3.3 信號(hào)和氧化還原體的氧化還原調(diào)節(jié)
包括細(xì)胞因子受體在內(nèi)，多種受體傳遞的信號(hào)隨著ROS的清除出現(xiàn)下調(diào)(Schieber and Chandel 2014)，表明ROS能增強(qiáng)受體信號(hào)。盡管ROS的產(chǎn)生與基礎(chǔ)呼吸和代謝相關(guān)，但受體信號(hào)誘導(dǎo)ROS的產(chǎn)生也不容忽視。譬如NOX介導(dǎo)的ROS的產(chǎn)生就和PKC和Rac激活形成的受體信號(hào)相關(guān)(Brandes et al. 2014)。此外，信號(hào)異常引起的細(xì)胞活化也可改變呼吸和代謝的基值，從而導(dǎo)致ROS產(chǎn)生的增加。總之，受體信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)產(chǎn)生的ROS增強(qiáng)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)。
已知的是，半胱氨酸殘基氧化生成亞磺酸(SOH)這一過程會(huì)改變不少信號(hào)分子和轉(zhuǎn)錄因子的功能 (Reczek and Chandel 2015; Marinho et al. 2014; Prieto-Bermejo and Hernandez-Hernandez 2017)。這種反應(yīng)被稱為可逆氧化，因?yàn)閬喕撬峥梢员贿€原。然而，SOH若進(jìn)一步氧化成亞磺酸(SO2H)和磺酸(SO3H)，則會(huì)是一個(gè)不可逆的反應(yīng)，即物質(zhì)發(fā)生永久性的轉(zhuǎn)變。
磷酸酶是首個(gè)被證實(shí)受到細(xì)胞氧化還原反應(yīng)調(diào)控的信號(hào)分子，比如ROS氧化磷酸酶催化活性區(qū)域保守的半胱氨酸殘基使之失活(Reczek and Chandel 2015; Prieto-Bermejo and Hernandez-Hernandez 2017)。有關(guān)磷酸酶氧化的研究廣泛涉足細(xì)胞因子信號(hào)通路，如EGF和PDGF等。當(dāng)用類似細(xì)胞因子刺激細(xì)胞后，NOXes激活并產(chǎn)生ROS(Sundaresan et al. 1995; Bae et al. 1997)，從而令諸如PTP1B(Lee et al. 1998)和SHP-2(Meng et al. 2002)等磷酸酶氧化失活。失活的磷酸酶導(dǎo)致通路中相關(guān)靶分子磷酸化水平提高，導(dǎo)致信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)增強(qiáng)，如MAPK和Akt通路等。
其他信號(hào)蛋白也發(fā)現(xiàn)受到氧化的調(diào)節(jié)，盡管與磷酸酶的氧化還原調(diào)節(jié)相比，這些分子生理情況的氧化發(fā)揮的作用尚且模糊。幾點(diǎn)已知的羅列如下：ROS通過半胱氨酸氧化調(diào)節(jié)包括Src家族的蛋白激酶和MAPK在內(nèi)的蛋白激酶，導(dǎo)致酶活性的增強(qiáng)或抑制(Corcoran and Cotter 2013)；半胱氨酸氧化調(diào)節(jié)涉及鈣信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的鈣通道，如STIM1、ORAI1和ORAI3(Hempel and Trebak 2017)；各種轉(zhuǎn)錄因子如p53、FOXO、NF-κB、Pax5、Pax8、Egr-1和AP-1也受氧化反應(yīng)的影響(Marinho et al. 2014; Prieto Bermejo and Hernandez-Hernandez 2017)?？偠灾囝愋盘?hào)分子的氧化，尤其是磷酸酶，似乎參與了ROS介導(dǎo)的受體信號(hào)的增強(qiáng)。
圖3.2 氧化還原體中ROS對(duì)細(xì)胞因子受體信號(hào)的增強(qiáng)作用。當(dāng)細(xì)胞因子與質(zhì)膜上的受體相互作用時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生受體信號(hào)。受體相關(guān)的磷酸酶通過對(duì)抗受體下游的激酶來下調(diào)受體信號(hào)，另外受體交聯(lián)還激活位于質(zhì)膜中的NOX，以向細(xì)胞外釋放超氧化物。之后，受體通過受體介導(dǎo)的內(nèi)吞作用與細(xì)胞因子和受體相關(guān)的信號(hào)分子（包括接頭蛋白）一起轉(zhuǎn)運(yùn)到早期內(nèi)體內(nèi)。這一時(shí)期的內(nèi)體中，細(xì)胞因子可誘導(dǎo)受體信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)，激活NOX產(chǎn)生超氧化物進(jìn)入內(nèi)體腔（氧化還原體）。質(zhì)膜和內(nèi)體中產(chǎn)生的超氧化物被轉(zhuǎn)化為H2O2，繼而借助水通道蛋白(AQP)轉(zhuǎn)運(yùn)到胞漿中。由于內(nèi)體腔總體為封閉空間，轉(zhuǎn)運(yùn)過程非常高效。然后，胞質(zhì)中的過氧化氫氧化半胱氨酸使磷酸酶失活（圖中下方紅點(diǎn)），便于內(nèi)體中信號(hào)的持續(xù)傳遞。
膜受體與配體相互作用后發(fā)生內(nèi)吞，最終循環(huán)到質(zhì)膜被重新利用或運(yùn)輸至溶酶體中發(fā)生降解，其中受體降解與信號(hào)脫敏(desensitization)相關(guān)。實(shí)際上，BCR在內(nèi)的多種受體被證明會(huì)和包括接頭蛋白等受體相關(guān)的信號(hào)分子一起內(nèi)化，并在生成的內(nèi)體之中存在信號(hào)交流(Murphy et al. 2009; Chaturvedi et al. 2011)。研究表明，受體信號(hào)激活內(nèi)體和質(zhì)膜中的NOXes(Li et al. 2006, 2009; Miller et al. 2007; Oakley et al. 2009; Tsutsumi et al. 2017) （圖3.2）。考慮到NOXes在膜上產(chǎn)生ROS(Bedard and Krause 2007; Brandes et al. 2014)，內(nèi)體膜上的NOXes其生成的ROS自然釋放到內(nèi)體腔中，而對(duì)于細(xì)胞質(zhì)膜上的NOXes其產(chǎn)生的ROS被釋放到細(xì)胞外環(huán)境。釋放到內(nèi)體和細(xì)胞外空間的ROS通過水通道蛋白回流到胞漿，于此可能氧化若干信號(hào)分子（如招募到受體的磷酸酶），并強(qiáng)化內(nèi)體中的受體信號(hào)強(qiáng)度(Murphy et al. 2009)。由于內(nèi)體本質(zhì)上為封閉的小室，其中的ROS仍有機(jī)會(huì)轉(zhuǎn)位到胞漿，并體現(xiàn)出相較于細(xì)胞外環(huán)境的ROS更強(qiáng)大的受體信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)促進(jìn)作用（圖3.2）。
產(chǎn)生增強(qiáng)內(nèi)體信號(hào)ROS的信號(hào)內(nèi)體，被稱為氧化還原體(redoxosome/redoxisome)(Murphy et al. 2009)，已觀察到其結(jié)構(gòu)形成在配體誘導(dǎo)IL-1、TNF和PDGF受體的內(nèi)化之后(Li et al. 2006, 2009; Miller et al. 2007; Oakley et al. 2009; Tsutsumi et al. 2017)。針對(duì)經(jīng)IL-1刺激的MCF7乳腺癌細(xì)胞裂解物，Engelhardt和其同事們發(fā)現(xiàn)Rab5+早期內(nèi)體的組分涵括超氧化物、NOX2和NOX輔因子，如NOX2激活所需的p47phox和p67phox以及IL-1R(Li et al. 2006)，提示細(xì)胞早期內(nèi)體含有IL-1R和催化超氧化物合成活性的NOX2復(fù)合體。他們還表明，TNFα刺激同種細(xì)胞系能誘導(dǎo)包括超氧化物及TNFR的內(nèi)涵體的形成(Li et al. 2009)。因此得出結(jié)論，配體誘導(dǎo)的內(nèi)吞發(fā)生時(shí)，內(nèi)化的IL-1R和TNFR等受體與NOX2復(fù)合體一起包裹形成氧化還原體。他們還檢出IL-1R或TNFR陽性的氧化還原酶體中存在IL-1R的接頭蛋白（如MyD88和TRAF6）或TNFR的接頭蛋白（如TRADD和TRAF2）的痕跡(Li et al. 2006, 2009)。其中，TRAF6和TRAF2的募集依賴ROS，因?yàn)橛凶C據(jù)表明超氧化物被過氧化氫酶和SOD清除時(shí)招募終止。綜上，NOX來源的ROS可增強(qiáng)氧化還原體中的受體信號(hào)，導(dǎo)致TRAF6和TRAF2等接頭蛋白的募集。最近，Tsutsumi等人提出一項(xiàng)測(cè)定發(fā)生可逆氧化的磷酸酶的鄰近交聯(lián)試驗(yàn)，并證明SHP-2和PTP1B等帶有氧化修飾的磷酸酶存在于經(jīng)PDGF處理的成纖維細(xì)胞的氧化還原體中(Tsutsumi et al. 2017)。提示氧化還原體內(nèi)的ROS能氧化失活磷酸酶以增強(qiáng)受體信號(hào)。
考慮到ROS在細(xì)胞中生成位置的多樣性（如質(zhì)膜、內(nèi)體和線粒體等），對(duì)于氧化還原體在受體信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)中作用的探索，已借助顯性負(fù)性動(dòng)力蛋白dynamin、動(dòng)力蛋白抑制劑Dyasore和網(wǎng)格蛋白clathrin抑制劑Pitstop來阻斷內(nèi)吞而解決(Li et al. 2006, 2009; Tsutsumi et al. 2017)。抑制內(nèi)吞可減少ROS介導(dǎo)的TNFR信號(hào)的增強(qiáng)以及PDGF誘導(dǎo)的SHP-2氧化，進(jìn)一步表明氧化還原體在ROS誘導(dǎo)的受體信號(hào)增強(qiáng)中起著關(guān)鍵作用。然而，由于內(nèi)吞作用參與了多種細(xì)胞過程，對(duì)細(xì)胞生存必不可少，因此，其在細(xì)胞活化中的作用有待更深入的闡明。
SuppInfo:
顯性負(fù)性dominant negative，指某些信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)蛋白突變后不僅自身無功能，還能抑制或阻斷同一細(xì)胞內(nèi)的野生型信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)蛋白的作用
動(dòng)力蛋白和網(wǎng)格蛋白與內(nèi)體/囊泡的形成相關(guān)，簡言之膜凹陷后由網(wǎng)格蛋白包裹物質(zhì)形成小泡雛形，再由動(dòng)力蛋白切割泡-膜的連接處，產(chǎn)生游離的小泡
SOH: sulfenic acid
SO2H: sulfinic acid
SO3H: sulfonic acid
