硫氧还蛋白还原酶2在恶性肿瘤中的研究进展

吴逸飞 综述 刘宝刚 审校

硫氧还蛋白还原酶(TrxR)是一类二聚体硒蛋白，在生物体内起着抗氧化防御作用和参与细胞氧化还原状态的调节[1-2]。在真核生物体中，TrxR共有三种同工酶，TrxR1主要分布于细胞质，TrxR2主要分布于线粒体，TrxR3主要分布在睾丸组织中。通过对线粒体中分布的TrxR2的生物学功能的研究，推测它可能保护细胞避免受线粒体介导的氧化应激引起的损伤影响，这一发现与Trx在线粒体中的独特存在形式有关[3-6]。但是最近的基础研究发现，TrxR2在多种恶性肿瘤组织中表达上调，其表达情况远高于癌旁组织与正常组织，推测TrxR2可能为恶性肿瘤细胞中的原癌基因异常表达提供了庇护作用，从而减少凋亡并促进癌细胞增殖[7-8]。在TrxR2高表达的肿瘤组织中，HIF-1信号通路活化，VEGF表达上调，推测TrxR2与肿瘤血管内皮细胞的形成及肿瘤细胞的迁移密切相关[9]。另外，TrxR2的过表达使得肿瘤细胞对生长因子的敏感性增加，也增加了肿瘤细胞耐药的可能，现认为TrxR2的过度表达与癌症预后不良和治疗抵抗相关，因此抑制TrxR2的活性可能是治疗癌症的新策略[10]。本文旨在对TrxR2在几种恶性肿瘤中的研究进展进行综述，据此探究TrxR2能否成为恶性肿瘤的生物学标志物，并作为肿瘤治疗的新靶点。

1 TrxR2在恶性肿瘤中作用

过氧化物及自由基可以造成内源性的细胞损伤，一旦超过了内源性细胞的抗氧化能力，就会产生“氧化应激”效应，导致脂质过氧化和DNA损伤，过量活性氧簇(ROS)又可以通过释放细胞色素C来触发细胞凋亡。当细胞发生氧化应激损伤时，硫氧还蛋白系统活化对抗细胞质或线粒体中的自由基，并且调节细胞核中的下游基因的转录因子，从而使得细胞免受氧化应激损伤，避免了正常细胞的恶性增殖。但是，Lincoln等报道TrxR在具有高增殖能力、低细胞凋亡率和易发生转移的肿瘤中表达上调，如乳腺癌、甲状腺癌、前列腺癌和消化道恶性肿瘤[11]。Ylermi等报道Trx和TrxR也在肺癌中高度表达[12]。也有研究发现在肝细胞癌组织中TrxR2表达上调，推测可能参与肝细胞癌的发生发展[13]。另外，Hellfritsch等[9]研究TrxR2在恶性肿瘤中的作用机制时发现，抑制线粒体中的TrxR2活性，会影响到HIF-1信号通路，VEGF表达下调，最后肿瘤细胞血管内皮生成受到干扰，增殖受到抑制。铂类化合物、金制剂、姜黄素等[14-18]细胞毒药物能够抑制TrxR的活性，从而抑制癌细胞的抗氧化能力，诱导肿瘤细胞凋亡。其中，TrxR2过量表达的肿瘤组织，在姜黄素存在下出现了更高的ROS积累，同时也降低了抗肿瘤药的耐药性[19]。上述研究均提示TrxR2在恶性肿瘤组织中高表达可能促进肿瘤细胞的发生发展，并与抗肿瘤药物的耐药密切相关。

2 TrxR2与恶性肿瘤

2.1 TrxR2与非小细胞肺癌(NSCLC)

最近的研究发现，TrxR2在NSCLC肿瘤组织中表达上调，且在小于60岁的患者、发生淋巴结转移的患者、预后较差的患者中表现的更加明显。杨拴盈等[10]通过免疫组化法研究90例术后的NSCLC患者，其中56例患者存在淋巴结转移，TrxR2表达上调者占66.1%(37/56)，34例无淋巴结转移患者中TrxR2表达上调者占41.2%(14/34)，分析得出TrxR2的高表达可能与NSCLC淋巴结转移相关。同时，分别对这些患者进行18个月的随访，其中TrxR2高表达的患者总生存率为64.7%(33/51)，TrxR2表达下调的患者总生存率为71.8%(28/39)，分析得出TrxR2高表达的患者预后较差。但是，由于样本量小，随访时间短，且TrxR1在恶性胸膜间皮瘤中的表达情况与预后未表现出相关性，所以TrxR2能否指导预后还需深入研究。

NSCLC的发生要经历一个漫长和复杂的进程，针对其中涉及到的遗传和表观遗传的变化，探索NSCLC更有效的治疗策略至关重要[20]。目前对NSCLC病因的研究发现，氧化应激与其发病机制有关[21]。由于肿瘤细胞在氧化应激状态下增殖，所以会过度依赖于硫氧还蛋白系统来抵抗这种氧化应激损伤。TrxR2在包括NSCLC在内的多种癌症中表达上调[22-23]，并且通过活化HIF-1α促进血管形成，还参与了肿瘤进展[5]，抗细胞凋亡和保持应激失调的肿瘤细胞信号通路的传导[24-25]。传统的细胞毒药物抗肿瘤原理主要是基于氧化应激机制，TrxR2的过表达也增加了抗肿瘤药物的耐药可能，因此应用TrxR2的抑制剂治疗NSCLC可能是一种新策略[9-10]。Jayakumar等[18]研究发现应用姜黄素抑制TrxR2的活性不但可以抑制NSCLC细胞增殖，而且还能够诱导G1/S期细胞凋亡以及诱导细胞周期停滞。在检查姜黄素治疗后线粒体DNA损伤程度时发现每10 kb DNA就会出现5个碱基对断裂，而没有观察到细胞核DNA的损伤。因此，姜黄素可能是一种有效的抗肿瘤药物，也可能作为佐剂与传统的化疗药物一起治疗过度表达TrxR2的NSCLC。体外实验也证实了通过抑制TrxR2的活性，可以抑制NSCLC细胞的侵袭和迁移，并诱导细胞凋亡[10]。因此，TrxR2在NSCLC的发生发展中起到一定的生物学作用，可能是NSCLC治疗的潜在靶标。

2.2 TrxR2与肝细胞癌

TrxR-Trx-Prx系统可能通过调控细胞氧化还原状态，在细胞生长和转化过程中发挥重要作用，既往的研究发现Trx Ⅰ在肝细胞癌组织中表达明显升高[26]，且Trx Ⅰ的高表达与铂类化合物的敏感性下降有关[27]。硫氧还蛋白Ⅱ(Trx Ⅱ)、TrxR2和过氧氧化还原酶Ⅲ(Prx Ⅲ)广泛分布于肝细胞线粒体中，在调节线粒体氧化还原状态中起关键作用，尤其是能够对抗H2O2产生的氧化损伤起到防御作用。为了研究ThxR2和Prx Ⅲ的表达情况与肝细胞癌关系，一项基础试验[13]通过免疫组织化学方法研究了58例石蜡包埋的肝细胞癌组织中TrxR2和Prx Ⅲ的表达情况。TrxR2和Prx Ⅲ的标记指数在肿瘤组织中明显高于癌旁组织和正常组织。在58例病理标本中，肿瘤组织中的TrxR2表达水平高于癌旁组织和正常组织的共有39例(67.2%)，TrxR2在肿瘤组织中低表达有11例标本(19.0%)。与癌旁组织和正常组织相比，肿瘤组织中的Prx Ⅲ表达上调的有23例(39.7%)，表达下调的有18例(31.0%)。总体结果提示，TrxR2或Prx Ⅲ的表达上调可能与肝细胞癌的发生和进展相关。迄今为止，该研究的关系TrxR2在肝细胞癌组织中过表达还是首次报道。为明确TrxR2参与肝细胞癌调控的具体分子机制，还需扩大样本量，作更深入的临床研究。

2.3 TrxR2与前列腺癌

最近研究[28]发现miRNA在前列腺癌中过表达，其中miR-17-92簇编码6种miRNA(包括miR-17，miR-18a，miR-19a，miR-20a，miR-19b-1和miR-92)，在多种类型的恶性肿瘤组织被发现扩增。有研究发现miR-17的配体miR-17*在前列腺癌细胞中转染后显著降低了抗氧化蛋白的表达水平，用这种抑制线粒体中重要的抗氧化酶，如锰超氧化物歧化酶(MnSOD)、谷胱甘肽过氧化物酶-2(GPX2)和TrxR2的方法，可以间接的抑制前列腺癌的发生发展。研究肿瘤细胞供能机制时发现，肿瘤细胞有氧糖酵解呈高比例出现，这说明依靠线粒体有氧糖酵解也是肿瘤细胞增殖所需的供能方式[29]，快速增殖的肿瘤细胞的高代谢也会造成线粒体中蓄积大量的ROS，同样线粒体也需要活化抗氧化防御系统来应对高水平的ROS[30-31]。这些抗氧化酶是线粒体中抗氧化系统的主要组成部分，它们相互协同来去除线粒体中产生的ROS。而miR-17*是位于线粒体中的三种重要抗氧化酶的负性调节因子，能够下调这些抗氧化酶的表达，导致ROS的积累，增加肿瘤细胞毒性，使肿瘤细胞死亡。由此可见，对抗氧化系统的选择性抑制可能成为干预肿瘤进展的一个重要策略。

2.4 TrxR2与宫颈癌

高危人乳头瘤病毒(Human papilloma virus，HPV)虽然被认为是宫颈癌的主要发病因素，但并不足以诱导肿瘤的发展。氧化应激被认为是HPV引发的致癌作用的促进因素之一。De Marco等[32]为了深入了解活性氧簇在宫颈癌中的作用，从浸润性鳞状细胞癌患者，高度不典型增生伴HPV感染的患者中收集HPV-16阳性病理组织，以无HPV感染的病理组织作对照，通过对氧化还原蛋白质组学分析探究氧化应激如何协助HPV驱动的病毒致癌。ERp57和GST在异型增生和肿瘤组织中急剧升高，TrxR2在异型增生组织中达到峰值，而异型增生和肿瘤组织中iNOS显著减少。且在肿瘤组织中，发现鳞状细胞癌抗原1、ERp57和GAPDH的氧化程度低于异型增生的组织。HPV16的致癌作用似乎与活性氧簇的增加有关。TrxR2在异常增生组织中，参与细胞形态和终末分化的DNA和蛋白质的氧化修饰，可能为肿瘤演变提供条件。相反，肿瘤组织似乎对氧化损伤获得了改善。TrxR2是维持细胞内环境重要的抗氧化酶。除了在肿瘤生物学的许多方面发挥重要意义外[33]，其在蛋白质氧化损伤修复中的特定作用也表明TrxR2可能在细胞异型增生向恶性转化方面发挥作用[34]。

2.5 TrxR2与其他恶性肿瘤

据研究[35]发现Trx及TrxR与乳腺癌的预后相关，Trx及TrxR表达程度越高的患者，预后越差。但是，具体是TrxR的哪种同工酶与乳腺癌的发展及预后关系更为密切，还需进一步深入研究。另外，血液系统恶性肿瘤，如Burkitt淋巴瘤、CML的发生可能与位于22q11.2区的TrxR2相关[36]，但仍需进一步研究。

3 小结与展望

TrxR2在几种恶性肿瘤中的表达情况已有深入研究，TrxR2可能成为以上几种恶性肿瘤治疗的潜在靶点，对TrxR2的抑制可能达到抑制恶性肿瘤细胞增殖、侵袭和迁移，并诱导恶性肿瘤细胞凋亡的效果。但是，TrxR2在其他恶性肿瘤中会发挥同样的作用吗？处于不同阶段的恶性肿瘤如何调控TrxR2的表达水平？这些还需要在更广泛人群(包括不同种类的恶性肿瘤，不同的病理亚型、疾病的不同阶段)中更深入研究。

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