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氧化应激是许多疾病的重要原因,其实氧化反应更是所有生物获得能量的最基本条件,需氧生物为了生存,终生必须将自己浸泡在氧化环境中,部分元件,部分分子受到自由基的伤害是生存的必然。为了适应有氧环境,为了对抗自由基或活性氧的毒性,细胞在长期进化中形成了复杂的抗氧化系统。这些抗氧化系统主要包括两类,一类是抗氧化物质,例如维生素C、维生素E、谷胱甘肽。另一类是可以加快抗氧化反应的酶系统,如SOD、CAT、Prx等。这些酶的特点是需要一些抗氧化物质作为还原剂,促进这些还原剂和活性氧发生反应。本身不具备直接抗氧化作用,或本身没有还原性。但最近发现的一类抗氧化酶。是本身具有还原性的抗氧化酶。也就是不需要还原性底物,通过提供自身的还原性和催化性实现抗氧化作用。因此这种酶从一发现就被大家看好,认为是细胞内最重要的抗氧化系统之一。这类酶就是抗氧化酶 Peroxiredoxin。
正常情况下,这些抗氧化酶分布在细胞内,承担中和过氧化氢的重要作用,甚至有许多研究认为这些酶是过氧化氢的信号作用的重要调节分子。当氧化应激时,细胞内过氧化氢浓度大量增加,而抗氧化酶可以使过氧化氢迅速降低,这就形成一个过氧化氢浓度的峰,产生信号效应消除过程。同时抗氧化酶在中和过氧化氢后,由于自身被氧化,则不再具备抗氧化作用,需要硫氧还蛋白在NADPH提供还原性的的条件性重新被还原,然后才能继续发挥作用。因此,如果氧化应激过度,过氧化氢浓度会因为暂时失去抗氧化酶的控制而显著增加,这个时候就容易发生氧化损伤。总之,抗氧化酶是对抗细胞氧化应激的非常重要的酶。
Peroxiredoxins是一类分布十分广泛的抗氧化酶家族,在高等动物细胞内,这些酶是胞因子诱导的氧化应激信号传导重要调节因素。Peroxiredoxins的活性可以受到磷酸化、氧化还原和聚集状态的影响。目前共发现6类不同的类型,除第6类为单半胱氨酸类,其他都为双半胱氨酸类或假双半胱氨酸类。这些抗氧化酶和其他抗氧化酶最显著的区别是采用独特的催化机制,就是通过自身的还原性半胱氨酸残基提供巯基,通过形成二硫键,将过氧化物(活性氧)还原。这是典型的牺牲自己挽救生命的高尚行为。当然被氧化失去活性的抗氧化酶也可以被其他抗氧化系统还原激活。单半胱氨酸类(第6类)可以被维生素C或谷胱甘肽还原;双半胱氨酸类可以被谷胱甘肽还原。如果这些酶因为过氧化作用导致巯基被氧化成sulfinic acid基团,则由硫氧还蛋白负责还原激活。
最近日本学者发现一个令人咋舌的新发现,这些本来是抗氧化的重要功能蛋白,一旦释放到细胞外,则可以发挥类似抗原的作用,启动炎症反应,加重组织损伤。而这个过程更容易发生在抗氧化酶相对丰富的大脑组织内。其具体作用是当脑组织受到各类伤害时,组织细胞发生坏死,细胞内抗氧化酶释放到细胞外,这些蛋白可以通过TLR2/4受体启动免疫反应,促进巨噬细胞激活,后者通过NFkb等信号通路启动炎症因子的合成和释放,促进组织发生炎症反应。这种作用的特点是持续时间比较长,在脑组织伤害6小时后仍发挥重要作用,给脑损伤的治疗提供了新的靶点。对各类炎症为中心的神经退行性疾病也有很好的参考价值。真可谓是,魔鬼只是在不同的位置发挥作用的天使。真理和谬误只相差一个细胞膜。这个研究提示,prxs也是一类“损伤相关分子模式分子”damage-associated molecular pattern molecules (DAMPs)。
后记:这个文章中有一个细节,这种具备炎症刺激作用的抗氧化酶都是处于氧化状态的,那么如果设法提供细胞外的抗氧化作用,可否能通过将这些蛋白还原来发挥治疗作用?
其他抗氧化物质是否也是同类的作用,一些传统的生物标志,例如LDH、转氨酶,心肌酶,是否都是隐藏在我们眼皮底下的杀手?而那些被发现的天使们,例如组蛋白和这个抗氧化酶,是否具有组织选择性,或者没有选择性。那么这种研究的空间将是很大的。
这一文章发表在世界著名杂志《自然医学》上,文章的题目为: Peroxiredoxin family proteins are key initiators of post-ischemic inflammation in the brain
Takashi Shichita
Peroxiredoxin family proteins are key initiators of post-ischemic inflammation i.pdf
论文摘要为:Post-ischemic inflammation is an essential step in the progression of brain ischemia-reperfusion injury. However, the mechanism that activates infiltrating macrophages in the ischemic brain remains to be clarified. Here we demonstrate that peroxiredoxin (Prx) family proteins released extracellularly from necrotic brain cells induce expression of inflammatory cytokines including interleukin-23 in macrophages through activation of Toll-like receptor 2 (TLR2) and TLR4, thereby promoting neural cell death, even though intracellular Prxs have been shown to be neuroprotective. The extracellular release of Prxs in the ischemic core occurred 12 h after stroke onset, and neutralization of extracellular Prxs with antibodies suppressed inflammatory cytokine expression and infarct volume growth. In contrast, high mobility group box 1 (HMGB1), a well-known damage-associated molecular pattern molecule, was released before Prx and had a limited role in post-ischemic macrophage activation. We thus propose that extracellular Prxs are previously unknown danger signals in the ischemic brain and that its blocking agents are potent neuroprotective tools.
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GMT+8, 2024-12-22 10:19
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