硫氧还蛋白与心血管疾病的研究进展

吴应涛，谭华清，唐湘宇

• 综述 •

硫氧还蛋白与心血管疾病的研究进展

吴应涛1，谭华清2，唐湘宇2

1 硫氧还蛋白概述

硫氧还蛋白（Trx）广泛存在于原核及真核生物中，其相对分子量约12kDa。Trx的催化位点包含一段保守的氨基酸序列Cys-Gly-Pro-Cys，氧化条件下，Cys32和Cys35之间形成二硫键，该二硫键能被硫氧还蛋白还原酶（TrxR）通过还原性辅酶Ⅱ（NADPH）供氢来还原。Trx、TrxR以及NADPH共同组成了Trx系统。人Trx分为胞浆型（Trx1）和线粒体型（Trx2）两种亚型，与之相对应的TrxR也分别存在于胞浆（TrxR1）和线粒体（TrxR2）中。多种应激均能上调Trx的表达。到目前为止，Trx基因启动子中已经确定的调控序列包括SP1位点、cAMP反应元件（CRE）、异物反应元件（XRE）、氧化反应元件（ORE）及抗氧化反应元件（ARE）[1]等。尽管有关硫氧还蛋白的研究已有多年历史，但是其生物学作用机制及心血管疾病方面的临床研究及应用仍有待进一步明确。

2 硫氧还蛋白的心血管保护作用机制

Trx系统对心肌细胞有重要影响。心脏缺血-再灌注损伤会产生大量的氧自由基（ROS）扰乱细胞内环境并促使细胞凋亡，此时上调表达的Trx及相关亚型通过氧化还原反应清除ROS可减少心肌损伤，对维持心血管健康有重要作用[2]。Trx作为一种内源性抗氧化因子能够调节细胞氧化还原状态从而影响血管内皮细胞功能[3]。细胞质中Trx1与血管生成信号通路有关，通过抑制细胞凋亡信号激酶1（ASK1）和核输出组蛋白脱乙酰酶4（HDAC4），可抑制心室壁变薄[4]。Trx1具有改善缺血-再灌注心肌损伤的作用，通过清除自由基介导的心肌和线粒体功能损伤[5]，其与它的调节蛋白TXNIP，AKAP12相互作用，影响Akt/GSK-3B/B-catenin/HIF-1a的活性，而Akt/GSK-3B/B-catenin/HIF-1a介导VEGF和eNOS在新生血管中的表达以及心室重构[6]。D Aununizo[7]研究中龄转基因鼠发现尽管其Trx1表达水平正常，但是因为缺少相关的保护，也会使Trx1活性下降，并增加其硝基化，抑制Akt、GSK-3B磷酸化。TRX2通过缺氧诱导因子介导缺血相关血管生成，线粒体中TRX2通过抑制ROS生成和ASK1依赖性的细胞凋亡而发挥心脏保护功能[8]。心室肌钾离子通道的表达受氧化应激反应地调控，陈旧性心肌梗死后导致的Trx慢性损伤使得Ito（瞬间外向钾电流通道）重构从而激活ASK1、JNK、p38等信号分子，诱导细胞凋亡[9]。心脏Trx系统可与Trx受体相结合，促进窦性心律地恢复从而阻止心律失常在终末期心衰中的作用。

3 硫氧还蛋白与高血压病

NADPH氧化酶被视为心血管疾病发病过程中活性氧的主要来源。研究表明，血管紧张素Ⅱ（AngⅡ）可激活NADPH氧化酶，导致线粒体功能障碍，产生大量的ROS，而ROS通过减少一氧化氮（NO）生物利用度并活化凋亡信号引起内皮细胞功能障碍，从而促进心血管疾病的发生、发展。Trx2在AngⅡ诱导的高血压及心肌肥大反应中，通过调节ROS发挥作用。利用高表达Trx2的转基因大鼠，发现在AngⅡ诱导的高血压中，Trx2表达上调，且NADPH氧化酶表达和线粒体源性ROS产生减少，从而有效地保留了NO的生物学功能，并维持内皮细胞功能，从而为Trx2在恢复血管内皮功能、减少高血压病理生理学的改变奠定了基础。

4 硫氧还蛋白与动脉粥样硬化

Trx在血管病变的组织中有较高的表达。用原位杂交和免疫组化的方法发现人动脉粥样硬化斑块中Trx的mRNA和蛋白水平均显著增高[10]。疾病状态下Trx的高表达可能是机体对氧化应激所作出的代偿性防御反应。Trx的上调清除了部分ROS，降低了器官或组织受氧化应激的损伤程度，延缓了疾病的进展。氧化应激和细胞凋亡是内皮细胞损伤的重要原因，Trx通过抗氧化、抗凋亡和抗炎等多种机制的发挥，有效地保护了内皮细胞，在一定程度上抑制了动脉粥样硬化的发生。此外，上调表达的Trx还能促进血管内皮生长因子（VEGF）的生成，而VEGF在修复受损血管、促进血管再生方面发挥重要的作用。患者血管成型术后4 h血浆中Trx1的浓度显著升高，提示动脉粥样硬化及血管新生内皮增生受到Trx1介导的氧化还原反应地调节。

5 硫氧还蛋白与心肌疾病

肥厚型心肌病及爆发性心肌炎急性期患者血清中Trx水平显著高于正常人[11,12]。心肌炎的发生发展与活性氧密切相关，因为活性氧清除剂能明显改善心肌炎的症状[13]。此外，NF-κB在损伤的心肌细胞中往往处于高活性状态，提示Trx可能通过激活NF-κB实现对心肌炎的保护作用。替莫普利是一种血管紧张素转化酶抑制剂，用它处理大鼠能增加心肌中Trx的表达。替莫普利可能通过抑制RAS系统减轻大鼠自身免疫性心肌炎的损伤程度，与Trx的抗氧化有关[14]。研究表明，过氧亚硝酸阴离子供体-1（SIN-1）可通过产生过氧亚硝酸阴离子使Trx失活，减少对心肌细胞的保护作用，提示SIN-1可能通过使Trx硝基化失活而发挥促凋亡作用[15]。

6 硫氧还蛋白与缺血再灌注

已有学者证明，在转基因小鼠模型中，高表达的Trxl可以减少心脏的缺血再灌注（IR）损伤，促进缺血后心室功能的恢复，并减少心肌梗死面积，还可以参与缺血预处理（IPC）。IPC时可上调Trxl的表达，且通过干扰细胞RNA的表达诱导出的Trxl抑制的大鼠模型减弱了IPC对心脏的保护功能[16]，提示内源性Trxl的活动与IPC机制密切相关。Trx可以保护线粒体功能。IR损伤时，氧化应激诱导线粒体产生大量的ROS，三羧酸循环有关的线粒体蛋白由于受到高浓度ROS的损伤，造成线粒体功能的损伤，进而影响细胞代谢。Trx在心肌细胞中可上调线粒体蛋白，IR损伤时高表达的Trxl上调了与氧化磷酸化和三羧酸循环相关蛋白的基因表达，并刺激心肌细胞中NRFl和NRF2的转录活性，发挥保护线粒体功能的作用。Trx可通过其抗氧化作用清除过量的ROS，恢复NO功能，保护内皮细胞。

7 硫氧还蛋白与心力衰竭

血清Trx水平与心力衰竭的严重程度之间存在着一定的相关性。测定血浆或血清中Trx的含量可以作为判断心力衰竭患者氧化应激损伤程度的一个重要指标。心力衰竭过程中，神经、体液调节失衡是其关键途径，心室重构是其分子基础。IR损伤和心室肥厚可加速心力衰竭的形成，Trx可有效对抗这些病理过程。慢性心力衰竭过程中，ROS不仅能够诱导心肌细胞凋亡，同时能够刺激心肌细胞纤维化；通过抑制一些离子通道（如肌纤维膜上的L型钙离子通道）活性，导致心脏泵功能衰竭。给予外源性的硫化氢（H2S）或通过刺激H2S产生酶—胱硫醚-r-裂解酶的心脏特异性过表达、调节H2S的内源性增加，可以提高心脏对急性心肌缺血再灌注损伤和心力衰竭的保护作用[17,18]。相反，胱硫醚-r-裂解酶的不足将导致心肌损伤的进一步恶化[19,20]。

8 硫氧还蛋白与血管再生

Trx2可通过缺氧诱导因子介导缺血相关的血管生成。在一氧化氮合酶缺乏的大鼠上Trx2通过抑制ASK1介导的内皮细胞凋亡及促使血流功能恢复而发挥作用。从Trx2-TG大鼠分离出的内皮细胞，内皮细胞NO的利用度显著增加和NO依赖性内皮细胞迁移能力显著增强，而且，对氧化应激诱导的ASK1活化信号及凋亡具有更强的抵抗力[21]。Trx2能减少氧化应激，减弱缺血诱导的ASK1-JNK/p38信号的活化，抑制细胞凋亡，增加内皮细胞地迁移。Trx2还可以通过减低低氧诱导因子-1α的蓄积和 NO的作用水平调整组织缺氧状态，促进缺血组织的细胞增殖，促进血管新生[22]。因此，Trx2可能成为治疗缺血性疾病的一个新靶点。

综上所述，Trx可在多方面发挥心血管保护作用，体外r-Trxl能被摄取到心肌细胞内，阻止IR损伤，并不产生显著的毒副作用[23]。但也有相关研究发现Trx的核转位可能促进某些炎症基因的表达。甚至，Trx还能分泌到细胞外，吸引白细胞到炎症局部，诱导炎性细胞因子的表达和分泌，促进血管平滑肌细胞的增殖。因此，针对Trx系统地药物靶向治疗仍需要更多的研究提供更有力的证据，而对于Trx介导心血管疾病病理、生理以及分子生物学机制的研究有望为其临床应用提供坚实的基础。

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本文编辑：李丹花，田国祥

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