吳應(yīng)濤，譚華清，唐湘宇

? 綜述 ?

硫氧還蛋白與心血管疾病的研究進(jìn)展

吳應(yīng)濤1，譚華清2，唐湘宇2

1 硫氧還蛋白概述

硫氧還蛋白（Trx）廣泛存在于原核及真核生物中，其相對分子量約12kDa。Trx的催化位點包含一段保守的氨基酸序列Cys-Gly-Pro-Cys，氧化條件下，Cys32和Cys35之間形成二硫鍵，該二硫鍵能被硫氧還蛋白還原酶（TrxR）通過還原性輔酶Ⅱ（NADPH）供氫來還原。Trx、TrxR以及NADPH共同組成了Trx系統(tǒng)。人Trx分為胞漿型（Trx1）和線粒體型（Trx2）兩種亞型，與之相對應(yīng)的TrxR也分別存在于胞漿（TrxR1）和線粒體（TrxR2）中。多種應(yīng)激均能上調(diào)Trx的表達(dá)。到目前為止，Trx基因啟動子中已經(jīng)確定的調(diào)控序列包括SP1位點、cAMP反應(yīng)元件（CRE）、異物反應(yīng)元件（XRE）、氧化反應(yīng)元件（ORE）及抗氧化反應(yīng)元件（ARE）[1]等。盡管有關(guān)硫氧還蛋白的研究已有多年歷史，但是其生物學(xué)作用機制及心血管疾病方面的臨床研究及應(yīng)用仍有待進(jìn)一步明確。

2 硫氧還蛋白的心血管保護(hù)作用機制

Trx系統(tǒng)對心肌細(xì)胞有重要影響。心臟缺血-再灌注損傷會產(chǎn)生大量的氧自由基（ROS）擾亂細(xì)胞內(nèi)環(huán)境并促使細(xì)胞凋亡，此時上調(diào)表達(dá)的Trx及相關(guān)亞型通過氧化還原反應(yīng)清除ROS可減少心肌損傷，對維持心血管健康有重要作用[2]。Trx作為一種內(nèi)源性抗氧化因子能夠調(diào)節(jié)細(xì)胞氧化還原狀態(tài)從而影響血管內(nèi)皮細(xì)胞功能[3]。細(xì)胞質(zhì)中Trx1與血管生成信號通路有關(guān)，通過抑制細(xì)胞凋亡信號激酶1（ASK1）和核輸出組蛋白脫乙酰酶4（HDAC4），可抑制心室壁變薄[4]。Trx1具有改善缺血-再灌注心肌損傷的作用，通過清除自由基介導(dǎo)的心肌和線粒體功能損傷[5]，其與它的調(diào)節(jié)蛋白TXNIP，AKAP12相互作用，影響Akt/GSK-3B/B-catenin/HIF-1a的活性，而Akt/GSK-3B/B-catenin/HIF-1a介導(dǎo)VEGF和eNOS在新生血管中的表達(dá)以及心室重構(gòu)[6]。D Aununizo[7]研究中齡轉(zhuǎn)基因鼠發(fā)現(xiàn)盡管其Trx1表達(dá)水平正常，但是因為缺少相關(guān)的保護(hù)，也會使Trx1活性下降，并增加其硝基化，抑制Akt、GSK-3B磷酸化。TRX2通過缺氧誘導(dǎo)因子介導(dǎo)缺血相關(guān)血管生成，線粒體中TRX2通過抑制ROS生成和ASK1依賴性的細(xì)胞凋亡而發(fā)揮心臟保護(hù)功能[8]。心室肌鉀離子通道的表達(dá)受氧化應(yīng)激反應(yīng)地調(diào)控，陳舊性心肌梗死后導(dǎo)致的Trx慢性損傷使得Ito（瞬間外向鉀電流通道）重構(gòu)從而激活A(yù)SK1、JNK、p38等信號分子，誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡[9]。心臟Trx系統(tǒng)可與Trx受體相結(jié)合，促進(jìn)竇性心律地恢復(fù)從而阻止心律失常在終末期心衰中的作用。

3 硫氧還蛋白與高血壓病

NADPH氧化酶被視為心血管疾病發(fā)病過程中活性氧的主要來源。研究表明，血管緊張素Ⅱ（AngⅡ）可激活NADPH氧化酶，導(dǎo)致線粒體功能障礙，產(chǎn)生大量的ROS，而ROS通過減少一氧化氮（NO）生物利用度并活化凋亡信號引起內(nèi)皮細(xì)胞功能障礙，從而促進(jìn)心血管疾病的發(fā)生、發(fā)展。Trx2在AngⅡ誘導(dǎo)的高血壓及心肌肥大反應(yīng)中，通過調(diào)節(jié)ROS發(fā)揮作用。利用高表達(dá)Trx2的轉(zhuǎn)基因大鼠，發(fā)現(xiàn)在AngⅡ誘導(dǎo)的高血壓中，Trx2表達(dá)上調(diào)，且NADPH氧化酶表達(dá)和線粒體源性ROS產(chǎn)生減少，從而有效地保留了NO的生物學(xué)功能，并維持內(nèi)皮細(xì)胞功能，從而為Trx2在恢復(fù)血管內(nèi)皮功能、減少高血壓病理生理學(xué)的改變奠定了基礎(chǔ)。

4 硫氧還蛋白與動脈粥樣硬化

Trx在血管病變的組織中有較高的表達(dá)。用原位雜交和免疫組化的方法發(fā)現(xiàn)人動脈粥樣硬化斑塊中Trx的mRNA和蛋白水平均顯著增高[10]。疾病狀態(tài)下Trx的高表達(dá)可能是機體對氧化應(yīng)激所作出的代償性防御反應(yīng)。Trx的上調(diào)清除了部分ROS，降低了器官或組織受氧化應(yīng)激的損傷程度，延緩了疾病的進(jìn)展。氧化應(yīng)激和細(xì)胞凋亡是內(nèi)皮細(xì)胞損傷的重要原因，Trx通過抗氧化、抗凋亡和抗炎等多種機制的發(fā)揮，有效地保護(hù)了內(nèi)皮細(xì)胞，在一定程度上抑制了動脈粥樣硬化的發(fā)生。此外，上調(diào)表達(dá)的Trx還能促進(jìn)血管內(nèi)皮生長因子（VEGF）的生成，而VEGF在修復(fù)受損血管、促進(jìn)血管再生方面發(fā)揮重要的作用?；颊哐艹尚托g(shù)后4 h血漿中Trx1的濃度顯著升高，提示動脈粥樣硬化及血管新生內(nèi)皮增生受到Trx1介導(dǎo)的氧化還原反應(yīng)地調(diào)節(jié)。

5 硫氧還蛋白與心肌疾病

肥厚型心肌病及爆發(fā)性心肌炎急性期患者血清中Trx水平顯著高于正常人[11,12]。心肌炎的發(fā)生發(fā)展與活性氧密切相關(guān)，因為活性氧清除劑能明顯改善心肌炎的癥狀[13]。此外，NF-κB在損傷的心肌細(xì)胞中往往處于高活性狀態(tài)，提示Trx可能通過激活NF-κB實現(xiàn)對心肌炎的保護(hù)作用。替莫普利是一種血管緊張素轉(zhuǎn)化酶抑制劑，用它處理大鼠能增加心肌中Trx的表達(dá)。替莫普利可能通過抑制RAS系統(tǒng)減輕大鼠自身免疫性心肌炎的損傷程度，與Trx的抗氧化有關(guān)[14]。研究表明，過氧亞硝酸陰離子供體-1（SIN-1）可通過產(chǎn)生過氧亞硝酸陰離子使Trx失活，減少對心肌細(xì)胞的保護(hù)作用，提示SIN-1可能通過使Trx硝基化失活而發(fā)揮促凋亡作用[15]。

6 硫氧還蛋白與缺血再灌注

已有學(xué)者證明，在轉(zhuǎn)基因小鼠模型中，高表達(dá)的Trxl可以減少心臟的缺血再灌注（IR）損傷，促進(jìn)缺血后心室功能的恢復(fù)，并減少心肌梗死面積，還可以參與缺血預(yù)處理（IPC）。IPC時可上調(diào)Trxl的表達(dá)，且通過干擾細(xì)胞RNA的表達(dá)誘導(dǎo)出的Trxl抑制的大鼠模型減弱了IPC對心臟的保護(hù)功能[16]，提示內(nèi)源性Trxl的活動與IPC機制密切相關(guān)。Trx可以保護(hù)線粒體功能。IR損傷時，氧化應(yīng)激誘導(dǎo)線粒體產(chǎn)生大量的ROS，三羧酸循環(huán)有關(guān)的線粒體蛋白由于受到高濃度ROS的損傷，造成線粒體功能的損傷，進(jìn)而影響細(xì)胞代謝。Trx在心肌細(xì)胞中可上調(diào)線粒體蛋白，IR損傷時高表達(dá)的Trxl上調(diào)了與氧化磷酸化和三羧酸循環(huán)相關(guān)蛋白的基因表達(dá)，并刺激心肌細(xì)胞中NRFl和NRF2的轉(zhuǎn)錄活性，發(fā)揮保護(hù)線粒體功能的作用。Trx可通過其抗氧化作用清除過量的ROS，恢復(fù)NO功能，保護(hù)內(nèi)皮細(xì)胞。

7 硫氧還蛋白與心力衰竭

血清Trx水平與心力衰竭的嚴(yán)重程度之間存在著一定的相關(guān)性。測定血漿或血清中Trx的含量可以作為判斷心力衰竭患者氧化應(yīng)激損傷程度的一個重要指標(biāo)。心力衰竭過程中，神經(jīng)、體液調(diào)節(jié)失衡是其關(guān)鍵途徑，心室重構(gòu)是其分子基礎(chǔ)。IR損傷和心室肥厚可加速心力衰竭的形成，Trx可有效對抗這些病理過程。慢性心力衰竭過程中，ROS不僅能夠誘導(dǎo)心肌細(xì)胞凋亡，同時能夠刺激心肌細(xì)胞纖維化；通過抑制一些離子通道（如肌纖維膜上的L型鈣離子通道）活性，導(dǎo)致心臟泵功能衰竭。給予外源性的硫化氫（H2S）或通過刺激H2S產(chǎn)生酶—胱硫醚-r-裂解酶的心臟特異性過表達(dá)、調(diào)節(jié)H2S的內(nèi)源性增加，可以提高心臟對急性心肌缺血再灌注損傷和心力衰竭的保護(hù)作用[17,18]。相反，胱硫醚-r-裂解酶的不足將導(dǎo)致心肌損傷的進(jìn)一步惡化[19,20]。

8 硫氧還蛋白與血管再生

Trx2可通過缺氧誘導(dǎo)因子介導(dǎo)缺血相關(guān)的血管生成。在一氧化氮合酶缺乏的大鼠上Trx2通過抑制ASK1介導(dǎo)的內(nèi)皮細(xì)胞凋亡及促使血流功能恢復(fù)而發(fā)揮作用。從Trx2-TG大鼠分離出的內(nèi)皮細(xì)胞，內(nèi)皮細(xì)胞NO的利用度顯著增加和NO依賴性內(nèi)皮細(xì)胞遷移能力顯著增強，而且，對氧化應(yīng)激誘導(dǎo)的ASK1活化信號及凋亡具有更強的抵抗力[21]。Trx2能減少氧化應(yīng)激，減弱缺血誘導(dǎo)的ASK1-JNK/p38信號的活化，抑制細(xì)胞凋亡，增加內(nèi)皮細(xì)胞地遷移。Trx2還可以通過減低低氧誘導(dǎo)因子-1α的蓄積和 NO的作用水平調(diào)整組織缺氧狀態(tài)，促進(jìn)缺血組織的細(xì)胞增殖，促進(jìn)血管新生[22]。因此，Trx2可能成為治療缺血性疾病的一個新靶點。

綜上所述，Trx可在多方面發(fā)揮心血管保護(hù)作用，體外r-Trxl能被攝取到心肌細(xì)胞內(nèi)，阻止IR損傷，并不產(chǎn)生顯著的毒副作用[23]。但也有相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)Trx的核轉(zhuǎn)位可能促進(jìn)某些炎癥基因的表達(dá)。甚至，Trx還能分泌到細(xì)胞外，吸引白細(xì)胞到炎癥局部，誘導(dǎo)炎性細(xì)胞因子的表達(dá)和分泌，促進(jìn)血管平滑肌細(xì)胞的增殖。因此，針對Trx系統(tǒng)地藥物靶向治療仍需要更多的研究提供更有力的證據(jù)，而對于Trx介導(dǎo)心血管疾病病理、生理以及分子生物學(xué)機制的研究有望為其臨床應(yīng)用提供堅實的基礎(chǔ)。

[1] Taniguchi Y,Taniguchi-Ueda Y,Mori K,et al. A novel promoter sequence is involved in the oxidative stress-induced expression of the adult T-cell leukemiaderived factor (ADF) /human thioredoxin (Trx) gene[J]. Nucleic Acids Res, 1996, 24(14):2746-52.

[2] Ahsan MK,Lekli I,Ray D,et al. Redox regulation of cell survival by the Thioredoxin Superfamily: an Implication of redox gene therapy in the heart[J]. Antioxid Redox Signal,2009,11(11):2741-58.

[3] Yoshioka J,Chutkow WA,Lee S,et al. Deletion of thioredoxininteracting protein in mice impairs mitochondrial function but protects the myocardium from ischemia-reperfusion injury[J]. J Clin Inves, 2012,122(1):267-79.

[4] Nicholson CK,Lambert JP,Molkentin JD,et al. Thioredoxin 1 is Essential for Sodium Sulfide-Mediated Cardioprotection in the Setting of Heart Failure[J]. Arterioscler Thromb Vasc Biol,2013,33(4):744-51.

[5] Perez V,D'Annunzio V,Valdez LB,et al. Thioredoxin-1 Attenuates Ventricular and Mitochondrial Postischemic Dysfunction in the Stunned Myocardium of Transgenic Mice[J]. Antioxid Redox Signal, 2016,25(2):78-88.

[6] Adluri RS,Thirunavukkarasu M,Zhan L,et al. Thioredoxin 1 enhances neovascularization and reduces ventricular remodeling during chronic myocardial infarction: a study using thioredoxin1 transgenic mice[J]. J Mol Cell Cardiol,2011,50(1):239-47.

[7] D Annunzio V,Perez V,Mazo T,et al. Loss of myocardial protection against myocardial infarction in middle-aged transgenic mice overexpressing cardiac thioredoxin-1[J]. Oncotarget, 2016,7(11):11889-98.

[8] Huang Q,Zhou HJ,Zhang H,et al. Thioredoxin-2 Inhibits Mitochondrial ROS Generation and ASK1 Activity to Maintain Cardiac Function[J]. Circulation,2015,131(12):1082-97.

[9] Tang K,Li X,Zheng MQ,et al. Role of apoptosis signal-regulating kinase-1-c-Jun NH2-terminal kinase-p38 signaling in voltagegated K+channel remodeling of the failing heart: regulation by thioredoxin[J]. Antioxid Redox Signal,2011,14(1):25-35.

[10] Takagi Y,Gon Y,Todaka T,et al. Expression of thiore-doxin is enhanced in atherosclerotic plaques and during neointima formation in rat arteries[J]. Lab Invest,1998,78(8):957-66.

[11] Kishimoto C,Shioji K,Nakamura H,et al. Serum thioredoxin (Trx) levels in patients with heart failure[J]. Jpn Circ J,2001,65(6):491-4.

[12] Shioji K,Matsuura Y,Iwase T,et al. Successful immunoglobulin treatment for fulminant myocarditis and serial analysis of serum thioredoxin[J]. Circ J,2002,66(10):977-80.

[13] Hiraoka Y,Kishimoto C,Kurokawa M,et al. Effects of polyethylene glycol conjugated superoxide dis-mutase on coxsackievirus B3 myocarditis in mice[J]. Cardiovasc Res,1992,26(10):956-61.

[14] Yuan Z,Kishimoto C,Shioji K,et al. Temocapril treatment ameliorates autoimmune myocarditis associated with enhanced cardiomyocyte thiore-doxin expression[J]. Cardiovasc Res,2002,55(2):320-8.

[15] Tao L,Zang YM,Liu HR,et al. Thioredoxin nitration causes irreversible loss of its cardioprotective property[J]. 心臟雜志,2005,17(4):307-12.

[16] Kishimoto C,Shioji K,Nakamura H,et al. Serum thioredoxin (Trx) levels in patients with heart failure[J]. Jpn Circ J,2001,65(6):491-4.

[17] Calvert JW,Elston M,Nicholson CK,et al. Genetic and pharmacologic hydrogen sulfide therapy attenuates ischemia-induced heart failure in mice[J]. Circulation,2010,122(1):11-9.

[18] Calvert JW,Jha S,Gundewar S,et al. Hydrogen sulfide mediates cardioprotection through Nrf2 signaling[J]. Circ Res,2009, 105(4):365-74.

[19] Salloum FN,Chau VQ,Hoke NN,et al. Phosphodiesterase-5 inhibitor, mdalafil, protects against myocardial ischemia/reperfusion thmu protein-kinase g-dependent generation of hydrogen sulfide[J]. Circulation,2009,120(11 Suppl):S31-6.

[20] Calvert JW,Coetzee WA,Lefer DJ. Novel insights into hydrogen sulfide-mediated eytoprotection[J]. Antioxid Redox Signal,2010, 12(10):1203-17.

[21] Dai S,He Y,Zhang H,et al. Endothelial-specific expression of mitochondrial thioredoxin promotes ischemia-mediated arteriogenesis and angiogenesis[J]. Arterioscler Thromb Vasc Biol, 2009,29(4):495-502.

[22] Zhou J,Damdimopoulos AE,Spyrou G. Thioredoxin 1 and thioredoxin 2 have opposed regulatory functions on hypoxia-inducible factor-1α[J]. J Biol Chem, 2007,282(10):7482-90．

[23] Samuel SM,Thimnavukkarasu M,Penumathsa SV,et al. Thioredoxin-1 gene therapy enhances angiogenic signaling and reduces ventrieular remodeling in infarcted myocardium of diabetic rats[J]. Circulation, 2010,121(10):1244-55.

本文編輯：李丹花，田國祥

? 循證視窗 ?

R541

A

1674-4055(2017)05-0634-02

1417000 婁底,南華大學(xué)附屬婁底醫(yī)院;2417000 婁底,婁底市中心醫(yī)院

譚華清,E-mail:1063543926@qq.com

10.3969/j.issn.1674-4055.2017.05.36