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结直肠癌是一种源于结直肠部位的恶性肿瘤，通常由息肉发展而来，逐渐在结肠和直肠内生长，最终发展成肿瘤[1]。早期结直肠癌并无明显症状，直到进展期可出现部分症状，但此时的治疗效果已不佳，预后较差。目前对于结直肠癌的发病机制尚不明确，治疗上仍以化疗、放疗和外科手术为主，但部分患者在治疗后仍然会出现复发和转移的情况[2]。因此找寻更有效的治疗方案一直是结直肠癌的研究重点。
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体内氧化还原稳态是由各大分子化合物共同作用的结果，其中硫氧还蛋白系统发挥着重要的作用。硫氧还蛋白系统是一种高度保守的系统，包含3种协同的氧化还原蛋白，包括硫氧还蛋白（Trx）、硫氧还蛋白还原酶（TrxR）、硫氧还蛋白过氧化物酶（TPx）和烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（NADPH）。这个系统的中心元素是Trx，其活性中心是2个半胱氨酸，能够减少蛋白质中的二硫化物键，该系统在调节细胞功能、维持细胞内环境方面起关键作用[3-4]。
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近些年研究发现，硫氧还蛋白还原酶在多种肿瘤中均呈高表达，其与肿瘤的恶性程度和生长速率呈明显相关性，在肿瘤进展中发挥着重要的作用[5-6]。其靶向抑制剂也是抗结直肠癌治疗的研究热点。本文就TrxR抑制剂抗结直肠癌的作用机制进行综述。
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1 TrxR的结构和活性
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TrxR包括TrxR1、TrxR2及TrxR3共3种类型，而在硫氧还蛋白系统中，TrxR负责减少氧化形式的Trx[7]。TrxR包含一个FAD基团，NADPH结合结构域、界面结构域和位于C端的活性中心，其活性中心包含一个半胱氨酸和一个硒半胱氨酸（-Gly-Cys497-Sec498-Gly-）[8]，这一活性中心对该蛋白生理活性有重大的影响，是抗结直肠癌治疗的重要潜在靶点。
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2 TrxR抑制剂
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TrxR一直是肿瘤潜在靶点的研究目标。目前研究发现，一些天然多酚类化合物可以抑制TrxR的酶活性，其中包括姜黄素、槲皮素和杨梅素等[8]，它们可与TrxR的C端共价修饰，不可逆地抑制TrxR的活性，促进细胞的氧化应激过程。另外，许多合成化合物也可通过抑制TrxR的生物活性来改变硫氧还蛋白系统的功能[9]，其中包括二硫咪唑衍生物、萘醌衍生物和迈克尔受体组的化合物，以及几个以过渡金属离子为中心原子的有机与无机络合物。还有报道显示，目前已出现多种以TrxR为基础，包括和TrxR-末端高亲核性Sec相互效果，模拟TrxR底物的还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸等[10]。这类抑制剂均已经开始临床研究，包括：1）乙烷硒啉分散片是一种TrxR抑制剂，于A549、Hela以及Tca8113细胞中具有较高的抗肿瘤效果[11]；2）莫特沙芬钆是一种靶向TrxR以及核糖核苷酸还原酶的药物，可改善神经功能恶化，并在非小细胞肺癌脑转移的治疗中起到较高的作用[12]。随着人们对于TrxR抑制剂的研究深入，已有多种TrxR抑制剂被开发，并可根据能力特性分为可逆和不可逆性抑制剂。
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2.1 TrxR可逆性抑制剂
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可逆性抑制剂可以逆转酶的抑制效果，但仅仅抑制了反应速率，并不对反应的发生造成影响。Trx及还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸均是以TrxR底部形态存在于疏氧还蛋白系统中，可与TrxR底部竞争，从而抑制TrxR功能[13]。原卟啉LX、表焙儿茶素、伊布硒啉均可与Trx竞争，但这一类抑制剂均在最初较短时间内进行。另一类非竞争性抑制剂，其表面存在分子结合位点，对于TrxR生成和Trx以及还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸相关的非竞争性抑制，进而丧失TrxR催化活性[14]。
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2.2 TrxR非可逆性抑制剂
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多数不可逆性TrxR抑制剂通常都能与半胱氨酸Cys和Sec残基结合，后者主要起到催化效果。这一类抑制剂种类较多，可根据金属配合物进行分类。与疏醇相比，TrxR上C-末端的Sec残基结合金属离子的效果更明显，使其获得金属配合物的靶点更多。相关研究显示，顺铂和卡铂这一类对DNA造成损伤的抗肿瘤药物均可对TrxR进行抑制[15]。
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3 TrxR与结直肠癌
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有多项研究发现，TrxR在细胞中可起到抗氧化和稳定氧化还原的作用，且能够促进细胞生长和凋亡，同时在硒代谢中也起到一定的效果[16-17]。而这一系列反应均与肺癌、宫颈癌、肝癌、胰腺癌及结直肠癌的进展存在密切的关系。在结直肠癌肿瘤细胞中可发现TrxR系统明显表达异常，例如TrxR1在结直肠癌细胞中表达上调，并与结直肠癌患者不良预后和化疗耐药有关。越来越多的证据表明，TrxR1参与了结直肠癌发生的多个步骤[18-19]。因此，TrxR是结直肠癌抗肿瘤药物开发的潜在靶点。TrxR抑制剂在结直肠癌中发挥作用主要体现在以下几个方面。
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3.1 TrxR抑制剂在结直肠癌肿瘤细胞的增殖中发挥调控作用
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细胞周期的失调是肿瘤细胞增殖的重要环节，TrxR与细胞周期进程、代谢、凋亡及氧化还原系统存在密切的关系。TrxR可以对Trx的活化及表达实施调控，Trx则可以还原核氧化还原因子，从而达到控制转录激活蛋白-1（AP-1）活性的目的，最终调控G1/S的功能[20]；同时，其还可通过反义的形式发挥稳定染色体端粒的作用，预防不利因子对端粒的影响，并促进G2/M期内的细胞增殖[21]。近期有研究显示，乙烷硒啉可下调哺乳动物TrxR1 mRNA的转录水平、蛋白表达和酶活性，显著抑制低分化结肠癌细胞系RKO的生长[22]，其机制是乙烷硒啉能显著抑制与细胞分化相关的信号通路，其中包括Wnt/β-catenin信号通路，导致其对RKO细胞生长和TrxR1活性有强烈的抑制作用。另外，有研究报道了2种含苯并咪唑和2-硫氧嘧啶的复合物，能够诱导TrxR蛋白的强烈抑制和膜脂的氧化损伤，从而抑制小鼠结肠肿瘤原代培养细胞增殖和分化，有望成为结直肠癌化疗的潜在药物[23]。
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除了结直肠癌，TrxR抑制物在其他恶性肿瘤中起关键性的影响[24]。例如，有研究用单羰基姜黄素的类似物TrxR抑制剂处理非细胞细胞肺癌细胞NCI-H460，结果发现，TrxR抑制剂可让肺癌细胞的周期停滞在G2/M期[25]，其主要机制是通过P53和P21表达上调，而P53在细胞周期调节中起关键作用。范有寿[26]等研究发现，TrxR抑制剂能够激活荷瘤小鼠免疫功能，增强其机体抗氧化能力，提高JNK信号通路蛋白磷酸化水平，从而抑制其胃癌进展。由此可知，TrxR抑制物在调控恶性肿瘤的增殖中发挥着重要的作用。 3.2 TrxR抑制剂调控结直肠癌肿瘤细胞的凋亡过程抑制体内线粒体呼吸生成的活性氧簇，并降低活性氧簇是氧化还原的重要过程。活性氧簇能够介导信号转导，并起到增强氧化应激的效果，通过细胞凋亡的形式以发挥介导细胞死亡的效果。TrxR抑制细胞凋亡的形式主要是以诱导Trx进而激活下游通道的形式。TrxR抑制细胞凋亡则是通过清除活性氧簇，让氧化还原的平衡稳定以达到凋亡抑制的作用[27]。同时，Trx还能够对凋亡信号产生抑制，从而调节激酶，以达到介导凋亡的效果。凋亡信号调节激酶主要是以p38以及JNK途径介导凋亡，可引起细胞色素C生成，并活化天冬氨酸蛋白水解酶。
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在结直肠癌中，甘草查尔酮A（Licochalcone A，LCA）可降低肠癌细胞HCT-116内TrxR1的表达，增加ASK1的表达，ASK1可被活性氧（ROS）激活，进而通过调节下游信号通路诱导细胞凋亡[28]。此外，还有研究发现抑制TrxR1可减弱Trx的还原，Trx的还原状态可抑制ASK1的表达，从而抑制细胞凋亡[29]。另外，毛萼素B（EriB）可共价修饰GSH，并通过靶向酶的Sec残基选择性地抑制TrxR的活性，从而促进ROS水平升高，总GSH和硫醇含量降低，最终通过强效的氧化应激介导肠癌细胞RKO发生凋亡[30]，此研究为使用EriB治疗结直肠癌开辟新的治疗指征。
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3.3 TrxR与结直肠癌肿瘤血管形成之间的关系
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结直肠癌的生长、增殖、迁移和侵袭的核心是有充足的血液，而其增生及转移则是通过数量众多新生血管的血液运输来达到目的。血管的产生涉及到多方面复杂的体系，并且还需要很好地协调来制衡，而Trx系统则在这些过程中发挥着重要的作用。有研究将线粒体TrxR2提出后，会引起缺氧诱导因子及血管内皮生长因子的降低，从而抑制肿瘤细胞及其血管生成，同时加速血管的形成，改善血管皮生长因子的功能[31]。
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4 结语
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TrxR包括TrxR1、TrxR2及TrxR3，其抑制剂分为可逆和非可逆两类。目前针对TrxR抑制剂抗结直肠癌作用研究，主要是与其调控结直肠癌肿瘤细胞增殖和凋亡，以及抑制肿瘤新生血管等途径有关。TrxR抑制剂目前已部分应用于临床，且与化疗药物的疗效有关，此研究不仅为疾病临床诊断及预后预测提供依据，还能为辅助临床治疗和改善化疗药物提供参考，但目前仍需更多深入研究以探索TrxR在结直肠癌中的具体作用机制，为发掘以TrxR为靶点治疗的药物研究提供更多可能性。
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摘要
结直肠癌是消化道常见的恶性肿瘤，也是全球第二大癌症相关死亡因素。近些年来，结直肠癌的发病率也在逐渐升高，对人们的生命安全造成严重的威胁。硫氧还蛋白还原酶（TrxR）主要分布在细胞内，是含硒同型二聚体酶的一种，在机体氧化还原稳定、细胞增殖及肿瘤转移中起到关键作用。TrxR的特有结合域是含硒C末端活性位点，其靶向抑制剂已成为了肿瘤治疗的研究重点。该文综述了TrxR抗结直肠癌的作用机制，以期为临床治疗结直肠癌提供参考。