硫氧还蛋白还原酶抑制剂抗结直肠癌的作用机制研究进展

华 扬，马秀坤，张春泽，洪 洙，刘翔龙

结直肠癌是一种源于结直肠部位的恶性肿瘤，通常由息肉发展而来，息肉逐渐在结肠和直肠内生长，最终发展成肿瘤[1]。早期结直肠癌并无明显症状，直到进展期可出现部分症状，但此时的治疗效果已不佳，预后较差。目前对于结直肠癌的发病机制尚不明确，治疗上仍以化疗、放疗和外科手术为主，但部分患者在治疗后仍然会出现复发和转移的情况[2]。因此找寻更有效的治疗方案一直是结直肠癌的研究重点。

体内氧化还原稳态是由各大分子化合物共同作用的结果，其中硫氧还蛋白系统发挥着重要的作用。硫氧还蛋白系统是一种高度保守的系统，包含3种协同的氧化还原蛋白，包括硫氧还蛋白（Trx）、硫氧还蛋白还原酶（TrxR）、硫氧还蛋白过氧化物酶（TPx）和烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（NADPH）。这个系统的中心元素是Trx，其活性中心是2 个半胱氨酸，能够减少蛋白质中的二硫化物键，该系统在调节细胞功能、维持细胞内环境方面起关键作用[3-4]。

近些年研究发现，TrxR 在多种肿瘤中均呈高表达，其与肿瘤的恶性程度和生长速率呈明显相关性，在肿瘤进展中发挥着重要的作用[5-6]。其靶向抑制剂也是抗结直肠癌治疗的研究热点。本文就TrxR 抑制剂抗结直肠癌的作用机制进行综述。

1 TrxR 的结构和活性

TrxR 包括TrxR1、TrxR2 及TrxR3 共3 种类型，而在硫氧还蛋白系统中，TrxR 负责减少氧化形式的Trx[7]。TrxR 包含一个FAD 基团，NADPH 结合结构域、界面结构域和位于C 端的活性中心，其活性中心包含一个半胱氨酸和一个硒半胱氨酸（-Gly-Cys497-Sec498-Gly-）[8]，这一活性中心对该蛋白生理活性有重大的影响，是抗结直肠癌治疗的重要潜在靶点。

2 TrxR 抑制剂

TrxR 一直是肿瘤潜在靶点的研究目标。目前研究发现，一些天然多酚类化合物可以抑制TrxR的酶活性，其中包括姜黄素、槲皮素和杨梅素等[8]，它们可与TrxR 的C 端共价修饰，不可逆地抑制TrxR 的活性，促进细胞的氧化应激过程。另外，许多合成化合物也可通过抑制TrxR 的生物活性来改变硫氧还蛋白系统的功能[9]，其中包括二硫咪唑衍生物、萘醌衍生物和迈克尔受体组的化合物，以及几个以过渡金属离子为中心原子的有机与无机络合物。还有报道显示，目前已出现多种以TrxR为基础，包括与TrxR 在末端高亲核性Sec 相同效果，模拟TrxR 底物的还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸等[10]。这类抑制剂均已经开始临床研究，包括：1）乙烷硒啉分散片是一种TrxR 抑制剂，在A549、Hela 及Tca8113 细胞中具有较高的抗肿瘤效果[11]；2）莫特沙芬钆是一种靶向TrxR 以及核糖核苷酸还原酶的药物，可改善神经功能恶化，并在非小细胞肺癌脑转移的治疗中起到较好的作用[12]。随着人们对于TrxR 抑制剂的研究深入，已有多种TrxR抑制剂被开发，并可根据能力特性分为可逆和不可逆性抑制剂。

2.1 TrxR 可逆性抑制剂 可逆性抑制剂可以逆转酶的抑制效果，但仅仅抑制了反应速率，并不对反应的发生造成影响。Trx 及还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸均是以TrxR 底部形态存在于疏氧还蛋白系统中，可与TrxR 底部竞争，从而抑制TrxR 功能[13]。原卟啉LX、表焙儿茶素、伊布硒啉均可与Trx 竞争，但这一类抑制剂均在最初较短时间内进行。另一类非竞争性抑制剂，其表面存在分子结合位点，对于TrxR 生成和Trx 以及还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸相关的非竞争性抑制，进而丧失TrxR 催化活性[14]。

2.2 TrxR 非可逆性抑制剂 多数不可逆性TrxR抑制剂通常都能与半胱氨酸Cys 和Sec 残基结合，后者主要起到催化效果。这一类抑制剂种类较多，可根据金属配合物进行分类。与疏醇相比，TrxR 上C-末端的Sec 残基结合金属离子的效果更明显，使其获得金属配合物的靶点更多。相关研究显示，顺铂和卡铂这一类对DNA 造成损伤的抗肿瘤药物均可对TrxR 进行抑制[15]。

3 TrxR 与结直肠癌

有多项研究发现，TrxR 在细胞中可起到抗氧化和稳定氧化还原的作用，且能够促进细胞生长和凋亡，同时在硒代谢中也起到一定的效果[16-17]。而这一系列反应均与肺癌、宫颈癌、肝癌、胰腺癌及结直肠癌的进展存在密切的关系。在结直肠癌肿瘤细胞中可发现TrxR 系统明显表达异常，例如TrxR1 在结直肠癌细胞中表达上调，并与结直肠癌患者不良预后和化疗耐药有关。越来越多的证据表明，TrxR1 参与了结直肠癌发生的多个步骤[18-19]。因此，TrxR 是结直肠癌抗肿瘤药物开发的潜在靶点。TrxR 抑制剂在结直肠癌中发挥作用主要体现在以下几个方面。

3.1 TrxR 抑制剂在结直肠癌肿瘤细胞的增殖中发挥调控作用 细胞周期的失调是肿瘤细胞增殖的重要环节，TrxR 与细胞周期进程、代谢、凋亡及氧化还原系统存在密切的关系。TrxR 可以对Trx 的活化及表达实施调控，Trx 则可以还原核氧化还原因子，从而达到控制转录激活蛋白-1（AP-1）活性的目的，最终调控G1/S 的功能[20]；同时，其还可通过反义的形式发挥稳定染色体端粒的作用，预防不利因子对端粒的影响，并促进G2/M 期内的细胞增殖[21]。近期有研究显示，乙烷硒啉可下调哺乳动物TrxR1 mRNA 的转录水平、蛋白表达和酶活性，显著抑制低分化结肠癌细胞系RKO 的生长[22]，其机制是乙烷硒啉能显著抑制与细胞分化相关的信号通路，其中包括Wnt/β-catenin 信号通路，导致其对RKO 细胞生长和TrxR1 活性有强烈的抑制作用。另外，有研究报道了2 种含苯并咪唑和2-硫氧嘧啶的复合物，能够诱导TrxR 蛋白的强烈抑制和膜脂的氧化损伤，从而抑制小鼠结肠肿瘤原代培养细胞增殖和分化，有望成为结直肠癌化疗的潜在药物[23]。

除了结直肠癌，TrxR 抑制物在其他恶性肿瘤中也起关键性的影响[24]。例如，有研究用单羰基姜黄素的类似物TrxR 抑制剂处理大细胞肺癌细胞NCIH460，结果发现，TrxR 抑制剂可让肺癌细胞的周期停滞在G2/M 期，其主要机制是通过P53 和P21 表达上调，而P53 在细胞周期调节中起关键作用[25]。范有寿等[26]研究发现，TrxR 抑制剂能够激活荷瘤小鼠免疫功能，增强其机体抗氧化能力，提高JNK 信号通路蛋白磷酸化水平，从而抑制其胃癌进展。由此可知，TrxR抑制物在调控恶性肿瘤的增殖中发挥着重要的作用。

3.2 TrxR 抑制剂调控结直肠癌肿瘤细胞的凋亡过程 抑制体内线粒体呼吸生成的活性氧簇，并降低活性氧簇是氧化还原的重要过程。活性氧簇能够介导信号转导，并起到增强氧化应激的效果，通过细胞凋亡的形式而发挥介导细胞死亡的效果。TrxR 抑制细胞凋亡主要是以诱导Trx 进而激活下游通道的形式。TrxR 抑制细胞凋亡则是通过清除活性氧簇，让氧化还原的平衡稳定以达到凋亡抑制的作用[27]。同时，Trx 还能够对凋亡信号产生抑制，从而调节激酶，以达到介导凋亡的效果。凋亡信号调节激酶主要是以p38 以及JNK 途径介导凋亡，可引起细胞色素C 生成，并活化天冬氨酸蛋白水解酶。

在结直肠癌中，甘草查尔酮A（Licochalcone A，LCA）可降低肠癌细胞HCT-116 内TrxR1 的表达，增加ASK1 的表达，ASK1 可被活性氧（ROS）激活，进而通过调节下游信号通路诱导细胞凋亡[28]。此外，还有研究发现抑制TrxR1 可减弱Trx 的还原，Trx 的还原状态可抑制ASK1 的表达，从而抑制细胞凋亡[29]。另外，毛萼素B(EriB)可共价修饰GSH，并通过靶向酶的Sec 残基选择性地抑制TrxR 的活性，从而促进ROS 水平升高，总GSH 和硫醇含量降低，最终通过强效的氧化应激介导肠癌细胞RKO 发生凋亡[30]，此研究为使用EriB 治疗结直肠癌开辟新的治疗指征。

3.3 TrxR 与结直肠癌肿瘤血管形成的关系 结直肠癌的生长、增殖、迁移和侵袭的核心是有充足的血液，而其增生及转移则是通过数量众多新生血管的血液运输来达到目的。血管的产生涉及多方面复杂的体系，并且还需要很好地协调来制衡，而Trx 系统在这些过程中发挥着重要的作用。有研究将线粒体TrxR2 提出后，会引起缺氧诱导因子及血管内皮生长因子的降低，从而抑制肿瘤细胞及其血管生成，同时加速血管的形成，改善血管内皮生长因子的功能[31]。

4 结语

TrxR 包括TrxR1、TrxR2 及TrxR3，其抑制剂分为可逆和非可逆两类。目前针对TrxR 抑制剂抗结直肠癌作用研究，主要是与其调控结直肠癌肿瘤细胞增殖和凋亡，以及抑制肿瘤新生血管等途径有关。TrxR 抑制剂目前已部分应用于临床，且与化疗药物的疗效有关，此研究不仅为疾病临床诊断及预后的预测提供依据，还能为辅助临床治疗和改善化疗药物提供参考，但目前仍需更多深入研究以探索TrxR 在结直肠癌中的具体作用机制，为发掘以TrxR 为靶点治疗的药物研究提供更多可能性。