周潔 鳳琦 楊晨 朱源森 頡亞生

摘 要 活性氧類（ROS）是機體中一類重要的自由基，離子微小，性質活躍。ROS是正常氧代謝的副產物，并且對細胞信號傳導，和機體穩(wěn)態(tài)維持起很大作用。同時，活性氧的過度積累也會嚴重損壞細胞結構，導致細胞凋亡等不良反應。本文就活性氧的生物學功能展開討論，具體說明活性氧類物質在細胞信號轉導、細胞代謝、細胞增殖及死亡中的重要作用。

關鍵詞 活性氧類；信號轉導；細胞增殖；凋亡

前言

活性氧類物質是機體進行氧化還原反應的產物，種類較多，主要有：O2-，HO2-，H2O2，·OH，以及LO·，LOO·，LOOH等，通過氧代謝產生（圖1）?；钚匝酰≧OS）在人體生理和病理生理過程中起著至關重要的作用。ROS一度被認為幾乎完全來自線粒體代謝，事實上，雖然線粒體功能正常，最終的氧電子受體被還原為水，但在病理條件下，電子可能過早地漏出系統(tǒng)并生成ROS?，F(xiàn)證明，細胞內的ROS的產生與NADPH氧化酶有很大關系。ROS在細胞凋亡中起了重要作用，作為胞內信號轉導分子參與細胞凋亡過程[1-2]。除凋亡之外，活性氧類還有許多其他功能。以常見的過氧化氫為例，高濃度的過氧化氫可以誘導細胞凋亡，而低濃度的過氧化氫卻可以促進細胞增殖。其在信號轉導方面也有不可忽視的作用。

O2在被還原為H2O的過程中，每次只接受一個電子，中間過程產生超氧陰離子（O2-）、過氧化氫（H2O2）、羥基自由基（·OH）等活性中間產物。

1 活性氧積累引起的細胞凋亡

1.1 活性氧引起細胞凋亡的機制

細胞凋亡是一種程序性細胞死亡，它在正常發(fā)育的調節(jié)、受損細胞的清除和多細胞生物體內平衡的維持中扮演重要角色[3]。過氧化氫誘導細胞凋亡具有時間和劑量的依賴性[4]。過氧化氫同時通過死亡受體途徑和線粒體途徑誘導細胞凋亡[5]。內源性和外源性細胞凋亡途徑都匯聚在一個級聯(lián)的胱天蛋白酶，然后引起細胞凋亡現(xiàn)象[6-7]。

（1）死亡受體途徑

Fas為同源三聚體，死亡受體接收死亡信號（過氧化氫刺激等），啟動死亡結構域（DD）之后，可誘導Fas三聚體化，F(xiàn)as的死亡結構域與相關蛋白的FADD結合，兩者相互作用，使其死亡作用結構域（DED）與caspase-8/caspase-10作用，F(xiàn)as寡聚化導致DISC的形成及caspase-8/caspase-10寡聚化。caspase-8/caspase-10自身剪接后被激活，從而使下游的caspase-3/caspase-7被激活，caspase-3又可激活caspase-6，產生級聯(lián)反應，引起細胞凋亡[8-10]。

（2）線粒體途徑

線粒體途徑是通過線粒體釋放凋亡信號的內在途徑啟動的。相比之下，線粒體途徑需要釋放線粒體細胞色素C和一個大型的多蛋白復合體，包括細胞色素C和caspase-9前體。這與線粒體膜的通透性轉運孔的開關有關。Bax和Bak是直接的Bcl-2家族的促凋亡的線粒體外膜通透性因子，存在于非凋亡細胞的細胞質中和凋亡細胞的線粒體中它們可以嵌入線粒體外膜，寡聚化，形成孔洞[5]。氧化作用及自由基對線粒體膜的氧化性損傷可導致上述孔洞的形成。

孔洞形成后，細胞色素C及凋亡誘導因子（AIF）等釋放到細胞質中。在ATP的作用下，APAF-1的C端WD-40重復序列形成多聚復合物。復合物利用APAF-1的N端CARD區(qū)募集caspase-9前體，并使其剪接活化。Caspase-9將水解激活下游的caspases，特別是負責細胞凋亡、破壞的 caspases 3和7，caspase-3在DNA片段化中起著重要作用。因此，產生caspase的級聯(lián)反應，引起細胞凋亡。

1.2 細胞的自我損傷防御機制

在經(jīng)典模型中，抗凋亡蛋白家族成員，如Bcl-2等，在抑制線粒體凋亡途徑中起著關鍵的作用。Bcl-2， Bcl-xL 和 Mcl-1，三種蛋白協(xié)同作用，改變了線粒體外膜的通透性，阻止細胞凋亡。Bcl-2直接作用于BH結構域（Bcl-2同源域，它決定了Bcl-2家族結構和功能的同源性），從而抑制Bax和Bak的活性。凋亡前體BH3-only蛋白能促進Bax的活性，可直接作用于Bax，或者抑制抗凋亡物質，如Bcl-2家族成員，解除其對Bax的阻遏作用，使Bax被激活。

此外，其他的凋亡抑制因子（IAPS）也具有抑制細胞凋亡的作用。IAPs 蛋白通過BIR 結構域直接與Caspase 的IBM 結合，抑制Caspase3/7/9 的催化活性，阻斷細胞凋亡進程。

2 低濃度活性氧類促進細胞增殖

細胞增殖是機體重要的生命特征，細胞增殖異常往往與疾病的發(fā)生有關。增殖的促進與細胞周期檢測點、周期蛋白、細胞周期蛋白依賴性激酶（CDKs）、細胞周期蛋白依賴性激酶抑制劑（CKIs）等有重要關系。

活性氧會誘導細胞凋亡已被廣泛認可，但研究表明極低濃度的外源活性氧加入培養(yǎng)基，會使一些細胞出現(xiàn)增殖的現(xiàn)象，例如：人成纖維細胞、上皮細胞、成骨細胞等。有研究表明，給大鼠主動脈平滑肌細胞中轉入以腺病毒為載體的過氧化氫酶的cDNA（AdCat）或控制基因，AdCat轉染導致細胞內定位于過氧化物酶體的過氧化氫酶蛋白的劑量依賴性增加，與對照組相比細胞內H2O2的濃度降低。這表明，過氧化氫酶過表達抑制平滑肌增殖，同時增加細胞凋亡率，內源性產生的H2O2對血管平滑肌細胞的存活和增殖有重要的調節(jié)作用。也有研究表明，低濃度的H2O2 對mESCs 有明顯的促增殖作用?；钚匝躅惔龠M細胞增殖的方式主要有激活轉錄因子（如NF-κB）、激活MAP激酶家族等。

研究表明，ROS水平在細胞周期內呈規(guī)律性變化。ROS水平在G1期較低，隨著細胞周期進程ROS水平也在不斷上升，到M期達到峰值，細胞分裂后ROS水平急劇下降到G1期的較低水平。

3 活性氧類在細胞信號轉導中的作用

cox誘導合成前列腺素（PG）。PG通過MRP4從細胞釋放，這是第一個限速步驟。前列腺素激活G蛋白受體，通過腺苷酸環(huán)化酶（AC）激活環(huán)磷酸腺苷（cAMP）的途徑，增加CFTR活性即第二個限速步驟，并增加黏膜纖毛清除功能（MCC）。

4 結束語

長期以來，ROS被認作是細胞代謝的毒性物質，可誘導細胞凋亡。目前，越來越多的證據(jù)顯示，ROS是信號通路的正常成分。從胚胎的發(fā)育到細胞的死亡，都有它的參與。ROS在細胞內發(fā)揮作用需要很多分子的精密配合。研究ROS在細胞增殖、凋亡以及信號轉導中的作用，對于癌癥及其他疾病的治療，有及其重大的作用。

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