP-2启动子区，抑制TBP-2的表达，促进TRX-1的分泌，对肿瘤的生长起促进作用〔15～19〕。

p27即细胞周期依赖性激酶抑制因子(CDK-1)，是一种调控细胞周期并抑制细胞分裂的因子，它参与细胞周期的负性调控，在细胞增殖、分化和凋亡等中扮演重要角色。p27通过抑制Cyclin-CDK复合物的活性来调控细胞周期，抑制CDKs的活性，从而负性调节细胞周期。p27对CDK的抑制作用有两方面：p27能抑制已结合到Cyclin 被激活的CDK活性,纯化的p27蛋白能抑制各种已激活的Cyclin-CDK复合物活性；p27可以抑制CDK的激活过程，最终抑制细胞周期G1/S的转变。 p27高表达小鼠肿瘤生长缓慢、低表达小鼠则相反。此外，TRX-1能通过Jab-1来下调p27的活性，从而在肿瘤的生长中起到重要的作用〔20〕。

3 硫氧还蛋白与癌症浸润、转移相关蛋白的关系

癌细胞的浸润和转移与癌细胞之间黏着性下降有关。癌细胞易于浸润周围组织，通过血液循环或淋巴途径转移、种植形成转移灶。研究已证实，肿瘤的生长、浸润和转移与血管的生成密切相关。缺氧诱导因子-1(HIF-1) 在缺氧条件下诱导表达，由HIF-1α和HIF-1β两亚基组成。HIF-1α在肺癌、胃癌、肝癌、肾癌、食道癌、结肠癌、乳腺癌、宫颈癌、卵巢癌、膀胱癌、口咽癌、头颈癌和子宫内膜癌中均呈现高表达。 随着实体瘤的增大，肿瘤内部不能得到足够血液供应，导致局部处于缺血缺氧状态。肿瘤细胞存在着对缺血缺氧的自身凋节和适应机制，主要与HIF-1α提高葡萄精转运和糖酵解效应及上调血管内皮生长因子(VEGF)的表达，促进肿瘤血管的形成。因此，HIF-1α的过表达在肿瘤发生、发展中发挥重要作用。

TRX-1高表达能增加HIF-1α的表达并激活HIF-1α的活性最终促进血管生成〔21～23〕。TRX-1的氧化还原作用对于HIF-1α的蛋白表达量以及VEGF的活性都至关重要。在癌细胞中加入TRX-1的抑制剂，HIF-1α在转录活性和蛋白水平都有显著的降低，癌细胞的生长受到抑制。

TRX-2在调节HIF-1α的表达作用中也扮演了重要角色。TRX-2同TRX-1对HIF-α的调节作用相反，TRX-1对HIF-1α的表达起到促进作用，而TRX-2高表达时，HI F-1α的表达量下降。TRX-2对 HIF-1α起负性调节因子的作用〔24，25〕。

细胞外基质(ECM)和基底膜的降解是恶性肿瘤转移的重要步骤。细胞外基质金属蛋白酶(MMPs)参与细胞外基质和基底膜的降解。ECM成分的降解与合成的协调依赖于基质金属蛋白酶MMPs和金属蛋白酶组织抑制剂(TIMPs)之间的平衡。如果MMPs在这个平衡中占优势，ECM成分则被降解,从而促进癌细胞转移。在神经瘤细胞中添加TRX-1能改变TIMPs和MMPs之间的平衡，刺激肿瘤的扩散和转移〔26〕。

人Nm23基因定位于17号染色体长臂远端，分为两种：Nm23-H1和Nm23-H2，编码核苷二磷酸激酶(NDPK)，NDPK是一类广泛存在的酶，它通过一种乒乓机制将5NTP的y-磷酸基团转移的5NDP上，使蛋白失活。微管的聚合和解聚需要由NDPK介导的转磷酸作用提供GTP，因此，Nm23-H1蛋白的改变，一方面可能使微管聚合异常而引起减数分裂时纺锤体的异常，从而导致癌细胞染色体非整倍性形成，促进癌症的发生、发展。另一方面它也能通过影响细胞骨架蛋白的生物活性而引起细胞运动，从而参与癌症的侵袭转移过程。研究发现：在前列腺癌中减少Nm23-H1蛋白的表达可促进癌细胞的转移。在低转移的癌中Nm23-H1基因的mRNA水平比高转移癌高10倍之多。所以,Nm23-H1蛋白是一种癌症转移的负调节蛋白。细胞中Nm23-H1的Cys109在多种氧化环境中被多种物质氧化，其功能被所抑制。TRX-1的抗氧化功能能将氧化的Nm23-H1还原为有活性的蛋白，从而抑制癌症的侵袭和转移〔27〕。

4 硫氧还蛋白与其他癌症相关蛋白的关系

环氧化酶(COX)又称前列腺素合成酶(PG)，是花生四烯酸(AA)合成各种内源性前列腺素(PGs))过程中的限速酶，其催化产生的PGs参与机体多种生理及病理过程，如发热、炎症、出凝血机制等。目前已知COX至少有两种亚型，即COX-1和COX-2。COX-2在肝癌、胃癌、食道癌、肺癌、口腔癌和乳腺癌等癌症组织中表达增高〔28～31〕，表达水平与癌症组织类型和分化程度相关；在一些肿瘤中,COX -2与VEGF共表达。当COX -2过表达时可以促进肿瘤细胞增殖、抑制其凋亡、增加肿瘤细胞的侵袭力、诱导肿瘤血管生成。COX-2的这些性质与肿瘤的发生、发展密切相关。COX-2启动子区存在低氧反应元件，TRX-1可以通过增强HIF-1α与COX -2启动子的低氧反应元件的结合能力，上调COX-2的表达。TRX-1通过调节COX -2表达在癌症的形成过程中发挥作用〔32〕。

5 总结与展望

在许多癌组织和癌细胞TRX表达增加，TRX的表达量越高病人的预后越差〔33～35〕。TRX与癌细胞的增殖、抗凋亡、浸润和转移等相关基因密切相关。那么,TRX到底是肿瘤促进因子还是肿瘤抑制因子呢？这取决于不同的细胞状态和肿瘤发生的过程。在很多肿瘤细胞中TRX高表达，与CyclinD1，Bcl-2，MMPs等呈正相关,促进肿瘤生长，而在有些情况下，它与肿瘤抑制蛋白Nm23-H1呈正相关,抑制肿瘤生长，浸润，转移。总之，TRX-1在肿瘤组织中的高表达机制还有待进一步研究。

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