过氧化物酶1在肿瘤中的研究进展

翁宏庆，蒋 立，唐永永 综述，唐 伟审校

（重庆医科大学附属第一医院泌尿外科 400016）

过氧化物酶（peroxiredox，PRX）是一类具有多种生物学功能的抗氧化物酶，原核生物和真核生物中广泛存在该过氧化物。在正常生理条件下，通过催化H2O2和脂质氢过氧化物的还原反应，避免细胞受到进一步氧化损伤。哺乳动物的6种PRX蛋白家族可分为3个亚类：PRX1～4属于典型的2-Cys Prxs，PRX 5、Prx6分别属于非典型的2-Cys Prx和1-Cys Prx。虽然他们都能够通过相似的细胞信号途径来平衡细胞内H2O2水平，但各自在作用靶点及抗氧化保护机制中存在差别。PRX1是该家族中细胞分布最为广泛的成员。在细胞内不仅能起到抗氧化和调节H2O2介导的信号转导作用，同时还能发挥分子伴侣的功能，参与体内多种生理病理过程。最近，越来越多的研究发现该蛋白在肿瘤的发生、发展以及治疗中起着重要作用。现就PRX1在肿瘤中的研究进展作一综述。

1 PRX1蛋白结构、生物特性以及功能

PRX1蛋白大小约23×103，由199个氨基酸残基组成。该蛋白的空间结构则呈的“三明治”样，一侧为4个α螺旋，中间夹着7条β片层，另一侧为1个β发卡结构和2个α螺旋构成[1]。该蛋白氨基末端含有氧化性的Cys52而羧基末端含有还原性的Cys173，这两个位点的半胱氨酸具有高度保守性，也是与其他PRX结构、功能差异的主要原因。在催化过氧化物还原过程中，Cys52攻击过氧化底物（ROOH），自身则被氧化为半胱氨酸次磺酸（Cys-SOH），然后与另一PRX1分子羧基末端的Cys173以分子间二硫键连接构成同型二聚体。此时，在硫氧还蛋白（thioredoxin，Trx）、硫氧还蛋白还原酶（thioredoxin reductase，TrxR）和NADPH电子转运系统的作用下重新被还原，从而，高效地催化过氧化物还原。可见，PRX1在氧化应激过程中发挥重要作用[2-3]。

近期有研究证实，在生物体内PRX1不仅以同型二聚体的形式存在，还可以通过二聚体与二聚体之间Cys83-Cys83二硫键相连的方式构成一种高分子量复合物的形式存在，常常由5个同型二聚体组成十聚体充当分子伴侣的角色[4]。PRX1的氧化还原状态变化则是决定聚合状态上的变化的主要因素[1]。当生物体内活性氧簇（reactive oxygen species，ROS）水平处于较低浓度时，PRX1主要以二聚体结构形式发挥过氧化物酶的作用来清除过量的ROS，维持氧化还原的稳态。一旦机体内ROS异常增加时，PRX1被氧化失活，同时迅速发生结构上的改变，转变为高相对分子质量的十聚体结构，进而传递过氧化信号、稳定关键蛋白复合物、保护蛋白避免降解等，起到分子伴侣的功能[5-6]。这种分子结构的多样性，不仅使PRX1具有功能的多样性，还使PRX1成为细胞信号传导通路中重要的调节因子。

2 PRX1在肿瘤中的研究进展

2.1 PRX1促进肿瘤细胞的发生、发展 雄激素受体（androgen receptor，AR）为配体依赖的转录因子，属于核受体超家族。该受体在与雄激素结合、入核后激活一系列雄激素相关基因的表达。这其中包括调节前列腺细胞生长周期的基因以及与前列腺肿瘤密切相关的癌基因。因此，在前列腺癌的发生、发展中AR信号通路扮演着重要角色[7]。Park等[8]发现，在前列腺淋巴结癌（lymph node carcinoma of prostate，LNCap）中PRX1呈高水平表达并且AR与雄激素反应元件（androgen response elements，ARE）结合明显增多，沉默PRX1的表达后AR与ARE结合量明显减少，因此他们推断PRX1有助于AR的信号转导并且保证AR在低雄激素水平的条件下能够充分表达。Chhipa等[9]研究发现，PRX1低表达时，即使在较高浓度的双氢睾酮（dihydrotestosterone，DHT）刺激下，前列腺癌细胞中AR调节基因仍呈低水平表达且细胞生长缓慢；PRX1高表达时，AR调节基因呈高水平表达且细胞生长较快。这可能是由于在雄激素与AR结合过程中PRX1也与之相结合，促进AR-配体复合物的入核并促进下游信号的表达，其中也包括与前列腺肿瘤密切相关的癌基因。此外，在缺氧-再氧化条件下，高相对分子质量复合物的PRX1能够作为分子伴侣与AR相结合，引起AR发生构象变化，提高AR与DHT的亲和力，同时使DHT-AR形成的配体-受体复合物更加稳定以及抑制该复合物的分解，使得AR在低雄激素环境下仍能保持长时间的活化状态。可见，PRX1能够增强AR生物学效应，进而促进前列腺癌的发生、发展。此外，Aguilar-Melero等[10]通过沉默肝癌细胞中PRX1，发现PRX1不仅有促进肿瘤细胞生长的作用，还能够提高AFP、骨桥蛋白、β-连环素等维持肿瘤细胞生长发育所需物质的转录水平。

2.2 PRX1参与抑制肿瘤细胞凋亡 PRX1作为抗氧化物酶，不仅起到细胞抗氧化维持细胞稳态的作用，还能够通过多个途径抑制细胞凋亡。c-Abl为非酪氨酸激酶受体，当肿瘤细胞DNA损伤时该受体会被活化促进细胞的凋亡并抑制DNA修复。PRX1作为一种重要的抗氧化酶能够抑制c-Abl的活化，减少DNA的分解以及抑制细胞凋亡。这是保证肿瘤细胞继续生长、存活的重要条件[11-14]。Quan等[15]发现，PRX1在膀胱癌组织中的表达量明显高于正常膀胱黏膜。进而Chen等[16]在PRX1高表达的膀胱癌细胞中发现c-Abl活性明显降低并且细胞凋亡明显少于PRX1低表达的肿瘤细胞。PRX1还可以调节多种功能蛋白的活性，其中也包括一些调节细胞生长的生物酶[17-18]。有研究发现，在肺癌组织中PRX1能抑制c-Jun氨基端激酶（c-Jun-NH2-kinase，JNK）信号通路的信号传递从而减少细胞凋亡[19]。JNK是丝裂原激活的蛋白激酶（mitogen-activated protein kinase，MAPK）家族成员之一，在细胞凋亡过程中起着重要的调控作用。JNK通过与谷胱甘肽硫转移酶 P（glutathione S-transferase pi，GSTpi）形成稳定的 GSTpi-JNK复合物，从而抑制JNK的活化。当细胞受到紫外线或氧化刺激时，GSTpi发生分子结构改变，使JNK从GSTpi-JNK复合物中游离出来并活化引起细胞凋亡。Kim等[19]通过放射线照射肺癌1170i细胞后发现PRX1能够稳定GSTpi-JNK复合物，这不但能够阻止JNK的释放，还能抑制JNK的活化以及细胞凋亡。不仅如此，Oh等[20]发现在紫外线诱导黑色素瘤细胞凋亡时T-LAK细胞源蛋白激酶（T-LAK cell-originated protein kinase，TOPK）与PRX1相结合，诱导PRX1的32号位丝氨酸磷酸化，并激活PRX1的活性。与沉默PRX1的癌细胞相比，这能够减少12%肿瘤细胞凋亡，这是TOPK激活PRX1后抑制细胞凋亡信号调节激酶1（apoptosis signal-regulating kinase 1，ASK1）的结果[21]。PRX1 能够与 ASK1N 端的硫氧还蛋白（thioredoxin，Trx）相结合抑制 ASK1的活性，进而抑制JNK和p38MAPK通路的信号转导，减少肿瘤细胞凋亡[21]。Du等[22]通过蛋白酶体抑制剂处理甲状腺癌细胞证实PRX1能抑制ASK1的活性，进而抑制细胞凋亡，减弱蛋白酶体抑制剂的抗癌效应。因此，该研究表明蛋白酶体抑制剂在治疗甲状腺癌时，PRX1充当了抗凋亡因子的角色，减弱了肿瘤细胞对药物的敏感性。

2.3 PRX1在肿瘤转移中的作用 癌细胞的生长、转移依赖新生血管的形成，血管内皮生长因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）则在其中充当重要角色。目前在多种肿瘤研究发现，肿瘤组织VEGF表达水平与其微血管密度及恶性程度呈正相关，并明显高于非肿瘤组织，这表明VEGF可能通过促进血管生成等方式促进肿瘤生成、转移[23-24]。有研究也证实，VEGF的表达受PRX1的调节。Riddell等[25]发现，PRX1高表达时前列腺肿瘤组织中的微血管数量有明显增多且VEGF表达量增高，他们认为这与PRX1激活Toll样受体4（toll-like receptor 4，TLR4）有关。PRX1通过激活TLR4引发PRX1-TLR4-MyD88信号传导途径上调VEGF的活性以及表达，促进血管内皮细胞的分化、移植、增殖，同时促进透明质酸的沉积，为肿瘤细胞生存、转移保证了微环境条件。同时，该作者还认为PRX1上调VEGF的表达与缺氧诱导因子-1（hypoxia inducible factor-1，HIF-1）有关。他们发现前列腺癌细胞中VEGF、HIF-1呈高表达，阻断TLR4以及MyD88的信号通路后VEGF、HIF-1表达均降低。在未阻断信号通路的情况下，VEGF、HIF-1表达量与PRX1的表达量呈正相关。因此，推断PRX1经过PRX1-TLR4-MyD88信号传导途径提高HIF-1表达量从而调节VEGF的表达[26]。

2.4 PRX1能够减弱放射治疗、化学治疗疗效 放射治疗和化疗是当前肿瘤综合治疗中的重要组成部分。放射治疗可以激活多个细胞凋亡途径，同时使细胞发生电离作用产生过量的ROS，化学药物治疗则可通过干扰核酸的合成代谢以及直接作用于DNA干扰其复制进而达到细胞杀伤的作用。前文提及JNK信号通路常常为放射性损害诱导细胞凋亡的信号通路，并且与肿瘤的化疗有着重要的关系[27-28]。而PRX1则能有效地抑制JNK细胞凋亡通路并且能清除多余的ROS[20]。此外，ASK1在化学药物治疗肿瘤时起着促进细胞凋亡的作用，而PRX1能够有效地抑制ASK1的活性，从而减弱肿瘤细胞对化学药物的反应[23]。因此，PRX1在放射性治疗、化学药物治疗非敏感性肿瘤中起着重要作用。

3 小 结

综上所述，PRX1作为广泛存在的一类具有多种生物学功能的抗氧化物酶，它不仅能清除体内过量的ROS，维持体内正常生理活动，还与多种肿瘤相关。它的高表达能够通过影响多个细胞信号转导通路抑制肿瘤细胞凋亡、促进肿瘤的转移，从而影响肿瘤的发生、发展。目前对PRX1的研究仅限于细胞水平，相信随着研究的进一步深入PRX1有可能成为一种新的治疗靶点。

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