Peroxiredoxin4研究概况【文献综述】

毕业论文文献综述生物工程Peroxiredoxin4研究概况摘要：Peroxiredoxin 4是新近发现的抗氧化酶家族成员中的一个亚类，具有独特的催化特性和可逆性过氧化循环，广泛存在于各种生物体内。

近年来Peroxiredoxin 4研究发展迅速，Peroxiredoxin 4的抗氧化性以及Peroxiredoxin 4在不同生物组织中的分布广泛性决定了它在动植物以及微生物体内有重要而特殊的生物学功能。

它们在科学的多个领域中均有重要应用价值，在不同的生物组织中作用机制各不相同。

Peroxiredoxin 4在细胞内主要起抗氧化和调节过氧化氢介导的信号转导作用；参与细胞的增殖与分化；增强NK细胞的活性；保护自由基敏感蛋白；参与血红素的代谢还参与细胞周期进程以及发挥分子伴侣作用。

在生物养殖、生物工程、生物制药、生理活动调控、疾病防治、研究寄生性原虫疫苗等方面展示出广阔的应用前景。

关键词：peroxiredoxin 4；生物学功能；作用机制和肿瘤；应用前景；1、 Peroxiredoxins（Prxs）家族概述Prxs首先是从酵母中的25kD蛋白质鉴定出来的，最初被命名为巯基特异性抗氧化酶，这种特殊的过氧化物酶引起了很多研究者的兴趣，大量的亚型和特性相继在哺乳动物细胞中发现，接着在各种生物体内都发现了他们的踪迹。

目前，已发现的Peroxiredoxin蛋白在SWISS—PROT数据库中总共有78个相关记录。

动物的Peroxiredoxin家族包括6个成员，Prx Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ和Ⅵ。

6个成员的同源性比较结果表明：Prx I～Ⅳ的同源性相对较高；PrxV与其它成员的同源性约为10％左右，没有显著的相似性；而PrxVI与另外4个成员的同源性相对较低，约为40％左右。

研究表明：高等真核生物的同源基因在低等真核生物中仍具有功能，这显示该家族基因在进化上的保守性[1][2]。

Prxs可以分为3个亚类：①2—Cys Prxs(PrxⅠ～Ⅳ)：其氨基末端和羧基末端分别有一个高度保守半胱氨酸残基Cys且需要这两个残基共同参与氧化还原反应，其中一个氧化态的和一个还原态的半胱氨酸形成分子间二硫键，构成同型二聚体；②不典型2—Cys Prx （PrxⅤ)：也包含两个氨基残基，位于同一肽中，氧化态和还原态的半胱氨酸构成单体；③1一Cys Prx(Ⅵ)：只在氨基末端含一个保守半胱氨酸残基且只需要这一个半胱氨酸发挥氧化还原作用[3] [4]。

2、分布PrxⅠ和PrxⅡ位于细胞质中；PrxⅢ表达线粒体定位序列而特异的位于线粒体；PrxⅣ分布于内质网，因其氨基末端有分泌蛋白信号序列，合成后常分泌到细胞外；Pr xⅤ和和Pr xⅥ位于细胞质中[5-7]。

3、 Peroxiredoxins生物学功能通过硫氧还蛋白还原过氧化物或超氧化物，在消除代谢产生的过氧化物中具有重要作用。

然而对该家族基因的生物学功能研究显示其还具有其他的活性：参与细胞的增殖与分化；增强NK细胞的活性；保护自由基敏感蛋白；参与血红素的代谢；通过调节细胞内过氧化氢的浓度参与细胞因子信号的级联放大等，还参与细胞周期进程以及发挥分子伴侣作用。

3.1抗氧化与自由基清除功能该家族蛋白均具有将过氧化氢还原为水的能力。

其中2-Cys Prx以硫氧还蛋白为电子受体，而1-Cys Prx的电子受体还不明确。

在氧应急条件下，该家族基因的表达被上调，以清除细胞内多余的活性氧分子。

3.2细胞增殖与分化家族的某些成员具有刺激细胞增殖的功能。

Pr xⅠ蛋白也被称为增殖相关蛋白，(proli~rmion．associated protein，PAG)，与细胞增殖和分化密切相关。

在原代培养的人乳腺上皮细胞系中，血清刺激能诱导PAG的表达升高，且Ras转化后的细胞对血清刺激的反应更明显。

而在HL-60细胞诱导分化时，细胞增殖停止，该基因的表达降低。

此外，PrxⅠ蛋白也被称为造骨细胞特异因子(osteoblast specific factor，OSF-3)，是从造骨细胞系MC3T3-E1中克隆，能促进骨细胞的增殖。

研究证实，其反义RNA能抑制MEL细胞的分化，这提示该基因产物与细胞增殖和分化相关。

3.3 参与细胞信号传导有证据表明，过氧化氢是细胞内的一种信号分子，其浓度在真核细胞中受到严格控制。

过高的过氧化氢会损害细胞功能，甚至导致细胞死亡。

作为细胞内信号分子，它可以与信号通路中蛋白质的巯基反应，使之活化或失活。

其中，Peroxiredoxin家族蛋白可能具有重要作用。

另外，在一些细胞因子的信号转导中，过氧化氢具有重要的作用。

3.4 2—Cys peroxiredoxins的分子伴侣功能不仅作为过氧化物酶清除过氧化氢起抗氧化作用，且在氧化应激下发生过氧化引起结构改变起分子伴侣作用。

Jang[8]等研究发现酵母c PrxⅠ和Ⅱ暴露在氧化应激下，其从低分子量转变为高分子量复合物，使其经历了从过氧化物酶到分子伴侣的功能转变，后来在人类中也发现了这种作用，将h PrxI磷酸化的靶氨基酸残基Thr90替换为Asp模拟磷酸化状态，其分子伴侣功能增强，并伴随着高分子量复合物产生[9]。

而且不同Prx的分子伴侣功能不同，PrxI在83点位上有一个半胱氨酸，二聚体能通过二硫键形成多聚体功能增强，PrxⅡ的功能就较弱但有更强的抗氧化能力[10]。

4、Peroxiredoxin蛋白的抗氧化作用机制Peroxiredoxin不含有结合金属的离子，无需与金属离子结合就具有抗氧化作用。

Peroxiredoxin含高度保守的具还原活性的半胱氨酸，与酶的抗氧化活性有关，该位点的突变研究证实了其为活性部位。

两类Peroxiredoxin在作用机制上有所不同。

2-Cys Prx以同源二聚体形式存在。

在发挥抗氧化作用时，其一条肽链上的Cys巯基与另一肽链上的Cys” 巯基之间脱氢形成分子间二硫键即Cys SSCys”，以供氢而还原氧化，其中间产物为Cys—SOH。

然后再依靠硫氧还蛋白为供氢体将还原型辅酶Ⅱ的H转移至Peroxiredoxin，使其恢复原来的结构和功能。

故其还原能力最终来自还原型辅酶Ⅱ。

体外研究显示：当缺乏生理性供氢体时，一些小分子物质如二硫苏糖醇(D33")、巯基乙醇等可以作为其供氢体，但是谷胱甘肽不能作为供氢体。

在发挥功能时，有部分蛋白被过氧化为Cys—SO H而失活。

PrxV在发挥氧化还原功能时，其作用机制与前者有所区别：它依靠分子内二硫键(Cys S SCys )的形成来供氢，而由硫氧还蛋白将其还原。

1一Cys Peroxiredoxin因仅含一个Cys残基，故主要是通过肽链Cys氧化为Cys—SOH而提供氢离子来还原氧化物，其供氢体不明确。

其作用机制尚需进一步研究[11]。

5. 在肿瘤中的作用Prxs蛋白对肿瘤细胞的支持保护作用提示其成为肿瘤治疗靶点的可能，YO[12]等发现将胃癌细胞转染Prx2基因的反义核酸可促进抗肿瘤药物顺铂诱导的细胞凋亡。

Chen[13]等用Prx1基因的反义核酸转染人肺癌细胞可增强其对放疗的敏感性，进一步研究发现Prx1低表达后引起的肿瘤抑制和放疗增敏作用与肿瘤抑制基因P53的活化有关。

Zhang[14]等用Prx1siRNA干扰人肠癌细胞SW480后发现，低表达Prx1的肿瘤细胞凋亡增加，移植到裸鼠细胞的人肠癌瘤体在放射前注射Prx1 siRNA可增加瘤体对放疗的敏感性。

另外，乌贼墨汁储存于墨囊中，王春琳[16]等对曼氏无针乌贼[16-19]墨囊进行了组织学及墨汁形成的超微结构，研究表明墨囊壁由外膜、肌肉层和黏膜三部分组成，墨腺体呈索状，集中于墨囊底部，墨汁颗粒以游离态形式分布于索状腺体的间隙及墨囊腔中。

在具有分泌黑色素功能的B型细胞中可见黑色素颗粒储存在囊泡中，囊泡在移出细胞的过程中逐渐变大，泡内黑色素逐渐增多。

囊泡可能通过胞吐的形式排出细胞外，黑色素排出后以颗粒的形式游离于细胞间隙中，形成墨汁。

有关乌贼的墨汁，具有凝血功能，作为一种中药被用于治疗多种妇科疾病，如功能性子宫出血、子宫痉挛和早起虚弱等病症。

乌贼墨对非特异性免疫及特异性免疫功能均有影响。

一方面能提高巨噬细胞活性,发挥非特异性免疫作用,抑制肿瘤生长;另一方面,能作为免疫佐剂,促进抗体产生,提高特异性免疫功能,特别是体液免疫；在抗癌药物所致白细胞数低下时乌贼墨具有明显升白作用。

6. 展望Peroxiredoxin 4是新近发现的抗氧化酶家族成员中的一个亚类，在生物体内对活性氧族的清除中发挥重要作用。

随着研究的深入，该蛋白家族的生理、生化功能已清楚地呈现在人们面前，且其个别成员新的生理作用也不断被发现。

是否还存在该家族的新成员呢?目前，人类基因组计划的完成为回答此问题提供了便利。

此外如果能深入的了解Peroxiredoxin4在生物体内所扮演的角色，调整和发挥其对人们生产和生活有利的一面，将有利于发掘和利用生物这一资源宝库以造福人类。

Peroxiredoxins在多种肿瘤细胞中均具有较高表达，可能是肿瘤的一种潜在的标志物[20]；Prxs可以帮助寄生性原虫在有氧环境下生存而致病，为药物设计提供了新的思路，此外，其还参与宿主与寄生性原虫之间的相互作用，在某些寄生性原虫[21-25]的诊断起作用，有很好的应用前景；Prxs免疫动物后能否产生保护作用，又为我们提供新的研究课题。

参考文献[1]章波, 向渝梅, 白云. 抗氧化蛋白peroxiredoxin家族研究进展[J]. 生理科学进展, 2004, 35(4):352-355.[2]Rhee SG, Kang SW, Chang TS, et al. Peroxiredoxin, a novel family of peroxidase [J]. IUBMB Life, 2001, 52(2):35-41.[3]史河秀, 王世鄂. 2-Cys peroxiredoxins的研究进展[J]. 解剖学研究, 2007 , 29(5):380-383.[4]Mizusawa H, Ishii , T,Bannai S.Peroxiredoxin I (macrophage 23 kDa stress protein)is highly and widely expreased in the rat nervous system[J]. Neurosci Lett, 2000, 283(4):57-60.[5]Immenschuh S, Baumgart-Vogt E, Tan M, et al. Differential celluar and subcellular localization of hemeblinding protein 23/peroxiredoxin I and heme oxygenasel in rat liver[J]. J Histochem Cytochem, 2003, 51(8):1621-1631.[6]张成林, 李建远. 抗氧化蛋白peroxiredoxin6研究进展[J]. 医学研究杂志, 2010,39(6):121-124.[7]王蔚,刘芸等. 过氧化物氧化还原蛋白家族的功能与调节机制[J]. 生命的化学, 2010,2(4)184-188.[8]Jang HH, Lee KO, Chi YH, et al. Two enzymes in one, two yeast peroxiredoxins display oxidative stressdependent swithing from a peroxidase to a molecular chaperone function [J]. Cell, 2004, 117(5):625-635.[9]Jang HH, Kim SY, Park SK, et al. Phosphorylation and concomitant structural changes in human 2-Cysperoxiredoxin isotype I differentially regulate its peroxidase and molecular chanperone functions[J]. FEBS Lett, 2006, 580(2):351-355.[10]Lee W, Chui KS, Riddell J, et al. Humem peroxiredoxin1 and 2 are not duplicative proteins:The unique presence of CYS83 in PRX1 undersc ores the structural and tumctional differences between PRX1 and PRX2[J]. Biol Chem, 2007, 282(4):22011-22022.。