过氧化物还原酶6在中枢神经系统疾病中的研究现状

唐建巍 肖广庆 陈慧珍 李爱民★

过氧化物还原酶（peroxiredoxins，Prdxs）家族是近年来发现的一个广泛存在于酵母、大多数真菌、动植物以及多种原核和真核生物细胞中的抗氧化蛋白家族［1⁃2］，因其在抗氧化、调节和介导细胞信号过程中所起的作用而受到广泛的关注［3］。Prdxs家族的第6个成员是过氧化物酶6（peroxiredoxin6，Prdx6），起初被认为仅分布在肺组织中，但后续研究发现，Prdx6在哺乳动物体内多种器官均有表达［4］。Prdx6通过对抗氧化应激损伤，在中枢神经系统疾病如脑缺血缺氧疾病、颅脑损伤以及神经退行性疾病的发生、发展和转归的过程中扮演着重要角色。然而，Prdx6有着不同于传统Prdxs家族成员的结构以及多种活性，在不同的疾病和同一疾病的不同阶段中，也分别起到不同的作用［5］。为了充分认识该分子的功能及临床价值，本文将对Prdx6在中枢神经系统疾病中的研究现状作一综述。

1 Prdx6的结构及特点

Prdx6是Prdxs家族第6个成员，在人位于染色体 1q24，在大鼠位于染色体13q22，全长 11 000 bp，相对分子量为 25 000，等电点pi约为5.1。Prdx6既具有经典的Prdxs家族螺旋管状硫氧还蛋白折叠结构，又以其独有的结构和功能特性区别于 Prdx1⁃5。

结构上，Prdx中的半胱氨酸残基（⁃Cys）数量对其抗氧化功能起到重要作用。Prdxs1⁃5在结构中拥有2个半胱氨酸残基，因此被称为2⁃Cys型Prdx。Prdx6只有在保守的NH2末端有一个半胱氨酸残基（⁃Cys），因此被称为 1⁃Cys型 Prdx。Prdx1⁃4以二聚体的形式存在于溶液中，并使用每一个单体的N端的⁃Cys结合氧自由基或者次磺酸（⁃SOH）后，再和另一个单体C端的⁃Cys之间形成二硫键；Prdx5被认为是非典型的2⁃Cys型Prdx，每个单体上过氧化的⁃Cys和游离的⁃Cys可以在自身内部形成一个二硫键。Prdx6结构中不含有游离态的⁃Cys，其抗过氧化物功能是通过单一保守的⁃Cys实现，其分解次磺酸化⁃Cys需要外部的还原物质。这种生理还原剂已经被发现，为谷胱甘肽（glutathione，GSH），Prdx6的⁃Cys在结合过氧化物之后需要在GSH的作用下才能与另一个Prdx6分子的⁃Cys形成二硫键（即，Prdx6的谷胱甘肽化）［4⁃7］。而所有的 Prdxs形成的二硫键，都是通过硫氧化还原蛋白降解，正因如此，Prdxs起初被称为硫氧还蛋白过氧化物酶家族（thioredoxin peroxi⁃dase，TPx），在Prdx6被发现并深入研究后才更名为 Prdxs［7］。

功能上，Prdx6已经被发现具有3种不同的酶活性：①Prdx6中单一保守的⁃Cys被氧化后，可以通过谷胱甘肽化减少氧自由基和氢过氧化物等物质，即非硒依赖谷胱苷肽过氧化物酶（non⁃seleni⁃um glutathione peroxidase，NSGPx）活性；②甘油磷脂和磷脂酰胆碱（phosphatidylcholine，PC）等磷脂类物质是细胞膜磷脂双分子层的重要组成部分，参与细胞膜对蛋白质的识别和信号传导。Prdx6可以水解细胞膜磷脂类物质的SN⁃2位，从而减轻细胞的磷脂过氧化程度，即非钙离子依赖性磷脂酶A2（phospholipase A2，PLA2）活性；③最近研究发现，Prdx6还可以利用游离脂肪酸（辅酶a衍生物）来酰化溶血磷脂酰胆碱（lysophosphatidylcholine，LPC），即溶血磷脂酰胆碱酰基转移酶（lysophos⁃phatidylcholine acyltransferase，LPCAT）活 性［5］。LPCAT活性可以使LPC酰基化形成PC，也可以通过调节PC SN⁃2位点的酰基种类，对细胞膜的脂肪酸修饰和酰基交换产生影响。Prdx6是唯一在同一蛋白中同时表现PLA2和LPCAT活性的分子，动力学研究表明Prdx6导致的磷脂水解（PLA2活性）和再酰化（LPCAT活性）是一个连续的过程，二者联合作用会导致磷脂SN⁃2位PC的产生，在维持细胞正常生理功能，修复细胞膜氧化损伤中发挥重要作用［4，6，8⁃9］。

2 Prdx6与中枢神经系统相关疾病的研究

2.1 Prdx6与神经退行性疾病

有研究表明，Prdx6对多发性硬化和脊髓灰质炎具有保护作用，可以作为一项新的神经保护药物［10］。但是上调其PLA2的活性可诱发并加重阿尔兹海默综合征（Alzheimer's disease，AD）［11］。目前AD的发病机制众说纷纭，其中以Aβ蛋白沉积的假说较为热门。Aβ蛋白可以损害线粒体活性，同时增加活性氧自由基（reactive oxygen species，ROS）的产生，进而诱导的氧化应激导致了神经元细胞凋亡［12］。Yun 等［13］发现，上调 Prdx6 的 PLA2活性，可以增加核转录因子Nrf2的表达，诱发氧化应激的同时增加Aβ淀粉样蛋白的沉积，加重AD的病程进展。这些结果表明，Prdx6可以在不同的神经退行性疾病中扮演不同的角色。其机制与Prdx6的PLA2活性调节剂p67phox胞浆蛋白有关［6，14］。该蛋白与 Prdx6 共存于巨噬细胞、内皮细胞和多形白细胞的胞浆中，并和2型NAPDH氧化酶NOX2复合体功能关系密切。p67phox对磷酸化的Prdx6亲和性非常高，易结合，并促进PLA2活性的表达；但是对非磷酸化的Prdx6亲和性低，与之结合则会抑制PLA2活性。当组织处于氧化应激状态，细胞膜上的K⁃ATP内向整流通道失活，细胞膜去极化并激活Prdx6磷酸化与p67phox蛋白结合，从而刺激NOX2复合体产生O2⁃。生理条件下，由NOX2产生的O2⁃同样在细胞运动和多种其他的细胞生物进程包括肥大、增殖和迁移、激活多种转录因子中扮演着重要的角色。而在炎症、损伤、应激等条件下这种平衡被打破，此时上调PLA2活性可以刺激NOX2，从而诱导氧化应激反应并造成损伤，加重疾病的产生［14⁃15］。因此，Prdx6 对不同神经退行性疾病的作用不同，或许与这些疾病中神经细胞的氧化损伤水平有关。

2.2 Prdx6与脑缺血再灌注损伤

缺血性脑卒中是由血栓形成、栓塞、或者其他血流动力学障碍导致脑组织局部缺血缺氧，从而对缺血脑组织造成不可逆损伤的过程。由于脑组织氧耗量高，对缺血缺氧尤为敏感，因此缺血性脑卒中往往会导致严重的后果。脑缺血再灌注损伤是导致卒中患者脑损伤的重要因素之一，其病理过程是卒中患者的脑血流没有在第一时间得到恢复，当间隔一段时间发生再灌注时，继发的内源性毒性物质会对缺血区脑组织造成严重的缺血再灌注损伤，缺血区的神经元则会发生不可逆转的坏死［16⁃17］。目前，脑缺血再灌注损伤机制尚不明确，可能由超氧化物及氧自由基的大量生成、谷氨酸兴奋性毒性反应和炎症反应共同引起［17］。

目前对于Prdx6在肺和心脏的缺血再灌注损伤研究较为集中，但是对脑缺血再灌注损伤中的研究较少。高杨等［18］的研究发现，脑缺血再灌注损伤后24 h时Prdx6蛋白表达最高；随后通过电针预处理来上调 Prdx6表达，发现处理后的大鼠脑缺血再灌注损伤程度较未处理大鼠模型减轻；姜蓓蓓等［19］通过对脑缺血再灌注损伤模型大鼠的侧脑室注射Prdx6⁃siRNA后，对比模型对照组，发现缺血坏死面积增加；超氧化物歧化酶SOD的活性进一步降低；TUNEL染色阳性细胞率和Cas⁃pase3蛋白表达水平明显有增高。前文提到，氧化应激可以激活Prdx6磷酸化，上调PLA2活性，刺激NOX2复合体产生O2⁃。而O2⁃可以作为细胞信号介导产生血管内皮生长因子（vascular endothelial growth factor，VEGF），促进新生血管形成，修复血管损伤。此外，也可以通过谷胱甘肽化（NSGPx活性），消耗并减少谷氨酸的细胞兴奋毒性作用。因此，我们可以得出结论，Prdx6在脑缺血再灌注损伤中可以对抗氧化应激反应，促进血管再生，减轻损伤。

2.3 Prdx6和中枢神经系统外伤

Prdx6在中枢神经系统广泛表达，且与神经损伤修复、抗氧化应激有关。Zhang等人［20］的研究发现，大鼠脊髓损伤后，Prdx6在脊髓前角运动神经元表达显著降低，抑制肿瘤坏死因子TNF⁃α可以提高Prdx6的表达，促进运动功能的恢复，提示二者共同参与了脊髓损伤修复的病理过程。Singh等［21］将Prdx6转导进神经细胞，发现转染后的细胞对氧化应激诱导剂如百草枯，过氧化氢，谷氨酸等具有了一定的耐受性，说明Prdx6可以抵抗氧化应激引起的神经细胞死亡。Shim等［22］发现地塞米松可以增加围产期大鼠脑中的Prdx6表达，从而发挥抗神经细胞凋亡的作用，这为激素的脑保护作用研究提供了新思路。Buonora等［23］通过击打大鼠头部制作颅脑损伤模型，发现损伤后Prdx6在模型大鼠脑血管周围间隙和神经胶质细胞中高表达；同时发现Prdx6在人类颅脑损伤患者的脑组织和血小板中高表达，并指出Prdx6可以作为轻、中度颅脑损伤患者预后的一项新的监测指标。

总结以上研究，Prdx6在急性颅脑或脊髓损伤发生后表达增高，对抗氧化应激损伤从而起到神经保护作用。糖皮质激素可以促进Prdx6的合成转录［22］，因此补充外源性Prdx6或者糖皮质激素上调Prdx6表达，均可以作为损伤早期的治疗手段。此外，对颅脑损伤的预后评估也是神经外科领域的研究热点。内源性Prdx6在损伤后的表达明显升高，可以作为一项潜在的颅脑损伤预后评价指标。

2.4 Prdx6和中枢神经系统肿瘤

目前，有关Prdx6与中枢神经系统肿瘤关系的研究较少。有研究发现，Prdxs在视神经和视网膜都有表达，其分布和视神经周围的星型胶质细胞分布高度一致［24］；Valek 等人［25］对大鼠坐骨神经损伤后的Prdxs表达和分布进行检测，发现Prdx6主要表达于和脑内星型胶质细胞同源的卫星胶质细胞，这和上文Buonora的研究结果相符。以上结果提示Prdx6可能与神经胶质细胞的支持、保护作用有着密切联系。周金桥等人［26］选取52例经病理证实为星形胶质细胞瘤的脑肿瘤标本，检测Prdx1和Prdx6在肿瘤组织中的表达情况，发现Prdx6主要表达于肿瘤细胞胞浆中；与正常脑组织相比，星形胶质细胞瘤中的Prdx6的表达要明显高于正常对照组，且恶性程度越高，表达越明显。Park等［27］对1例少突胶质细胞瘤全切后迅速发生间变的肿瘤组织进行了质谱表达检测和验证，最终发现Prdx6的差异表达有意义，并提出Prdx6可能与少突胶质细胞瘤的恶变有关，可以作为一个潜在的标志物预测肿瘤预后。

在大部分的肿瘤组织中，Prdxs家族成员均呈高表达，被认为是潜在的肿瘤标记物［26⁃28］。其机制可能是肿瘤组织内的高活性氧环境诱导Prdxs表达，通过对抗增加的ROS从而保护正常细胞，抑制肿瘤的发展［14，29］。也有研究发现，Prdx6 的高表达也可能是维持和促进肿瘤细胞生长的因素，Yun等人［30］通过动物实验和体外细胞培养，观察到Prdx6在肺癌组织中的NSGPx和PLA2活性增高均可以促进肺癌细胞的生长，并指出与Prdx6促进新生血管生成有关。但无论是哪种机制，Prdx6与中枢神经胶质细胞瘤的发生发展均有着密切关系，应充分探讨其作为一项新型肿瘤标记物的可能。

3 总结与展望

Prdx6作为Prdxs家族中唯一兼有NSGPx和PLA2两种活性的成员，既具有Prdx1⁃5抗氧化的共性，又具有其独特之处。一方面，Prdx6具有抗氧化作用，其机制与清除活性氧、降低谷氨酸兴奋毒性以及减少细胞膜磷脂损伤有关，其PLA2位点激活NOX2和随后产生的O2⁃/H2O2可以介导多种重要的生理功能稳态；另一方面，在机体处于异常状态下时，Prdx6正常活性的平衡被打破，产生O2/H2O2可以作为炎症介质，在多种疾病中加重细胞损伤；第三，Prdx6的LPCAT活性与磷酸化水平密切相关。其调节剂p67phox与磷酸化的Prdx6结合促进PLA2活性表达，与非磷酸化的Prdx6结合会抑制PLA2活性。这种多重活性平衡既是Prdx6的特点，又是研究Prdx6的难点。

在神经退行性疾病中，Prdx6充分体现了上述“双刃剑”的特性，在不同的疾病中起不同的作用。虽然Prdx6在中枢神经肿瘤中的研究较少，但是有大量针对其他肿瘤的研究发现，Prdx6在肿瘤组织中较正常组织有着明显的差异性表达，其表达程度与肿瘤的发生、发展、转归有着密切的相关性。而Prdx6促进VEGF生成，可以作为潜在的肿瘤标志物，也可以作为一个新的生物精准治疗靶点，具有较大的临床应用价值。

氧化应激损伤是机体多种生理、病理过程中均涉及的反应之一。由于人中枢神经系统特别是大脑对血氧含量变化极其敏感，因此，对急性病变如脑缺血缺氧疾病及颅脑损伤中涉及的氧化应激过程进行研究，具有重要意义。Prdx6不仅可以减少缺血再灌注和颅脑损伤后的神经细胞损伤，对颅脑损伤的预后评估也具有参考价值。但是Prdx6是否可以作为一种新的神经保护剂尚未得到临床试验证实。目前，仍需要对Prdx6自身特点，以及在中枢神经系统疾病中的作用机制进行深入研究。

参考文献

［1］Park KJ，Kim YJ，Kim J，et al.Protective effects of peroxiredoxin on hydrogen peroxide induced oxidative stress and apoptosis in cardiomyocytes［J］.Korean Circ J，2012，42（1）：23⁃32.

［2］Dietz KJ.Peroxiredoxins in plants and cyanobacteria［J］.Antioxid Redox Signal，2011，15（4）：1129⁃1159.

［3］Flohe L.Changing paradigms in thiology from antioxi⁃dant defense toward redox regulation［J］.Methods En⁃zymol，2010，473：1⁃39.

［4］Manevich Y，Fisher AB.Peroxiredoxin 6，a 1⁃Cys peroxiredoxin，functions in antioxidant defense and lung phospholipid metabolism［J］.Free Radic Biol Med，2005，38（11）：1422⁃1432.

［5］Fisher AB.Peroxiredoxin 6 in the repair of peroxidized cell membranes and cell signaling［J］.Arch Biochem Biophys，2017，617：68⁃83.

［6］Fisher AB，Vasquezmedina JP，Dodia C，et al.Perox⁃iredoxin 6 phospholipid hydroperoxidase activity in the repair of peroxidized cell membranes［J］.Redox Biol⁃ogy，2018，14：41⁃46.

［7］Kang SW，Baines IC，Rhee SG.Characterization of a mammalian peroxiredoxin that contains one conserved cysteine［J］.J Biol Chem，1998，273（11）：6303 ⁃6311.

［8］Li H，Feinstein S，Zhou S，et al.Both peroxidase and phospholipase A2 activities of peroxiredoxin 6 protect against oxidative stress by reduction of peroxidized cell membranes［J］.Faseb Journal，2015.

［9］Li H，Benipal B，Zhou S，et al.Critical role of perox⁃iredoxin 6 in the repair of peroxidized cell membranes following oxidative stress［J］.Free Radic Biol Med，2015，87：356⁃365.

［10］Yun HM，Park KR，Kim EC，et al.PRDX6 controls multiple sclerosis by suppressing inflammation and blood brain barrier disruption［J］.Oncotarget，2015，6（25）：20875⁃20884.

［11］Mun H，Jin PJ，Han JY，et al.Acceleration of the de⁃velopment of Alzheimer’s disease in amyloid beta⁃in⁃fused peroxiredoxin6 overexpression transgenic mice［J］.Mol Neurobiol，2013，48：941⁃951.

［12］Schilling T，Eder C.Amyloid beta⁃induced reactive ox⁃ygen species production and priming are differentially regulated by ion channels in microglia［J］.J Cell Physiol，2011，226（12）：3295⁃3302.

［13］Yun HM，Jin P，Han JY，et al.Acceleration of the de⁃velopment of Alzheimer's disease in amyloid beta⁃in⁃fused peroxiredoxin 6 overexpression transgenic mice［J］.Molecular Neurobiology，2013，48（3）：941⁃951.

［14］Vázquez⁃Medina JP，Dodia C，Weng L，et al.The phospholipase A2 activity of peroxiredoxin 6 modu⁃lates NADPH oxidase 2 activation via lysophosphatidic acid receptor signaling in the pulmonary endothelium and alveolar macrophages［J］.FASEB J，2016，30（8）：2885⁃2898.

［15］Ambruso DR，Ellison MA，Thurman GW，et al.Per⁃oxiredoxin 6 translocates to the plasma membrane dur⁃ing neutrophil activation and is required for optimal NADPH oxidase activity［J］.Biochimica Et Biophysi⁃ca Acta，2011，1823（2）：306⁃315.

［16］Lo EH.A new penumbra：transitioning from injury in⁃to repair after stroke［J］.Nat Med，2008，14（5）：497⁃500.

［17］谭丽，赵涌，姜蓓蓓，等.敲低小胶质细胞中过氧还原素6（PRDX6）降低氧糖剥夺再复氧神经元的存活［J］.细胞与分子免疫学杂志，2016，32（8）：1014⁃1020.

［18］高杨，孙思斯，刘曌宇，等.电针预处理通过上调Peroxiredox⁃in6减轻大鼠脑缺血再灌注损伤［J］.中华神经解剖学杂志，2014，30（5）：507⁃513.

［19］姜蓓蓓，谭丽，姚辉，等.Peroxiredoxin 6在脑缺血再灌注损伤中的抗氧化和抗凋亡作［J］.重庆医科大学学报，2016（8）：781⁃786.

［20］Zhang X，Shi LL，Gao X，et al.Lentivirus⁃mediated inhibition of tumour necrosis factor⁃α improves motor function associated with PRDX6 in spinal cord contu⁃sion rats［J］.Scientific Reports，2015，5：8486.

［21］Singh SP，Chhunchha B，Fatma N，et al.Delivery of a protein transduction domain mediated Prdx6 protein ameliorates oxidative stress⁃induced injury in human and mouse neuronal cells［J］.Ajp Cell Physiology，2015，90（5）：2560⁃2563.

［22］Shim SY，Kim HS，Kim EK，et al.Expression of per⁃oxiredoxin 1，2，and 6 in the rat brain during perinatal development and in response to dexamethasone［J］.Free Radical Research，2012，46（3）：231⁃239.

［23］Buonora JE，Mousseau M，Jacobowitz DM，et al.Au⁃toimmune profiling reveals peroxiredoxin 6 as a candi⁃date traumatic brain injury biomarker［J］.Journal of Neurotrauma，2015，32（22）：1805⁃1814.

［24］Chidlow G，Wood JP，Knoops B，et al.Expression and distribution of peroxiredoxins in the retina and op⁃tic nerve［J］.Brain Structure&Function，2015，221（8）：1⁃23.

［25］Valek L，Kanngießer M，Häussler A，et al.Redoxins in peripheral neurons after sciatic nerve injury.［J］.Free Radical Biology&Medicine，2015，89：581⁃592.

［26］周金桥，刘秋红，王景涛，等.过氧化物酶1，6和GFAP在人脑星形胶质细胞瘤中的表达及临床意义［J］.南方医科大学学报，2012，32（9）：1255⁃1259.

［27］Park CK，Kim JH，Moon MJ，et al.Investigation of molecular factors associated with malignant transforma⁃tion of oligodendroglioma by proteomic study of a sin⁃gle case of rapid tumor progression［J］.Journal of Cancer Research and Clinical Oncology，2008，134（2）：255⁃262.

［28］蔡鑫泽，乔莹，陈洋，等.应用二维电泳和质谱技术鉴定乳腺癌相关蛋白［J］.中国现代医学杂志，2011，21（1）：23⁃27.

［29］Kwon J，Wang A，Burke DJ，et al.Peroxiredoxin 6（Prdx6）supports NADPH oxidase1（Nox1）⁃based su⁃peroxide generation and cell migration［J］.Free Radi⁃cal Biology&Medicine，2016，96：99⁃115.

［30］Yun HM，Park KR，Lee HP，et al.PRDX6 promotes lung tumor progression via its GPx and iPLA2 activities［J］.Free Radical Biology&Medicine，2014，69（4）：367⁃376.