三个对“氧化应激”的重新认识

生命离不开氧,细胞的氧化还原状态直接调控蛋白质等生物大分子功能,介导细胞信号转导以及衰老、神经退行性疾病、代谢病、肿瘤等许多生理和病理过程。鉴于20世纪50年代提出的自由基衰老学说,长期以来氧化应激常与氧化损伤混为一谈,“抗氧化”一度成为“抗衰老”的代名词。本文结合本实验室相关研究工作及领域前沿,提出三个对“氧化应激”的重新认识:第一,氧化应激不等于氧化损伤,具有重要生理功能;第二,氧化应激不是“万金油”,氧化还原调控具有特异性,氧化还原修饰是其作用机制;第三,不能泛泛抗氧化,氧化还原平衡具有精准属性,抗氧化要考虑5R(Right species,Right place,Right time,Right level,Right target)原则,精准氧化还原医药时代已开启。未来挑战体现在氧化还原生物学与医学基础研究、氧化应激在生理和病理过程及环境胁迫中的特异分子机制研究及精准氧化还原干预三大方面,需要多学科交叉、基础与临床研究深度合作、国际协同攻关,实现对生命过程氧化还原认识的突破、机理的突破、精准干预的突破!

细胞色素P450-RhFRED人工融合酶的研究进展与应用

来自于红球菌Rhodococcus sp.NCIMB 9784的P450RhF是一个自给自足型的细胞色素P450酶,它的血红素结构域主要负责控制酶的底物特异性,P450还原酶伴侣蛋白RhFRED与细胞色素P450血红素结构域天然融合在一起,电子主要从蛋白分子内转移到P450血红素结构域。依据融合型P450RhF自给自足的特性,有学者利用P450RhF的还原伴侣蛋白RhFRED,与其它P450构建人工融合酶P450-RhFRED,来实现多种细胞色素P450基因的功能表达。基于此建立的P450-Rh-FRED融合文库对未知功能P450的催化功能探索有很大意义,P450-RhFRED融合酶技术也可用于开发已知细胞色素P450酶的工业应用。

硫氧还蛋白还原酶结构与肿瘤治疗的研究进展

硫氧还蛋白还原酶(thioredoxin reductase,TrxR)是硫氧还蛋白(thioredoxin,Trx)系统里主要的功能蛋白,在调节多种细胞氧化还原信号通路中起关键作用。近年来,TrxR/Trx被越来越多地认为是肿瘤发展的重要调节剂,因此靶向TrxR/Trx是一种很有前景的肿瘤治疗策略。该文对TrxR的结构特点、与肿瘤相关的生理功能、TrxR抑制剂进行综述,以对TrxR的研究提供参考。

电沉积制备ZnO纳米棒修饰电极上氧化还原蛋白的电化学行为

采用恒电位阴极还原法在金电极表面一步修饰ZnO纳米棒,制备成ZnO纳米棒修饰电极.扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射(XRD)结果显示制得的ZnO为直径约100nm的六棱柱状纤锌矿晶体纳米棒.使用ZnO纳米棒修饰的金电极研究细胞色素c的直接电化学行为,结果表明:ZnO纳米棒修饰的金电极能有效探测到细胞色素c的铁卟啉辅基在不同价态下的电化学行为;细胞色素c吸附后,ZnO纳米棒修饰的金电极对过氧化氢的电流响应呈现良好的线性关系.

氧化还原蛋白质电化学研究

研究氧化还原蛋白质与电极之间的电子传递过程不仅为理解代谢过程提供有价值的信息 ,而且为制备生物传感器奠定基础。本文从蛋白质修饰电极、蛋白质在电极表面的定向固定及蛋白质人工改造三方面 ,评述了近年来氧化还原蛋白质电化学研究的进展 。

植物硫氧还蛋白系统

硫氧还蛋白是一类催化二硫键氧化还原的小蛋白,它通过调控细胞中氧化还原状态发挥重要的作用。在植物中,硫氧还蛋白系统尤为复杂,参与了植物的新陈代谢、转录翻译调控、信号传导以及植物的抗逆反应等。本文主要通过对植物硫氧还蛋白分类、活性位点、结构以及3种硫氧还蛋白系统研究现状进行概述,并对植物的硫氧还蛋白及系统进行了展望,从而较为全面地综述了植物的硫氧还蛋白系统,为进一步了解硫氧还蛋白在植物体内的作用机制奠定基础,也为今后的相关研究提供参考。

染料修饰电极加速氧化还原蛋白质的电化学反应

评述了染料修饰电极加速氧化还原蛋白质的电子传递反应．讨论了染料修饰电极的修饰方法和性质，简评了伏安法、流动分析、光谱电化学法等几种不同研究方法的应用．提出了可逆电催化反应的机理，并将数值计算与实验结果进行比较、验证．引用了４７篇文献．

光系统ⅡD1蛋白表达调控机制研究进展

强光下植物光系统Ⅱ(PSⅡ)易于失活,D1蛋白是PSⅡ受到伤害的原初部位,导致psbA基因编码的D1蛋白降解,同时在多步PSⅡ修复循环中D1蛋白重新合成。衣藻(Chlamydomonas reinhardtii)psbA基因的表达在mRNA加工过程、翻译起始水平上受到严格调控。光通过激活结合在psbA基因mR-NA5’非翻译区(5’-UTR)上的蛋白复合体(RNA-结合蛋白,RBP)而促进翻译,该蛋白质复合体含有氧化还原激活的调节位点。对PSⅡD1蛋白的转化过程、psbA基因转录及翻译进行分析,综述了光系统Ⅱ蛋白表达调节机制的研究进展。

蛋白质巯基亚硝基化——一种典型氧化还原依赖的蛋白质翻译后修饰

综述了蛋白质巯基亚硝基化修饰的特点、检测方法、功能研究、相关疾病和发展态势.蛋白质巯基亚硝基化(S-nitrosation)是指一氧化氮(nitricoxide,NO)及其衍生物修饰蛋白质半胱氨酸(cysteine,Cys)巯基—SH生成—SNO,其是一种典型的氧化还原依赖的蛋白质翻译后修饰,也是一氧化氮发挥其广泛信号转导作用的新的重要途径.

硫氧还蛋白的研究

硫氧还蛋白 (thioredoxin,Trx)广泛地存在于生物界中 ,是一种低分子量 (12 KD)、有还原双硫键活力的蛋白质。越来越多的研究表明 ,它是重要的酶活力调节蛋白 ,参与许多重要的生命活动。文章主要以植物硫氧还蛋白为对象 ,对前人在硫氧还蛋白的分类、理化特点、生物功能等方面已取得的研究成果作一回顾。

干燥方法对乳蛋白氧化及机体氧化还原状态的影响

目的:研究乳蛋白经过干燥后,乳蛋白氧化及对机体氧化还原状态的影响。方法:通过不同进风温度(160、170、180℃)对全脂乳和脱脂乳进行喷雾干燥及全脂乳的冷冻干燥处理,测定其羰基、巯基含量。小鼠分为6组,分别灌胃原奶、喷雾干燥不同温度乳粉、脱脂乳粉及冷冻干燥乳粉,测定0、30、60、90、120min血液中自由基水平,测定60、90min后小鼠肝脏、空肠、十二指肠、胃组织抗氧化能力指标(丙二醛MDA、总抗氧化能力T-AOC、GSH/GSSG)。结果:乳蛋白经过喷雾干燥及冷冻干燥处理后,羰基含量随温度的上升及脂肪含量的增多显著上升(p<0.05),巯基含量呈下降趋势。冷冻干燥组羰基含量比全脂喷雾干燥组低,巯基与之相比呈上升趋势。小鼠血液自由基的最高峰出现在灌胃90min时,灌胃喷雾干燥乳粉自由基含量显著高于其他组(p<0.05),并随温度的升高而增高。小鼠喷雾干燥组中组织总抗氧化能力T-AOC和谷胱甘肽比值GSH/GSSG均低于其他各组,丙二醛(MDA)含量高于别组。结论:喷雾干燥等加工方法会导致乳蛋白发生不同程度的氧化,导致乳蛋白理化性质的变化,短期灌胃氧化蛋白会引起机体的氧化应激,降低组织抗氧化的防御能力。

无机介孔材料在第三代电化学生物传感器中的应用研究

无机介孔材料是一种孔直径在2，50nm的多孔材料。这种材料具有结构规则,机械性能高、化学和热能稳定性好等特点。近年来,随着材料合成技术的提高,不断有新型高负载能力和生物相容性好的介孔材料被开发出来。同时,实验表明,无机介孔材料是固载生物大分子的良好载体。利用无机介孔材料固载氧化还原蛋白质并结合其的直接电子转移,为我们提供了一种新的构建第三代生物传感器的方法。基于无机介孔材料的特点及氧化还原蛋白质的直接电子转移,所构建的第三代电化学生物传感器有望具有较传统电化学传感器更好的性能。将介孔材料分为二氧化硅基和非二氧化硅基2大类,描述了无机介孔材料在第三代电化学生物传感器中的应用。

纳米材料应用于氧化还原蛋白质直接电化学的研究进展

纳米材料在氧化还原蛋白质的直接电化学研究方面的作用越来越受到人们的关注。综述了近几年来国内外纳米材料在氧化还原蛋白质直接电化学方面的一些研究与进展。重点介绍和归纳了零维纳米材料、一维纳米材料、二维纳米材料、复合纳米材料的研究现状及在传感器上的应用,并总结了纳米材料应用于传感器的发展及所存在的问题。

贻贝粘蛋白中多巴氧化还原状态表征方法研究

目的对高效液相色谱法表征贻贝粘蛋白中多巴氧化-还原状态可行性进行研究。方法用高效液相色谱法、Arnow法和考马斯亮兰法测定贻贝粘蛋白中多巴含量及蛋白质含量。结果随着氧化时间延长,贻贝粘蛋白样品中蛋白含量不变,还原态的多巴含量下降。加速氧化和自然存放样品的色谱峰保留时间均随着放置时间的延长发生偏移,与多巴的氧还还原状态变化有关。结论高效液相色谱法可以用来表征贻贝蛋白的氧化还原程度,对于产品设计研发与质量控制具有重要意义。

血红蛋白直接电化学的界面设计与传感研究进展

血红蛋白为人体红细胞中的一种主要蛋白质,是血液中运输氧气的主要物质。由于其类酶的性质、确定的结构以及分布的广泛性,长期以来一直是氧化还原蛋白质直接电化学以及生物传感研究的理想模型。近年来,受益于材料科学与信息技术的快速发展,血红蛋白直接电化学的界面设计以及生物传感已成为当前的研究热点。为此,本文对近年来这方面的研究进展进行综述。通过介绍血红蛋白直接电化学界面设计的基本方法以及生物传感的原理和研究现状,以探索今后的发展趋势。

线粒体呼吸链与活性氧

已知有氧真核生物细胞吸收的氧分子绝大部分都是在线粒体呼吸链末端细胞色素氧化酶上通过四步单电子还原生成水。但同时也有1%-2%的氧可在呼吸链中途接受单电子或双电子被部分还原生成超氧(O_2^-·)和过氧化氢(H_2O_2)作为呼吸作用的正常代谢产物。此种来源于线粒体呼吸链的O_2^-·和H_2O_2不但在多种病理的氧化损伤中起关键作用,同样它们也是正常生理条件下对多种细胞过程具有基本调控意义的氧还信号。基于Chance实验室约自20世纪70到90年代的早期研究贡献以及20世纪90年代后其他各实验室的研究新进展,我们聚焦于下述四个相关问题的评述和讨论:(1)由于线粒体内膜面积及其含有的呼吸链复合体酶活力远远高出细胞中所有膜系数量和相关酶活力之总和,因而线粒体呼吸链产生的O_2^-·和H_2O_2构成生物体内最大数量ROS的恒定来源;(2)线粒体呼吸链复合体Ⅲ的Q循环中Q_0位点中半醌自由基(UQH·)已明确是O_2^-·的单电子来源;还原细胞色素C-P66^(SHC)是生成H_2O_2的双电子供体。虽然复合体Ⅰ也是产生线粒体基质内O_2^-·的主要来源,但由于其确切生成位点尚未明确,在in vivo条件下能否产生大量O_2^-·也尚有争议;(3)线粒体呼吸链产生O_2^-·后的分配和跨膜转移涉及其生理病理作用机制和作用靶点等复杂而重要的问题,直到目前尚未意见一致。"质子和O_2^-·循环双回路解偶联模型"整合了目前提出的几种假说的联系点,指出H^+和O_2^-·相互作用生成HO_2·及其跨膜很可能是这一复杂问题的中心环节,并与O_2^-·对"脂肪酸shuttling model"或O_2^-·对"UCPS激活"模型形成了内在的联系;(4)线粒体呼吸形成的ΔP(ΔΨ和ΔpH)能直接控制呼吸链的ROS生成,并以非线性(非欧姆)相关方式通过影响Q循环中的Q_0半醌的氧还态和寿命来调节O_2^-·生成的急速变化,这一发现目前已获多家实验室的证实,业已成为线粒体学界的广泛共识。这样,线粒体呼吸生成的ΔP,除了在ATP合成和离子跨膜转运的经典的生物能量转换中介功能之外,又具有了调控作为细胞氧还信号分子ROS的新功能。线粒体也已不再单纯是细胞的"动力站",业已成为联结线粒体动态结构和功能变化与调节不同细胞事件的多细胞信号级联反应的整合平台。

缺血预处理对大鼠减体积肝移植缺血再灌注损伤的影响

目的观察缺血预处理(ischemia preconditioning,IPC)对大鼠减体积肝移植后肝组织氧化还原因子-1(Redox factor-1,Ref-1)蛋白表达及术后肝脏损伤的影响。方法将100只Lewis成年雄性大鼠随机分成3组:缺血预处理组(IPC组)、50%移植组(PLT组)和假手术组(SO组),分别于移植后0.5、2、6和24h取材,通过Western免疫杂交法和免疫组织化学技术结合图像分析定量检测移植后各时间点Ref-1蛋白表达变化,同时结合血清学和组织病理学分析Ref-1表达变化的意义。结果IPC可使减体积肝移植后早期肝实质细胞中Ref-1蛋白表达增高。与PLT组相比,IPC组早期Ref-1蛋白表达明显升高(P<0.05)。病理学分析显示PLT组术后24h可见到门脉周围大量炎细胞浸润,肝窦扩张明显,肝组织损伤较重;而IPC组则损伤较轻。术后6和24h血清ALT值分别为:PLT组(1186.65±142.31)u/L;(1498.91±126.79)u/L;IPC组(799.61±125.97)u/L;(659.27±135.68)u/L。与PLT组相比,IPC组术后6和24h血清ALT值明显降低(P<0.05;P<0.01)。结论IPC可减轻减体积肝移植后早期肝脏的损伤,其机制可能与促进Ref-1蛋白的表达有关。

G6PD缺陷抑制人黑色素瘤细胞裸鼠移植瘤的生长

敲减葡糖6-磷酸脱氢酶(G6PD)表达的人黑色素瘤A375细胞(A375-G6PDΔ)呈现生长增殖抑制和凋亡率升高.为明确G6PD缺陷对裸鼠体内成瘤的影响及其可能机制,用A375-WT与A375-G6PDΔ细胞制作裸鼠荷瘤模型,观察体内瘤体生长,real-time PCR、免疫组织化学染色与紫外分光光度法分别检测瘤体组织G6PD mRNA、G6PD蛋白及酶活性,Western印迹分析凋亡相关蛋白,分光光度法测定NADPH和GSH/GSSG水平.结果显示,A375-G6PDΔ细胞注射组的裸鼠成瘤时间延长,瘤体生长明显减慢,瘤体的体积与质量显著低于A375-WT细胞注射组(P<0.01);与A375-WT细胞注射组相比,A375-G6PDΔ细胞注射组的裸鼠瘤体组织中G6PD mRNA表达、G6PD阳性细胞数与G6PD活性分别降低了87.10%、77.20%与75.77%(P<0.01),G6PD、p53和Bcl-2的表达分别降低了67.92%、65.54%和62.32%(P<0.01),Fas升高了86.38%(P<0.01),NADPH和GSH/GSSG分别降低了74.37%和86.02%(P<0.01).结果提示,G6PD缺陷可能通过减少核酸等合成的原料、改变细胞内氧化还原状态及凋亡相关蛋白表达抑制裸鼠瘤体生长与增殖,这为黑色素瘤发生和治疗研究提供了新的线索.

活性氧对蛋白激酶和基因表达调节作用的研究进展

活性氧在维持血管稳态方面有着十分重要的生理和病理生理作用。活性氧的产生和代谢失衡与多种血管性疾病有着密切的关系。近年来的研究发现 ,活性氧对信号转导通路中氧化还原敏感的蛋白激酶有调节作用 ,通过影响这些氧化还原敏感蛋白酶的活性 。

活性氧与内质网应激

内质网(endoplasmic reticulum,ER)是细胞加工蛋白质和贮存Ca2+的主要场所,对应激极为敏感,其功能紊乱时出现错误折叠与未折叠蛋白在腔内聚集以及Ca2+平衡紊乱的状态,称为内质网应激(endoplasmic reticulum stress,ERS)。活性氧(reactive oxygen species,ROS)作为第二信使,在细胞生物学功能的调节中起着重要作用。细胞内氧化还原状态的改变促进了ROS的产生和凋亡诱导因子的激活,致使细胞凋亡的同时又加剧了细胞内氧化还原状态的改变。研究发现细胞内氧化还原水平的改变在ERS介导的细胞凋亡过程中承担重要的角色,推测ROS可能是ERS介导的凋亡通路的上游信号分子,该文就ROS与ERS之间的关系作一综述。