Peroxiredoxins在肿瘤中的研究进展

曾伟+肖涛+蔡安烈

[摘要] Peroxiredoxins（Prdx）是细胞内存在一类抗氧化酶，它们能催化氧化还原反应而维持细胞内过氧化氢水平的平衡，并作为氧化还原信号通路中的一个重要调节因子，这对于细胞信号转导和代谢十分重要。Prdx家族在肿瘤中发挥着不同的作用。由于肿瘤基因组学的改变，它们的表达发生变化，随之而来是细胞内氧化还原信号通路的改变。这些变化对肿瘤的生物学行为产生重要影响，也为肿瘤的治疗提供了契机。因此，我们对目前Prdx在肿瘤中的研究进展进行简要概括，从而为肿瘤的治疗提供新的方向。

[关键词] Peroxiredoxins；肿瘤；活性氧簇；氧化还原；治疗

[中图分类号] R73 [文献标识码] A [文章编号] 1673-7210（2017）09（a）-0038-05

[Abstract] Peroxiredoxins （Prdx） is one kind of antioxidant enzymes in cells which can catalysis oxidation-reduction reactions to balance the level of hydrogen peroxide. They can also act as an important regulator in oxidation-reduction signal pathway， which is important for signal transduction and metabolism in cells. Many studies have showed that Prdx family plays different roles in tumors. Because of the change oftumor gene groups， their expressions changed， with the change of oxidation-reduction signal pathway. These changes lead to the influence of biological actions of tumors， offering new ideas of treatment of tumors. Therefore， we make a short conclusion of study about Prdx in tumors， in order to find a new way to treat tumors.

[Key words] Peroxiredoxins； Tumors； Reactive oxygen species； Oxidation-reduction reaction； Treatment

生命在有氧环境中生存时，其不断的代谢反应可以产生过多的活性氧簇（ROS），包括过氧化物、超氧化物和羟自由基等[1]。ROS是细胞代谢时产生的一种自然的副产物，并在细胞信号转导和生理平衡中发挥着重要的作用[2]，而哺乳动物的Peroxiredoxins（Prdx）家族包含6种蛋白，即Prx-1、2、3、4、5和6[3]，是一种在体内广泛分布的抗氧化酶，能催化清除细胞内的过氧化物从而使细胞内的过氧化氢水平保持平衡，这对调节细胞内信号转导和细胞代谢具有重要作用[4]，因此，Prdx家族蛋白也涉及调节细胞增殖、凋亡和免疫反应等[5]。肿瘤作为体内自发的一种新生物，有着复杂的免疫炎性反应和很高的代谢率，肿瘤细胞内产生的氧化应激产物也比正常细胞多，因此Prdx在肿瘤中的作用也得到广泛的研究[6]。但是由于肿瘤的生物学行为复杂，不同肿瘤间的生理生化反应不一，同一肿瘤中不同部位也存在異质性，导致不同的Prdx蛋白在肿瘤中的作用存在显著差异，同一Prdx蛋白在不同肿瘤中也有显著不同的作用[7]。因此，本文就目前Prdx在肿瘤中的研究现状进行简要概括，从而为肿瘤的靶向治疗提供思路。

1 Prdx在肿瘤中的异常表达

肿瘤的转化和发生涉及基因的累积突变，从而导致肿瘤细胞获得生存优势。这个过程涉及许多基因（包括癌基因和抑癌基因）的变化，是一个多步骤的复杂过程。目前已证实，自由基导致的氧化应激和损伤与肿瘤的发生有关，而Prdx最为显著的生物学功能就是清除过氧化物。细胞内的过氧化氢也许能作为一种新的信使，同时氧化应激可以诱导Prdx的表达，这意味着Prdx也许与ROS的生成相关，并可能是一个重要的与肿瘤发生相关的因子。研究发现，Prdx在肿瘤中的表达异常，有些Prdx甚至被认为是某些肿瘤的标志物[8]。

1.1 Prx-1在肿瘤中的异常表达

Prx-1在肿瘤中的表达情况研究最为广泛。多个研究团队在不同规模的标本中都发现Prx-1在肺癌中的表达也上调[9]，这些研究提示，Prx-1可能促进肺癌的进展。近年来Prx-1在膀胱癌、食管癌、胰腺癌、乳腺癌、间皮瘤和舌癌中的表达情况都得到证实，并发现这些肿瘤都高表达Prx-1，且Prx-1高表达与肿瘤局部复发和进展的临床病理特征相关[10]。

1.2 其他Prx蛋白在肿瘤中的异常表达

除了Prx-1，Prdx其他家族成员在肿瘤中的表达情况也进行了相当多的研究。Prx-2在某些肿瘤中的表达发生上调，比如乳腺癌和肝癌[11]。然而有趣的是，另外两项研究显示，Prx-2在膀胱癌和恶性间皮瘤中表达下调[12]。对于Prx-3，在乳腺癌、肺癌、间皮瘤和肝癌中发现其表达上调[13]。Prx-4在乳腺癌中表达上调。但是另外的研究发现，MCF-7细胞在发生顺铂耐药后，Prx-4的表达发生下调[14]。这可能是体内和体外实验模型存在差异导致的。Prx-5的高表达主要见于乳腺癌和恶性间皮瘤[15]。在其他肿瘤中，Prx-5的表达水平不高。最后，Prx-6在恶性间皮瘤、乳腺癌、食管癌和少突神经胶质瘤中表达上调。此外，Prx-6的表达与乳腺癌细胞系的高转移能力相关[16]。endprint

2 Prdx家族的抑癌功能

抗氧化剂诱导的肿瘤抑制功能通常是通过清除肿瘤内对肿瘤起到促进作用的ROS。因此，保护肿瘤基因组稳定性可以视为是Prdx蛋白肿瘤预防功能的重要特征。

2.1 Prdx-1的抑癌机制

Prx-1在乳腺癌中发挥抑癌功能已得到广泛研究。Prx-1在乳腺癌中可能作为一个抑癌基因。Prx-1与c-Myc癌基因的Box Ⅱ相互作用，并能抑制其转录活性。Prx-1缺陷的小鼠由于容易发生溶血性贫血和多发性肿瘤，如淋巴瘤、肉瘤和癌，其生存时间也显著缩短[17]。这些结果提示Prx-1的抑癌作用可能是通过影响c-Myc或PTNE信号通路的活性而实现。

2.2 Prdx家族的其他抑癌机制

Prdx蛋白另外一个重要的肿瘤预防机制是通过抑制细胞衰老，最近也发现抑制细胞生长能抑制肿瘤的进展[18]。Prx-2的下调能在体外促进小鼠胚胎纤维母细胞的细胞衰老，而其中的机制是通过上调了细胞周期负性调节因子，包括p16、p21和p53。此外，研究发现Prx-5在乳腺癌中可能发挥抑癌作用，因为Prx-5在乳腺癌组织中表达下调[19]。当然，这些结论在将来还需要更多的相关实验进行验证。

3 Prdx家族中各成员的促癌功能

相比Prdx家族的抑癌功能，更多的研究发现Prdx家族蛋白有促癌的作用，并涉及肿瘤发生和进展的方方面面，包括增殖、凋亡、侵袭、转移等。

3.1 Prx-1在肿瘤中的促癌作用

Prx-1在诸多肿瘤中都发挥着促进作用，包括乳腺癌、口腔鳞状上皮癌、膀胱癌、食管癌、肺癌、前列腺癌、肝癌、食管鳞状上皮癌和胰腺癌。乳腺癌组织中Prx-1信使RNA表达上调，并与肿瘤进展相关。在肺癌的研究中发现下调Prx-1的表达能显著抑制肺癌的生长和自发性肺转移的概率。此外在A549肺癌细胞移植瘤中，Prx-1能通过抑制FOXO1诱导的凋亡而导致多西他赛耐药的产生。Prx-1也与前列腺癌相关，Prx-1能与雄激素受体相互作用，从而促进其激活。在肝癌中，Prx-1的免疫反应性与肝癌血管内皮细胞生长因子表达和微血管密度相关；Prx-1的表达与肝癌的肿瘤大小、微血管浸润、Edmondson分级、包膜形成、血清AFP水平和TNM分期显著相关。在食管癌中，Prx-1能通过调节mTOR/p70S6K通路促进其发生和进展[20]。总之，这些结果充分显示，Prx-1在肿瘤中发挥着促癌作用，这也意味着Prx-1在这些肿瘤中可能是潜在的治疗靶点。

3.2 Prx-2在肿瘤中的促癌作用

Prx-2在直肠癌、前列腺癌、乳腺癌和宫颈癌中发挥着促癌作用。Prx-2能調节直肠癌氧化应激诱导的凋亡，并与直肠癌转移和TNM分期相关，下调Prx-2后能抑制直肠癌细胞的生长、刺激凋亡、增加内源性ROS的产生，从而导致Wnt信号通路相关蛋白的表达改变。在前列腺癌中，胞核和胞浆中的Prx-2蛋白能对雄激素受体活性产生不同影响，并与雄激素受体阳性的前列腺癌细胞的增殖有关。这些结果提示，Prx-2是前列腺癌发生和去势治疗耐受的前列腺癌中的关键因子。乳腺癌细胞放射和药物治疗能显著诱导Prx-2的表达，许多治疗耐受的乳腺癌中Prx-2表达上调。Prx-2能调节肺转移细胞的氧化和代谢应激而特异性地控制这些细胞在肺部的定植克隆。在宫颈癌的发生、发展中，Prx-2的表达随着病变的加重而表达升高[21]。这些研究数据提示，Prx-2与肿瘤的增殖和转移相关，并涉及肿瘤的放疗和药物耐受，因此以Prx-2为靶点可能为肿瘤的治疗提供新的策略。

3.3 Prx-3在肿瘤中的促癌作用

Prx-3有促进乳腺癌、前列腺癌、宫颈癌、肝癌和卵巢癌进展的作用。乳腺癌细胞中敲除Prx-3的表达能抑制细胞的增殖，诱导细胞周期停滞。在前列腺癌中，细胞系高表达Prx-3，并能导致前列腺癌细胞对氧化应激的耐受增加，凋亡受到抑制。宫颈癌中Prx-3表达升高，并且Prx-3的表达模式和细胞增殖标志物Ki67一致，提示Prx-3可能促进宫颈癌细胞的增殖。此外，下调Prx-3能使肝癌细胞Hep3B增殖减慢，凋亡增加，Caspase-3活性增强。在卵巢癌中，下调Prx-3能促进凋亡蛋白Bax、Caspase-3和Caspase-9的表达，并且敲除Prx-3能通过抑制NF-κB信号通路而激活顺铂介导的卵巢癌细胞凋亡[22]。总之，这些研究确定了Prx-3能清除肿瘤细胞中的ROS，并能抑制凋亡，从而为细胞的增殖提供良好的微环境。

3.4 Prx-4在肿瘤中的促癌作用

Prx-4在肺癌的进展和转移中有着重要的作用。Srx能结合Prx-4且这种信号分子间的结合能在体外显著维持肺癌的表型，并在体内能促进转移的形成。另外通过非黏附克隆形成实验和细胞迁移与侵袭实验发现Prx-4能促进肺癌的进展和转移。Prx-4的异常表达与不同亚型的白血病相关，在急性髓细胞性白血病的Prx-4的基因组序列和表达水平改变较少见，而急性早幼粒细胞性白血病的肿瘤细胞Prx-4表达明显减少。Prx-4在侵袭性脑部肿瘤中发挥着一定的作用，体外敲除Prx-4的表达能减慢胶质母细胞瘤细胞的生长并降低放疗耐受，而分子水平上可以导致肿瘤细胞内ROS含量升高、DNA损伤和凋亡增加，这意味着Prx-4在多形性胶质母细胞瘤中发挥着重要的促癌作用。另外，Prx-4在结直肠癌中的表达上调，并与结直肠癌的侵袭深度和淋巴结转移相关。高表达Prx-4的结直肠癌患者的生存期明显缩短[23]。综上所述，Prx-4的促癌作用主要是通过Srx-Prx-4复合体而影响下游的AP-1/MMP9和MAPK信号通路，此外Prx-4还能清除细胞内的ROS，从而为肿瘤细胞生长提供优越条件[24]。

3.5 Prx-5在肿瘤中的促癌作用

Prx-5在特定的乳腺癌人群中发挥着抑癌的作用。但是其他一些研究的发现提示Prx-5可能还有促癌的功能。Prx-5在有Graves病的甲状腺组织中的表达水平显著高于多结节性甲状腺肿，并且其表达水平直接与甲状腺上皮细胞的功能状态相关。总体上来说，目前对Prx-5在肿瘤中的功能研究还相当缺乏[25]。Prx-5能否影响肿瘤细胞ROS的水平，能否对肿瘤的生长、周期和凋亡产生影响，是否能影响肿瘤细胞的迁移、侵袭甚至转移，在未来还亟需更加系统的研究进行阐释。endprint

3.6 Prx-6在肿瘤中的促癌作用

目前Prx-6在肿瘤中研究主要是在肺癌、卵巢癌、肝癌和胃癌中。在尿烷诱导的肺癌模型中，Prx-6能通过JAK2/STAT3通路而促进肿瘤的发展。在卵巢癌中，过表达Prx-6能减弱顺铂诱导的凋亡；而下调Prx-6能促进肝癌细胞的死亡。Prx-6在转移性胃癌细胞中表达明显上调，与原发肿瘤细胞相比，这些高表达Prx-6的胃癌细胞能相对抵抗TRAIL的治疗。过表达Prx-6能通过调节Upar、Est-1、MMP9、RhoC和TIMP-2的表达而促进乳腺癌的侵袭和转移潜能[26]。因此，Prx-6在肿瘤的进展和耐药中发挥着重要的调节作用，未来可能是一个有效治疗肿瘤的靶点。

4 Prdx在肿瘤治疗中的应用

由于Prdx在大多数肿瘤中呈高表达状态，甚至被认为是某些肿瘤的新的标志物，因此基于Prdx的表达而研究新的抗癌治疗策略具有十分重要的意义。目前已基本认识到基因治疗和放射治疗的联合应用对大多数肿瘤都能产生明显的效果。

4.1 Prx在基因治疗的作用

基因治疗主要是通过干扰肿瘤细胞中Prdx的表达，而Prdx表达的减少能增强肿瘤细胞的放疗敏感性[27]。现如今，RNA干扰和反义寡核苷酸技术已经能够有效敲除特定基因的表达，并已经用于敲除肿瘤细胞中Prdx的表达。首先，反义寡核苷酸技术已经用于沉默Prx-1的表达，体内外实验均证实干扰的肿瘤细胞Prx-1的表达明显减少，生长速度甚至慢于正常的对照细胞。另外，采用腺病毒介导的干扰性小RNA下调Prx-1的表达能在体外增强放疗诱导的细胞死亡，在体内能促进移植瘤的放疗效果。下调Prx-2被证实能促进头颈鳞癌对放疗的敏感性，还能促进胃癌对顺铂的敏感性。而上调Prx-2能增强乳腺癌细胞的放疗耐受。其他Prdx成员，如Prx-4和6都发现可以作为肿瘤的治疗靶点。这些研究提示抗Prdx治疗在未来的肿瘤治疗中可能有重要作用。

4.2 Prx在放射治疗的作用

4.2.1 放疗对Prx表达的影响 目前放射治疗已经运用到许多肿瘤中，它能影响肿瘤细胞的许多生理生化过程，包括DNA损伤和修复、凋亡、细胞周期进展、信号转导和氧化应激反应等。许多研究都发现放疗能诱导Prdx家族中许多蛋白的表达。放疗能诱导Prx-2在UMSCC-11A细胞系中的表达。HT29结肠癌细胞和鼠C6胶质瘤细胞经过放疗后，Prx-1的mRNA和蛋白的表达都升高，并且与照射的剂量和时间相关。除了体外实验以外，体内实验也发现小鼠脑部或睾丸经过放射照射后Prx-1和Prx-2的表达上升，小鼠肝臟照射后Prx-6表达升高。放射治疗后Prdx的表达上升，可能是肿瘤细胞为了处理细胞内过多的ROS而发生的一种适应性反应。但是也有些研究发现相反的结果。如髓细胞性白血病细胞经过放射治疗后Prdx的基因表达并未发生变化。这可能是这些细胞本身就高表达Prdx蛋白，并对放疗有耐受特性[27]。

4.2.2 Prx表达对放疗敏感性的影响 Prdx的表达情况能决定肿瘤组织或细胞对放疗的敏感性。由于基因背景的不同，Prdx在不同的细胞和组织中表达显著不同，从而对放疗的敏感性也不完全一致。比如，Prx-2在放疗耐受的MCF+FIR3细胞中上调，但MCF+FIS4细胞并未发生这种现象，可能是后者对放疗相对敏感的缘故。这两个细胞系都来源于MCF-7细胞，但是可以根据它们Prx-2的表达情况不同可以区分它们对放疗的敏感性。同样的，来自于一个头颈鳞癌患者的两个细胞系表现为不同的放疗敏感性，并与Prdx的表达状态一致。进一步的研究发现，Prx-4能保护这些肿瘤细胞免受放疗的影响。体内实验发现睾丸Leydig细胞和Sertoli细胞对放疗相对敏感的原因是这些细胞内Prdx系统的抗氧化作用，因为Prx-1和Prx-2主要在这两种细胞中表达。相反，Prdx蛋白表达减少能增强放射治疗的效应。比如下调Prx-5的功能导致SCLC细胞系对放疗介导的凋亡更加敏感[28]。

因此，Prdx家族在肿瘤的治疗中有着重要的作用，特别是在辅助放疗方面，有其独特的优势。随着体内基因干扰技术的不断成熟，以Prdx家族蛋白为靶点，将为肿瘤治疗打开一个新的领域。

5 结论

总之，Prdx家族能调节细胞内的ROS水平，而同时ROS也能调节细胞Prdx的表达。目前对Prdx的功能和调节机制仍不足，进一步的研究对阐述这些问题具有十分重要的意义。Prdx家族虽然功能类似，但是在肿瘤中，不同的Prdx蛋白对肿瘤生物行为的影响也各不一样，每种Prdx蛋白的具体功能仍值得研究。目前Prdx在放射治疗中的作用已得到初步了解。如何针对适合的人群采用合适的放射治疗方法将是接下来的一个挑战。在精准医学时代即将到来的时刻，进一步充分研究Prdx这一家族在肿瘤中的作用，将不仅对恶性肿瘤的治疗带来新的希望，而且对于一些涉及氧化应激的疾病，如心脑血管疾病、风湿性疾病等，也能产生积极的影响。

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（收稿日期：2017-05-19 本文編辑：李亚聪）endprint