哺乳動物硫氧還蛋白還原酶是癌癥治療的藥物靶.pdf

1、哺乳動物硫氧還蛋白還原酶(thioredoxin reductase，TrxR)是含硒酶，其主要功能是催化NADPH還原硫氧還蛋白。它在促進與腫瘤發(fā)生發(fā)展相關(guān)的多重細胞活動中有很重要的作用，這些活動包括細胞增殖、凋亡和細胞信號傳導(dǎo)等。作為含硒酶，硒代半胱胺酸殘基位于TrxR分子羧基端的倒數(shù)第二位，暴露于酶的表面，具有很高的活性且在催化作用中很容易被接近。而且，硒代半胱胺酸殘基的pKa值約為5.2，因而在生理pH時處于非質(zhì)子化的硒醇鹽狀態(tài)

2、。這兩個特點使得TrxR易被烷化劑或者親電化合物修飾，導(dǎo)致失活。這種氧化還原酶在腫瘤中高表達，近幾年大量研究表明它是抗癌劑治療癌癥的有效分子靶。 體外實驗發(fā)現(xiàn)臨床上經(jīng)常使用的烷化類抗癌劑能有效抑制TrxR活力。環(huán)磷酰胺是臨床上治療惡性腫瘤最常用的烷化劑代表藥物之一。它在體外無活性，在體內(nèi)經(jīng)過肝細胞色素P450酶代謝活化才能發(fā)揮作用，因此我們在動物體內(nèi)研究環(huán)磷酰胺對腫瘤TrxR活力的影響，發(fā)現(xiàn)環(huán)磷酰胺是TrxR有效的抑制劑。而且，

3、我們還觀察到TrxR活力在被迅速抑制后，又逐漸恢復(fù)到正常水平，這可能與腫瘤細胞耐藥性相關(guān)。我們的結(jié)果提示在使用環(huán)磷酰胺治療時，使用藥理或者遺傳學(xué)方法控制TrxR活力恢復(fù)可能是克服腫瘤細胞耐藥性的一個合理治療策略。我們還使用腹水肝癌動物模型研究環(huán)磷酰胺抑制癌細胞TrxR對癌細胞增殖的影響，發(fā)現(xiàn)TrxR對腫瘤生長很重要，而且環(huán)磷酰胺對腫瘤細胞TrxR活力的抑制與其抗癌效果密切相關(guān)。這些結(jié)果表明環(huán)磷酰胺對癌細胞TrxR活力的抑制可以認為是其抗

4、癌效果的一個重要機制。 心力衰竭是使用高劑量的環(huán)磷酰胺經(jīng)常出現(xiàn)的威脅生命的并發(fā)癥，但是其發(fā)病機理還不是很清楚。我們發(fā)現(xiàn)環(huán)磷酰胺引發(fā)的心臟損傷可能是它對細胞質(zhì)硫氧還蛋白還原酶(cytoplasmic thioredoxin reductase，TrxR1)和非蛋白游離巰基的共同抑制引起的。TrxR1曾經(jīng)被報道在大多數(shù)組織但是不包括心臟發(fā)揮很重要的作用。我們的研究發(fā)現(xiàn)心臟TrxR1有其獨特的兩個方面。第一，腫瘤、膀胱和腎中的TrxR

5、1超過一半活力被抑制，將會產(chǎn)生相應(yīng)的毒性后果。但是，當心臟中TrxR1活力被強烈抑制了68％，沒有看到明顯的心臟損傷。第二，腫瘤組織、腹水癌細胞、膀胱和腎臟中TrxR1活力在被環(huán)磷酰胺或者異環(huán)磷酰胺抑制后能快速恢復(fù)到正常水平，但是心臟TrxR1活力恢復(fù)很慢甚至不恢復(fù)。心臟中TrxR1活力失活在環(huán)磷酰胺引起的心臟損傷中仍然發(fā)揮作用，因為失活TrxR1能獲得細胞毒素的功能，在大量非蛋白游離巰基被消耗的時候，這種細胞毒素的功能會產(chǎn)生很明顯的效

6、應(yīng)，引發(fā)心臟損傷。當高劑量的CTX或者低劑量的CTX與谷胱甘肽合成的抑制劑一起使用的時候，能引起心臟TrxR1和非蛋白游離巰基的共同顯著抑制，導(dǎo)致心臟損傷的發(fā)生。異環(huán)磷酰胺是磷酰胺類衍生物，具有廣譜的抗腫瘤活性。它需要在體內(nèi)經(jīng)過肝細胞色素P450酶代謝活化才能發(fā)揮作用。我們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)環(huán)磷酰胺能有效抑制腫瘤TrxR活力。作為環(huán)磷酰胺的異構(gòu)體，異環(huán)磷酰胺與哺乳動物TrxR之間的相互作用還沒有被研究。因此，我們在小鼠上研究異環(huán)磷酰胺對TrxR活

7、力影響。我們發(fā)現(xiàn)異環(huán)磷酰胺能抑制腫瘤TrxR活力，導(dǎo)致腫瘤細胞增殖速度顯著減慢。而且，異環(huán)磷酰胺優(yōu)先抑制體內(nèi)TrxR活力，而不是其它抗氧化參數(shù)。經(jīng)過異環(huán)磷酰胺作用的癌細胞，其TrxR活力被顯著抑制，當把這些細胞移植到小鼠體內(nèi)時，發(fā)現(xiàn)它們不再具有致腫瘤的屬性。異環(huán)磷酰胺還能抑制腎臟、膀胱和腦組織TrxR活力。這些結(jié)果說明異環(huán)磷酰胺對腫瘤TrxR活力的抑制與其抗癌效果高度相關(guān)，并且異環(huán)磷酰胺的全身毒性可能與其抑制多器官TrxR活力有關(guān)。異環(huán)

8、磷酰胺對TrxR活力抑制可以看做其抗癌效應(yīng)的一個很重要的機制。 上面的結(jié)果說明TrxR酶的靶向保護可能是一個減少或者緩解化療藥對正常組織毒性的有效方法，這樣可以提高化療藥的劑量，獲得好的治療效果。阿米福汀是美國FDA批準的用于減輕順鉑多次治療引起的腎毒性的細胞保護劑。體外實驗證明順鉑能抑制TrxR，但是藥理劑量的順鉑在體內(nèi)能否抑制TrxR活力至今還沒有報道。我們發(fā)現(xiàn)藥理劑量的順鉑能抑制小鼠腹水肝癌細胞TrxR的活力，壓制肝癌細胞