還原型煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸氧化酶的非吞噬細胞氧化酶研究進展

還原型煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸氧化酶的非吞噬細胞氧化酶研究進展

此外，還原性二羥磷酸鈉（nadh）還原于許多生物的反應中，并對身體具有重要意義。然而，nadh氧化突變是細胞中一個重要的氧化蛋白。在最初的研究中，人們注意到納德什峰葡萄酸鹽2的異質結。這是由壓力不可接受的第2個準分酸酶（準分酸酶2，編號no2）引起的。跨膜亞甲基苯酮、亞甲基磷酰胺、p7pho、p40pho和三級磷酰胺（guanosynietp）酶合物1（ras-reflection1，rap1）、ras-cyboronesbilite2，rac2）、ras-ras（ras-reflectioncyclopedia2，rac2）、ras-ras（ras-reflectioncyclopedia2，rac2）、細胞分裂率蛋白質42（ras-cychsen狀cyse，cd2）和p29氧化酶組成的酶建筑群（pi）。這些酶建筑群由活動氧（ros）清除入侵細胞的致病性微生物，并參與主導防御。NADPH氧化酶的催化亞基gp91phox及其同系物-非吞噬細胞氧化酶1(non-phagocyticcelloxidase1,Nox1),非吞噬細胞氧化酶3(non-phagocyticcelloxidase3,Nox3),非吞噬細胞氧化酶4(non-phagocyticcelloxidase4,Nox4),非吞噬細胞氧化酶5(non-phagocyticcelloxidase5,Nox5),雙功能氧化酶1(dual-functionoxidase1,Duox1)和雙功能氧化酶2(dual-functionoxidase2,Duox2)被稱為非吞噬細胞氧化酶(non-phagocyticcelloxidase,NOX)家族。最近研究發(fā)現(xiàn):NADPH氧化酶NOX蛋白家族分布于內皮、血管平滑肌等許多非吞噬細胞中,NOX家族蛋白的主要生物學功能是產生ROS,以維持細胞的正常生理活動。但在異常狀態(tài)下,如機體受到環(huán)境中的超細顆粒(ultrafineparticles,UFPs)、生長因子[如表皮生長因子(epidermalgrowthfactor,EGF)]、血小板衍生因子(platelet-derivedgrowthfactor,PDGF)、細胞因子[如腫瘤壞死因子-α(tumornecrosisfactor-α,TNF-α)]、炎癥介質[白介素(interleukin,IL)]、鈣離子(Ca2+),以及重金屬、部分藥物等刺激時,NOX家族蛋白異常表達或激活,產生大量的ROS,參與誘導動脈粥樣硬化、高血壓、腫瘤、炎癥以及老年癡呆癥等疾病的發(fā)生和進展。因此,對NOX家族致病機制的研究在臨床疾病的預防、診斷、治療中有重要的意義。1端和疏水跨膜區(qū)n末端的電泳分析NOX蛋白結構的特異性決定了家族各成員的活化、功能等差異,7個成員根據其蛋白分子的結構不同分為3組:第1組由Nox1~Nox44個NOX蛋白組成,它們的蛋白分子包括兩大結構域,即部分伸向胞漿的C末端和疏水跨膜區(qū)N末端,其中C末端包含有NADPH-和FAD-結合位點;N末端有6個保守的跨膜區(qū),也叫跨膜α單環(huán),其中在第3個和第5個跨膜區(qū)各有2個結合亞鐵血紅素的保守組氨酸殘基;Nox5被單獨列為第2組,除了包含Nox1~Nox4的結構域外,還在N末端有4個EF手結構域,此結構域被認為是鈣離子(Ca2+)的結合位點;NOX家族蛋白的第3組是Duox氧化酶,它不僅包含Nox1~Nox5的結構域(與Nox5不同的是有2個EF手結構),而且還在N末端有1個髓過氧化物酶(myeloperoxidaseenzymeproperties,MPO)樣胞外域,即第7個跨膜區(qū),因此也叫雙功能氧化酶。2活化亞基n-q-rac,p40p只有當NOX家族蛋白亞型與跨膜亞基和胞漿亞基結合,并組裝成有活性的復合體后才能發(fā)揮其生物學功能,其中胞漿亞基向胞膜的遷移并與NOX蛋白的結合是NOX蛋白復合體活化的基礎。不同的細胞亞基在NOX酶復合體組裝及活化的過程中發(fā)揮不同的作用,其中p22phox是膜結合亞基,它不僅參與了NOX蛋白的固定,而且也發(fā)揮了招募胞質亞基p67phox,p47phox,p40phox和胞質小分子GTP酶結合蛋白Rac的作用。p67phox的N末端具有分別與小分子GTP酶結合蛋白Rac和p40phox結合的區(qū)域,從而誘導了Rac和p40phox向細胞膜的遷移,故稱為活化亞基。p47phoxC末端的脯氨酸富集區(qū)(prolinerichregion,PRR)可以和p67phox末端的Src同源3結構區(qū)(Srchomology3,SH3)結合,發(fā)揮募集胞質亞基p67phox,p40phox和Rac的作用,因此也被稱為組織亞基。p40phox的吞噬細胞氧化酶區(qū)(phagocyticcelloxidation,PX)與膜磷脂緊密結合,在Nox2的活化過程中發(fā)揮招募蛋白質復合物的作用。機體在大量刺激因子,如補體片段(C5a)、白三烯B4、腫瘤壞死因子-α(tumornecrosisfactor-α,TNF-α)、脂多糖(lipopolysaccharides,LPS)等的刺激下,NADPH氧化酶胞質亞基p47phox發(fā)生磷酸化,導致其構象改變,分子間的緊密結合打開,自動抑制區(qū)(auto-inhibitoryregionaut,AIR)被釋放,同時SH3區(qū)和PX區(qū)暴露出來,接著p67phox利用其C末端的SH3區(qū)結合p47phox的PRR區(qū),即實現(xiàn)了磷酸化的p47phox攜帶p67phox,p40phox和Rac靠近胞膜,最后利用N末端暴露的SH3區(qū)與伸向胞質中的p22phox的PRR區(qū)結合,最終實現(xiàn)了胞膜亞基與胞質亞基在細胞膜上的集合與裝配,最后在胞膜上形成有活性的NADPH氧化酶復合體。3ros的來源NADPH氧化酶的主要生物學功能是產生ROS,通過該途徑產生的ROS主要參與了機體宿主防御及體內多條信號通路的調控。ROS是氧衍生的小分子物質,包括超氧化物、羥自由基、過氧化氫和一些既是氧化因子又能夠很輕易的轉換成自由基的物質如次氯酸、臭氧及單態(tài)氧等。生物體內ROS的來源有線粒體、細胞色素P450、過氧化物酶類體系、黃嘌呤氧化酶、一氧化氮(nitricoxide,NO)合成酶及NADPH氧化酶體系等,其中吞噬細胞NADPH氧化酶是最早被確認的產生ROS的體系。吞噬細胞的NADPH氧化酶在靜息細胞中沒有活性,在病原微生物、炎癥介質、外界因子等的刺激下活化產生ROS,參與了機體的宿主防御;而非吞噬細胞的NADPH氧化酶,即NOX家族蛋白不同于吞噬細胞NADPH氧化酶,它們在正常時保持一定的活性,產生胞內胞外的ROS,通過此途徑產生的ROS并不主要起細胞防御功能,而是作為“信號分子”和“基因表達開關”參與了細胞分化、增殖、凋亡(細胞內源性的ROS)及細胞間信號通路的調控(細胞外源性的ROS)等,從而參與了機體多數器官生理功能的調控;當受到胞外刺激因子的刺激時,NOX家族蛋白過表達,產生更高濃度的ROS,誘導了人體疾病的發(fā)生、發(fā)展。4ros的表達在血管病理刺激因子、生長因子、炎癥介質、鈣離子、UFPs及藥物等的刺激下,機體內NOX蛋白過表達,產生過量的ROS形成氧化脅迫,誘導了心血管疾病、腫瘤、炎癥、糖尿病腎病及肺部疾病的發(fā)生。目前發(fā)現(xiàn),機體各個系統(tǒng)的許多疾病可能與ROS過量誘導的氧化壓力相關。在多數情況下,ROS的過量產生則歸因于NOX蛋白或是NADPH氧化酶亞基的過表達。4.1nox源性ros在心血管疾病中的作用高膽固醇血癥、吸煙、衰老、糖尿病和高血糖病是心血管疾病的主要危險因子,有證據顯示:血管炎癥和血管內ROS的過量產生在心血管疾病的發(fā)生發(fā)展中起了重要的作用。以前認為在心血管系統(tǒng)中表達的NOX蛋白亞型有3種,即Nox1,Nox2和Nox4,但最近的研究發(fā)現(xiàn)Nox5在血管平滑肌細胞和內皮細胞中也有表達,并可能參與了血管的病變過程。NOX家族蛋白在心血管系統(tǒng)中可能參與了血管緊張度、內皮細胞的生長分化以及氧傳感等生理過程的調節(jié),但表達異常的NOX家族蛋白誘導了血管內皮功能的障礙、內皮細胞的肥大、遷移、凋亡以及血管的發(fā)生和重塑等。動脈粥樣硬化是一個炎癥性疾病,由NADPH氧化酶NOX家族亞型的活化和動脈硬化危險因子的介入共同誘導,組織缺氧、多不飽和脂肪酸、炎癥細胞因子和機械性損傷等刺激血管,激活了血管外膜成纖維細胞中的NOX蛋白,產生過量的ROS。同時鈣離子激活Nox5,產生過量的ROS加速了內皮舒張因子活性形式NO的降解,并抑制了內皮細胞NO合成酶的活性,通過有活性的NO的減少而導致了內皮細胞功能障礙,增加了動脈粥樣硬化的風險。也有研究顯示:NOX源性的ROS通過誘導血管內皮生長因子(vascularendothelialgrowthfactor,VEGF)的生成而介導了動脈粥樣硬化及動脈血管的發(fā)生,因為VEGF可以促進動脈粥樣硬化斑塊微血管的形成。高血壓是一種多因素誘發(fā)的疾病,是內皮細胞功能障礙、血管收縮性增強、血管結構重塑和血管炎癥等病理過程相互作用的結果。NOX源性的ROS調節(jié)了與受體交聯(lián)相關的信號通路[絲裂原活化蛋白激酶(mitogen-activatedproteinkinases,MAPK)、蛋白酪氨酸激酶]和血管緊張素-Ⅱ(angiotensin-Ⅱ,Ang-Ⅱ)介導的鈣離子通道的活化,從而參與了血管改變;另一方面超氧陰離子(O2-)可以使內皮舒張因子NO失活,導致內皮細胞的功能障礙,以及過氧化氫(hydrogenperoxide,H2O2)對血管重塑的調節(jié)等,共同促進了高血壓的發(fā)生。心血管系統(tǒng)中NOX源性的ROS是心臟內壓力反應的重要參與者,在調控心肌肥大、凋亡、纖維化以及線粒體功能障礙中發(fā)揮主要的作用,最終的病理結果是誘導了心力衰竭的發(fā)生。心肌肥大是心力衰竭發(fā)生的一個獨立危險因子,Nox2在α-腎上腺素能激動劑、Ang-Ⅱ和TNF-α的刺激下活化,產生過量的ROS參與了心肌肥大的調控;Nox4也可能是調節(jié)病理性肥大和氧化壓力的關鍵分子,所以它們可能是心力衰竭治療的重要靶點。4.2nox4源性ros在腫瘤治療的作用機制腫瘤的發(fā)生常伴有多種基因的異常表達,NOX家族蛋白的過表達是許多腫瘤細胞的特征之一,其中ROS在腫瘤形成的各個階段發(fā)揮了重要作用,比如說在不同腫瘤中具有特異性表達的ROS參與了腫瘤早期階段基因突變和DNA異常修飾而引起的DNA損傷;在腫瘤的發(fā)展階段,ROS通過對MAPK信號通路的調節(jié),促進了細胞的轉化、腫瘤細胞的增殖、腫瘤血管的生成、細胞凋亡的抑制等;在腫瘤轉移的過程中,氧自由基可能通過增加細胞的遷移速率增強了腫瘤細胞的侵襲能力等。與腫瘤相關的NOX亞型具有特異性,結腸癌中生長因子(growthfactor,GF)激活受體酪氨酸激酶(receptortyrosinekinase,TRK),通過Ras-有絲分裂原激活蛋白激酶(mitogenactivedkinase,MEK)-細胞外信號調節(jié)蛋白激酶(extracellar-regulatedkinase,ERK)-GATA結合蛋白(GATAbindingprotein,GATA-6)通路誘導了NOX1的過表達,而Nox1源性的ROS參與了細胞的有絲分裂,并觸發(fā)“血管生成開關”,誘導了VEGF的分泌,最終促進了腫瘤細胞的增殖和腫瘤血管的生成,進而反向地促進了腫瘤的發(fā)生。在有些腫瘤中NOX蛋白為細胞提供了抗凋亡信號,如胰腺癌中Nox4源性的ROS調節(jié)了絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶家族-細胞凋亡信號調節(jié)蛋白激酶1(serine/threoninekinasefamily-apoptosissignalregulatingkinase1,AKT-ASK1)存活信號通路而抑制了胰腺癌細胞的程序性死亡。在巴雷特食道癌腫中,Nox5源性的ROS可能增強了細胞的存活率。因此,NOX家族蛋白的表達與腫瘤的發(fā)生發(fā)展可能是一個相互作用的過程。4.3nox蛋白亞型及相關致病機制炎癥是具有血管系統(tǒng)的活體組織對損傷因子所發(fā)生的防御反應,一般包括兩個階段,第一階段為急性炎癥,主要通過自身免疫系統(tǒng)的啟動進行調節(jié),持續(xù)的時間較短,一般對機體是有利的;第二階段為慢性炎癥,是由于大量的致炎因子的反復刺激或是急性炎癥反復發(fā)作導致的組織受損而引起的,致炎因子包括持續(xù)的氧化壓力、細菌和真菌感染、變應原、輻射及化學藥品等,其中NOX蛋白源性的ROS產生的氧化壓力所誘導的慢性炎癥與癌癥、糖尿病和心血管、神經學及肺部疾病等在內的多數慢性疾病的發(fā)生發(fā)展密切相關。與炎癥相關的NOX蛋白亞型包括Nox1,Nox2,Duox1和Duox2。Nox1的mRNA在結腸上皮細胞中有豐富的表達,受LPS和鞭毛蛋白等炎癥介質刺激時,Nox1過表達,產生過量的ROS可以激活多種轉錄因子,活化的轉錄因子反過來促進了生長因子,炎癥細胞因子IL-1/IL-6和IL-11,炎癥趨化因子IL-8,抗炎因子等細胞因子類基因的轉錄,又加劇了炎癥反應。持續(xù)存在的炎癥反應是癌癥形成的隱形殺手,比如克羅恩病和潰瘍性結腸炎等炎性腸疾病是發(fā)生結腸癌的危險因素之一,慢性胰腺炎與胰腺癌的發(fā)生也是密切相關的。慢性肉芽腫疾病是由于Nox2或其調節(jié)亞基p22phox,p47phox和p67phox中任一一個突變或者缺失而導致的,病人表現(xiàn)出免疫功能缺陷、對感染高度敏感的癥狀,并且極易患炎性腸道疾病、系統(tǒng)性紅斑狼瘡等疾病。Duox1和Duox2在氣道上皮細胞內分別受到IL-4,IL-13,IL-1a,IL-1b及干擾素-r的誘導,參與了炎癥刺激引起的組織損傷的修復等。慢性血管炎是炎癥持續(xù)的條件下,血管壁中NOX源性的ROS誘導的氧化壓力產生的結果,會導致血管的重塑和血管疾病的發(fā)生,例如組織缺氧、炎性細胞因子的刺激或者機械性損傷存在時,肺動脈外膜成纖維細胞中NOX4源性的ROS生成增多,促進了肺動脈血管的重構和肺動脈高血壓的發(fā)生、發(fā)展。4.4ros用量與呼吸道毒性的關系過量的ROS誘導的氧化壓力影響了機體多數器官的生理作用,導致了機體器官功能受損或是功能障礙。腎肥大和細胞外基質的堆積是糖尿病腎病的早期特征,ROS調節(jié)了系膜細胞中Ang-Ⅱ介導的信號通路和蛋白的合成,參與了腎肥大和細胞外基質的重建,最終誘導了糖尿病腎病的發(fā)生,而Nox4是這一過程中ROS的主要來源。在肺成纖維細胞或是平滑肌細胞內中,轉化生長因子-β(transforminggrowth