文摘
活性氧(ROS)正常代谢的副产品,角色在细胞信号和体内平衡。物种包括氧自由基和活性nonradicals。机制存在调节细胞的活性氧水平,作为他们的反应性质可能造成损害的关键细胞组件包括DNA、蛋白质和脂类。当超过细胞抗氧化能力,会导致氧化应激。多效性的有害的氧化应激的影响在许多疾病和也在内的各种药物毒性。在本文中,我们审查的本质ROS-induced破坏关键细胞氧化应激的目标。我们还审查证据暗示ROS在临床相关,与毒品有关的副作用包括doxorubicin-induced心脏损伤,azidothymidine-induced肌病,cisplatin-induced耳毒性。
1。介绍
化学活性分子含有氧气称为活性氧(ROS)。反应性可能是由于未配对电子的存在,但也有活性nonradical物种如过氧化氢(H2O2)。ROS的例子在图所示1期间,包括过氧化物和自由氧离子生成氧气通过不同酶的正常代谢通路。活性氧可以从各种各样的来源生成内源性和外源性。细胞内的活性氧的主要来源之一是线粒体,超氧化物自由基是正常的副产品氧化磷酸化。虽然不是本文的重点,除了驾驶ROS的生成,与一氧化氮(NO)高活性,产生活性氮物种(RNS)如过氧亚硝基和下游氮物种,包括不,过氧亚硝基,二氧化氮(参见图吗1等),通过酶活性的诱导一氧化氮合酶2 (NOS2)和NADPH氧化酶(NOX)。
ROS在正常细胞信号传导作用和体内平衡1]。例如,在脉管系统,可能采取行动限制反应的持续时间不,血管的关键中介功能,包括调节平滑肌语气和血压、血小板活化,和血管细胞信号(2]。然而,除了正常的生理作用,过多的活性氧的生产可能发生毒物暴露等压力,辐射损伤和疾病,导致当地氧化应激和由此产生的适应性反应。
细胞有各种各样的防御机制,拦截自由基防止或限制细胞损伤和改善ROS的有害影响,包括低分子量抗氧化剂(如抗坏血酸、维生素E、谷胱甘肽)和抗氧化酶(如硫氧还蛋白、超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶、谷胱甘肽过氧化物酶)。后者的一个重要例子是线粒体锰超氧化物歧化酶(MnSOD),把超氧化物自由基过氧化氢,由氧化物酶进一步分解成水(3]。由于这些活动、生理的ROS水平很低。然而,高水平的ROS,防御系统可以被淹没导致细胞损伤。正常的细胞可以维持和容忍背景水平的损伤,但如果出现失衡,那么细胞损伤将会增加。这种损伤可能导致细胞内的重要修改目标,如DNA、蛋白质和脂质,调节生存信号级联。在分子水平上,损坏的程度取决于许多因素,包括活性氧的生产,反应性的目标,和金属离子的可用性。修改后的蛋白质和脂类可以被正常的细胞营业额,但DNA损伤需要特定的修复机制。当线粒体DNA氧化的目标,它会导致突变,重组,和线粒体转录错误损害重要组件,最终导致更多的氧化应激和细胞死亡。幸存的细胞分子的修改会引起基因表达的改变,以及根据ROS曝光的严重程度和持续时间,prosurvival或proapoptotic反应通路可能被激活。
Oxidative-stress-induced破坏DNA和大分子与许多疾病的发生和发展包括心血管疾病、神经系统一种退化(如阿尔茨海默病、缺血性中风),和癌症,以及正常的衰老过程。肿瘤细胞有高水平的ROS,研究表明氧化应激水平升高和/或氧化DNA损伤在人类恶性肿瘤相对于正常细胞(4,5]。代ROS在复杂我的电子传递链(等),被称为“复杂我综合症”,已经联系过修改在中枢神经系统(3,6]。相反,ROS的产生和RNS一些可取的免疫反应的一个关键特性,以应对由病原体激活,吞噬细胞产生活性物种,包括超氧化物、一氧化氮和过氧亚硝基能破坏受感染的细胞。
除了与疾病状态,有明确的证据表明药物引起的氧化应激在许多组织的毒性机制。如图2ROS在关键细胞目标产生影响,即DNA,脂质,蛋白质大分子(见图2)。ROS可能损坏这些关键细胞组件在分子水平上,与顺向活性氧对细胞生存的影响由激酶级联。这些因素可能在启动细胞死亡的一个关键作用在氧化的侮辱。
2。细胞ROS的目标
2.1。DNA损伤
在一个细胞,估计有105氧化损伤形成日常(7]。DNA氧化导致病变的形成包括氧化基地(嘌呤和嘧啶),步行不能的网站(也称为apurinic / apyrimidinic(美联社)网站),和DNA单和/或双链断裂。鸟嘌呤是最敏感DNA基础由于其低氧化潜力,并且有多个氧化鸟嘌呤的产品(8]。两个最常见的修改8-oxo-7, 8-dihydroguanine (8-oxoGua)和2,6-diamino-4-hydroxy-5-formamidopyrimidine (FapyGua),这源自的氢氧自由基C8鸟嘌呤环的位置,生产一个8-hydroxy-7, 8-dihydroguanyl激进,然后可以氧化8-oxoGua或者减少给ring-opened FapyGua [9]。修改相应的腺嘌呤、8-oxo-7 8-dihydroadenine (8-oxoAde)和4,6-diamino-5-formamidopyrimidine (FapyAde),也生成。进一步嘌呤氧化应激产生的病变包括2-hydroxyadenine (2-OH-Ade)、黄嘌呤和次黄嘌呤,是产品脱氨基作用的鸟嘌呤和腺嘌呤,分别和8、5′-cyclo-2′脱氧鸟苷(cyclo-dG)和腺嘌呤等效cyclo-dA [10]。
所有的DNA氧化产品,8-oxoGua是最丰富的,稳定,良好的研究,因此常用的氧化应激的生物标志物。强烈promutagenic病变,因为它促进了不匹配的dATP代替dCTP对面病变在复制,导致GC TA颠换(11]。据估计,有一个稳态水平的大约每10一个8-oxoGua病变6正常核苷(12]。ROS也可以反应dGTP核苷酸池中形成8-oxoGua。因此,在DNA复制,8-oxoGua可以被纳入DNA相反的直流或dA模板链,导致在CG颠换(13]。8-oxoAde研究远低于8-oxoGua但据报道3 - 4倍不如8-oxoGua诱变在哺乳动物系统(14]。
羟基自由基与嘧啶反应(胸腺嘧啶和胞嘧啶)的职位5或6环生产一些病变,最丰富的5,6-dihydroxy-5, 6-dihydrothymine(胸腺嘧啶醇)和5,6-dihydroxy-5, 6-dihydrocytosine(胞嘧啶醇)。胞嘧啶脱氨基和脱水的产品给尿嘧啶醇,5-hydroxycytosine (5-OH-Cyt)和5-hydroxyuracil (5-OH-Ura)。pyrimidine-derived病变,5-OH-Cyt和5-OH-Ura潜在premutagenic病变导致GC在转换和GC CG颠换(15]。技术和方法测量氧化DNA损伤(通常8-oxoGua)包括高效液相色谱法(HPLC)、气相色谱质谱(gc - MS),液体chromatography-tandem质谱(质/ MS),和单细胞凝胶电泳(彗星)试验16]。
几个DNA修复途径可以防止氧化DNA损伤的有害影响。氧化的主要修复通路基础病变,包括8-oxoGua基地切除修复(BER) [17]。氧化系统识别和维修基地,美联社网站,DNA单链断裂,烷基化基地、脱氨基基地,基地不匹配(4]。系统使用特定的糖基化酶释放受损离开美联社站点基础,其次是步行不能的网站启动的流程,填缝,和DNA结扎,糖基化酶的共同不管用。几个DNA糖基化酶具体识别和移除8-oxoGua在人类细胞,主要是8-oxoGua糖基化酶(OGG1) [14]。人类OGG1也承认与货物其他几个氧化损伤,包括FapyGua和8-oxoAde [11]。Formamidopyrimidine-DNA糖基化酶(台塑MutM)特定的氧化嘌呤,包括8-oxoGua FapyGua, FapyAde和其他ring-opened嘌呤(18,19]。核酸内切酶III承认氧化嘧啶,包括胸腺嘧啶醇和尿嘧啶醇(20.,21]。其他糖基化酶识别氧化损伤包括n,尼尔,MYH [10]。Cyclo-dG和cyclo-dA可能基质对核苷酸切除修复(NER),而不是数量。尼珥删除一个包含病变的寡核苷酸,而不仅仅是受损的基础。过程复杂,涉及多个损伤识别和切口蛋白质、DNA合成和结扎10]。FapyGua FapyAde apurinic网站的潜在的前兆,自开咪唑环是增加他们的水解不稳定性N-glycosidic债券。这是很常见的,可以发生自发地或通过DNA糖基化酶酶学在误码率(22]。美联社网站不被认为是致命的,除非在高水平,如果存在,预计阻止DNA聚合酶(23]。
高水平的DNA损伤可能超过细胞修复能力,生成的基因突变,并引发细胞凋亡。它已经表明,肿瘤抑制基因p53是一个重要的监管机构ROS-induced DNA损伤的细胞反应。p53激活转录因子,诱导目标基因参与细胞周期阻滞,DNA修复和细胞凋亡。例如,p53参与传感DNA氧化损伤和调制的误码率函数响应持续ROS压力(24]。严重的ROS的压力下,高水平的DNA损伤引起持续积累/激活p53导致受损细胞诱导细胞凋亡。因此,与高水平的细胞DNA损伤消除维护整个细胞群的遗传完整性。
2.2。脂质损伤
氧化应激可以诱导radical-mediated细胞生物膜损伤导致脂质过氧化反应,将不饱和脂质转化为极性脂质氢过氧化物。脂质过氧化作用也会导致生成各种氧化产品,包括活性亲电试剂、环氧化合物、醛等,能够修改DNA、蛋白质、和其他大分子。例子包括丙二醛(MDA), 4-hydroxy-2-nonenal (HNE) 2-propenal(丙烯醛),可以测量和isoprostanes作为间接氧化应激指数(25]。MDA与核酸碱基反应生成dG, dA,直流加合物(26),诱变(27]。脂质过氧化损害正常细胞功能通过增加膜流动性,使钝化膜结合受体或酶,促进排出胞质溶质(28]。它也与人类疾病(25)如癌症(29日)、糖尿病(30.),急性肺损伤(31日),阿尔茨海默病(32),和帕金森病(33]。MDA稳定蛋白加合物形成的免疫原性,自身抗体的血清浓度与MDA-modified据报道赖氨酸残基的负担,并可能预测进展,动脉粥样硬化和心肌梗死34]。
2.3。蛋白质损伤
Oxidation-sensitive蛋白质磷酸酶、激酶、转录因子和代谢酶,因此,蛋白质氧化能产生重大影响细胞内稳态通过直接影响细胞信号传导,细胞结构,酶代谢等过程。特定的蛋白质比其他人更容易氧化。易感因素包括oxidation-sensitive氨基酸残基的相对含量,例如,蛋白质酪氨酸磷酸酶,增殖蛋白激酶激酶6中,转录因子核因子,都含有半胱氨酸氧化敏感(35- - - - - -37]。其他易感因素包括存在的网站,蛋白质本地化的细胞,分子构象,降解率(28]。新合成的蛋白质可能是最容易受到氧化损伤,表明蛋白复合物提供了完整的折叠,纳入保护从oxidation-driven退化38]。Oxidation-sensitive蛋白质通常与特定代谢途径或能量代谢等功能(例如,3 -磷酸甘油醛脱氢酶(GAPDH)和肌酸激酶),线粒体蛋白质,陪伴,ubiquitin-proteasome系统的成员。
氧化代谢酶,如那些参与糖酵解和三羧酸循环有助于进一步氧化应激。抑制GAPDH加速糖酵解过程导致ATP生产整体的损失(39]。据报道,增加H2O2暴露导致抑制GAPDH [40]。GAPDH通过抑制氧化应激也可能参与细胞凋亡和细胞信号的调制41]。酶在柠檬酸周期也可能是重要的细胞功能障碍引起的氧化应激。在不同氧化条件下,这些酶的活动的几个已经被证明是减少42]。
蛋白质氧化可以诱导多种方式包括metal-catalysed氧化、oxidation-induced乳沟,氨基酸氧化和脂质过氧化反应产品的结合(43]。其中,最常见的机制诱导蛋白质氧化metal-catalysed氧化。这需要金属离子如铁(II)或铜(I)在蛋白质与金属结合位点结合,然后与H反应2O2生成羟基自由基攻击邻近的氨基酸残基(44]。第二个机制是ROS-induced乳沟肽债券后一代的二酰胺或烷氧基的激进分子α酰胺化途径。这些途径导致不同的肽片段的乳沟,通过二酰胺二酰胺和异氰酸酯形成通路,和酰胺N- - - - - -α通过形成酮脂酰α酰胺化途径(45]。通过侧链氨基酸可以直接修改与活性氧反应。最敏感与芳香族氨基酸的侧链组,例如,苯丙氨酸和组氨酸,和含巯基组,例如,蛋氨酸和半胱氨酸。半胱氨酸也容易oxidant-induced交联。氧化修饰的含硫氨基酸可以是可逆的。例如,蛋氨酸的氧化,这是其中一个最oxidation-prone氨基酸残基,可以逆转蛋氨酸亚砜还原酶酶。
去除氧化和受损蛋白质从细胞对体内平衡至关重要。氧化蛋白质是通过蛋白酶体和溶酶体降解途径。蛋白酶体是主要途径调控温和氧化蛋白质的降解短肽。泛素化允许将靶蛋白被蛋白酶体和针对蛋白质降解。泛素然后回收。氧化蛋白质也可以没有泛素蛋白酶体的退化(46]。
在氧化过程中,几个氨基酸残基(如精氨酸、脯氨酸、组氨酸、赖氨酸)不可逆转地形成羰基产品,最常见的测量生物样品中的蛋白质氧化的产物。高度敏感的方法可用于羰基检测包括高效液相色谱电化学检测或质谱、酶联免疫吸附试验(ELISA)和免疫组织化学47]。羰基形成提供了一个标记为损坏的蛋白质被蛋白酶体降解灭活。如果不是退化,羰基可以进一步的反应α氨基酸赖氨酸残基组,导致内部或分子间交叉连接的形成可以促进high-molecular-mass聚集的形成(43]。总量是非常耐药蛋白水解作用,可以作为抑制化合物对蛋白酶体和溶酶体降解途径。可以高细胞毒性蛋白总量,改变细胞功能和导致坏死或凋亡。聚合物的特性与年龄相关的疾病,如帕金森病和阿尔茨海默病,和癌症(28]。
2.4。激酶的调制信号
激活的蛋白激酶调节细胞信号级联控制增长,扩散,生存在细胞外和细胞内刺激。它很确定多个激酶信号通路受到活性氧的影响([48)审查)和激酶激活是检测的关键启动细胞氧化应激和转导信号响应。
ROS的生物效应的关键介质包括增殖蛋白激酶(MAPKs),细胞凋亡信号调节激酶1 (ASK1), p38和c-Jun n端激酶(物),以及phosphotidylinositol 3-kinase (PI3K) /蛋白激酶B(一种蛋白激酶)通路,酪氨酸激酶(表皮生长因子受体,如木菠萝、Src PGDFR),和蛋白激酶c .激酶之间的相互作用产生各种可能的信号级联,这可能最终的输出对体内平衡的影响通过细胞存活率和细胞死亡信号。
Kinase-dependent proapoptotic信号是一个重要的氧化应激反应,有很多可能发生这种反应的途径。例如,ASK-1可能充当ROS-induced细胞凋亡的重要中介。这张地图激酶激酶激酶被激活的细胞压力,尤其是氧化应激,并能使磷酸化,激活物和p38蛋白质通过mitochondria-dependent诱导细胞凋亡的机制涉及细胞色素c的释放和caspase-3 / 9激活(49,50]。在正常情况下,ASK1的氨基端地区是受硫氧还蛋白(硫氧还蛋白)和激酶活性受到抑制。然而,氧化应激条件下,氧化Trx dimerises ASK1分离,oligomerises和能够自身磷酸化,激活下游MAPK蛋白质,物和p38。在这种级联,硫氧还蛋白作为氧化还原传感器促进MAPK-mediated凋亡ROS,这与它的内在促进蛋白质的抗氧化作用降低半胱氨酸thiol-disulphide交换。激活物和p38是proapoptotic反应。激活物可能把原子核,磷酸化,激活c-Jun。c-Jun AP-1转录复合体的一部分,可以调节proapoptotic基因的表达,如肿瘤坏死因子-的成员α家庭。物也可能把激活proapoptic线粒体蛋白质,如“BH3-only”小组的成员的bcl - 2家族(例如,出价,Bim),或抑制/对抗凋亡bcl - 2和Bcl-x的活动l蛋白质(了51])。这可能激活半胱天冬酶信号级联通过促进线粒体膜内的细胞色素c的释放。物(和其他MAPKs)肿瘤抑制基因p53蛋白磷酸化,强调的关键中介proapoptotic反应时积累的细胞。p53通常保持低水平通过Mdm2-dependant退化(Mdm2蛋白功能的泛素连接酶和抑制剂p53转录激活),但磷酸化扰乱Mdm-2绑定,导致积累,并允许p53促进转录upregulation proapoptotic基因。
虽然氧化应激主要被认为是有害的后果,活化激酶信号级联的ROS可能是保护和促进细胞的生存。一个有趣的例子是PI3K / Akt通路的激活。完善,PI3K激活和随后的磷酸化/ Akt激活促进细胞生存,例如,在应对由多肽生长因子刺激(了52,53])。从力学上看,Akt促进细胞生存通过proapoptotic Bcl2家庭的负调控蛋白,包括坏磷酸化的PI3K / Akt途径在体外和在活的有机体内(54]。除了prosurvival通过PI3K / Akt信号通过生长因子,它已经表明,活性氧可能导致细胞生存,并可能防止损伤引起的氧化应激通过PI3K和Akt激活。例如,磷酸化和Akt激活发生在应对NAPDH oxidase-dependent活性氧积累在单核细胞,这与感应细胞生存的55]。此外,PI3K激活可以通过调解启动抗氧化基因的表达的转录因子Nrf2核易位可能结合,与加复杂,抗氧化反应元素(战神)和启动抗氧化基因的表达(56]。它最近被证实,抗氧化类黄酮,表达MnSOD增加通过PI3K / Akt信号通路的激活和upregulation进行调节,Nrf2-dependent基因表达(57]。
3所示。药物引起的氧化应激机制的毒性
药物引起的氧化应激有牵连的机制在许多组织和器官系统毒性,包括肝、肾、耳,和心血管和神经系统。良好的药物相关的不良事件,氧化应激可能贡献,包括癌症治疗的例子,非甾体抗炎药(非甾体抗炎药),抗逆转录病毒药物,抗精神病药和止痛药,如表中所示1。虽然不是,一个全面的清单,表中的示例1用来说明不同疗法的潜力与氧化应激引起不同的毒性是一个关键因素。
药物引起的氧化应激的程度机制特征各不相同。代谢的药物可能会生成一个活性中间体,可以减少直接生成活性氧分子氧,作为阿霉素下面讨论。氯丙嗪是一个有趣的例子,光活化皮肤被认为是可能导致皮肤光毒性(sunburn-like反应和色素沉着过度),这是一个出名的不良事件与此相关化合物(58]。Photodechlorination转换氯丙嗪与随后的激发态能量转移分子氧和代兴奋的单线态氧和过氧化物种。这些物种可能会与DNA和大分子反应如上所述,引发皮肤适应性或毒性反应。其他药物,有证据表明细胞ROS的高度反应药物暴露和证据牵连到ROS和氧化应激在毒性即使ROS生成的机制具有不完全。在本节中,我们将讨论进一步氧化应激参与药物毒性的证据,使用阿霉素的例子,叠氮胸苷,顺铂。在图3常见的机制,氧化应激与这些药物对治疗的反应会导致组织毒性。
3.1。阿霉素
阿霉素(阿霉素)是一种蒽环霉素抗生素广泛应用于众多的化疗方案治疗血液学的和固体肿瘤。抗肿瘤的活动是由夹层的DNA,防止复制和蛋白质合成,并抑制拓扑异构酶II,防止拓扑异构酶II-dependent religation双链断裂后(59,60]。虽然有效的抗癌药物,毒性存在剂量依赖的相关性(定性为急性或早/晚发性慢性进行性心肌病)是一个很好的描述阿霉素治疗的副作用,是一个主要的限制它的使用。
急性心脏事件的强力霉素现在少见,通常是可逆的,但可能包括急性心动过速、低血压和心脏衰竭由于高剂量。早发性慢性作用通常发生在治疗或在1年之内,而晚发型慢性影响,例如心脏扩张,可能发生长与强力霉素治疗后已经停止,不得出现临床直到20年后开始强力霉素治疗(61年]。慢性影响可能导致致命的充血性心力衰竭。
对心脏组织机制的影响已经深入调查。自由基的形成,脂质过氧化反应,线粒体功能障碍,改变钙处理、DNA损伤、p53积累和proapoptotic信号级联激活/抑制的生存信号都被牵连。尽管这些机制还没有完全阐明,是多因素疾病,有大量的证据来支持一个关键的角色在临床上Dox-induced氧化应激相关的毒性。
3.1.1。由阿霉素ROS的形成
阿霉素可能产生ROS由多个机制(62年,63年]。通过线粒体降低阿霉素的一个电子还原酶可以生成蒽环霉素半醌自由基(64年]。在有氧条件下,这些都是不稳定的,容易减少活性氧分子氧超氧化物阴离子和H2O2(65年]。铁之间的反应和阿霉素也可能产生活性氧。氧化还原反应后的阿霉素与铁(III)可能产生铁II-Dox自由基,减少氧气的能力。
的氧化应激产生的自由基生成增加心肌细胞可能导致多种副作用包括能量失衡,扰动在线粒体的功能,激活与压力相关的信号通路(p38和物等),p53积累,最终,细胞死亡。为了说明这一点,在老鼠身上的研究表明阿霉素诱发海拔在ROS, DNA损伤,激活共济失调telangiectasia-mutated (ATM)激酶信号、p53的积累,心肌细胞死亡。类似Dox-induced事件,当以培养小鼠心肌细胞,未见的自由基清除剂的存在。有趣的是要注意,ATM激酶抑制DNA损伤(信号)Dox-induced p53的积累减少,表明DNA损伤和细胞凋亡之间的联系对阿霉素的反应。此外,在转基因小鼠缺乏p53、bcl - 2 overexpressing心脏组织,强力霉素心肌损伤,包括收缩功能障碍和肌细胞凋亡,是减毒66年]。
3.1.2。线粒体在Dox-Induced毒性
可能导致心肌细胞的敏感性Dox-induced损伤可能是阿霉素的高亲和力的线粒体磷脂双磷脂酰甘油(67年),局部内线粒体膜和线粒体的关键结构,功能和心肌细胞的能量代谢。作为心脏组织依赖于氧化代谢,它富含线粒体。因此,不成比例的积累通过与阿霉素在线粒体心磷脂可能导致显著增强活性氧生成心脏组织。线粒体肿胀,两极化,扰动能量,调节异常的线粒体钙信号都被报道后暴露在阿霉素在体外或在活的有机体内(68年- - - - - -70年]。随之而来的混乱的钙信号通路和calcium-dependent ATP合成,这可能导致从线粒体结构和功能的扰动可能关键贡献者在心肌细胞的毒性,通过诱导细胞凋亡(71年]。此外,为了进一步说明对阿霉素mitochondrion-dependent凋亡的潜在反应,单一剂量的阿霉素老鼠与细胞色素c的释放(绑定在线粒体心磷脂膜)和增加proapoptotic半胱天冬酶3活动(72年),就可以启动凋亡退化。
临床数据显示可能恶化ROS-mediated与治疗心脏毒性,扰乱自然细胞氧化应激反应,即使这种疗法可能不是ROS-mediated造成明显损害。曲妥珠单抗人源化单克隆抗体对人类表皮生长因子受体2 (HER2)。曲妥珠单抗治疗与心血管毒性在her2阳性乳腺癌相关管理结合蒽环霉素。与阿霉素作为氧化应激反应,心肌生存信号通路被激活。这是刺激HER2的关键组成部分能够通过阻断Bcl-x保护心肌细胞l/半胱天冬酶3-mediated细胞凋亡。然而,这自然适应性反应抑制的曲妥珠单抗,和proapoptotic应对ROS-mediated阿霉素毒性在心肌细胞会进一步扩大。三期临床试验的数据分析与曲妥珠单抗了心脏疾病症状的发生率更频繁和更严重的患者先前历史的强力霉素治疗或联合曲妥珠单抗和阿霉素的患者(73年- - - - - -75年]。
3.1.3。Dox-Induced心血管损伤的预防
氧化应激是ROS升高的结果,衰减的观察阿霉素毒性可以通过提高抗氧化剂进一步支持氧化应激作为调停者的角色阿霉素毒性的心。
广泛的数据已经在许多模型生成系统显示,政府从Dox-induced抗氧化剂保护心肌细胞损伤。分子研究的范围是不同的,包括植物提取物、维生素C和E,β受体阻滞剂的卡维地洛、左卡尼汀,n -乙酰半胱氨酸常辅酶Q10, dexrazoxane [76年,77年]。结果在体外和临床前在活的有机体内研究常常引人注目和显示ROS-induced减少心肌细胞损伤。例如,当注射到大鼠口服,卡维地洛阻止Dox-induced脂质过氧化和心肌病(76年]。最近,据报道,镇静剂2,6-diisopropylphenol(异丙酚)变弱氧化应激和细胞凋亡在Dox-treated新生儿心肌细胞培养的大鼠(78年]。在这项研究中,异丙酚反击Dox-induced ROS生产、线粒体膜电位的影响,细胞色素c的释放,半胱天冬酶3活动,和细胞凋亡。最后,有趣的是,在体外和在活的有机体内(老鼠)Dox-induced损害心肌细胞(包括DNA损伤、细胞凋亡和收缩功能障碍)是改善政府的他汀类药物(pitavastatin 3-hyroxy-3-methylglutaryl-CoA还原酶抑制剂),通过其抗氧化作用和抑制的鸟苷三磷酸酶Rac1,监管者NAPDH氧化酶活动(66年]。
同时临床前数据说明之间的联系antifree激进的治疗和衰减Dox-induced心肌病,临床情况不太清楚,政府的许多抗氧化剂分子未能显示出引人注目的Dox-treated患者的心血管效应(79年]。然而,证据支持使用Dexrazoxane bis-dioxopiperazine复合FDA批准和EMA减少的发生率或严重性在乳腺癌患者谁收到了阿霉素心肌病300毫克/米2。Dexrazoxane螯合物细胞内铁,这将抑制上述iron-dependent自由基的生产(80年]。分析与阿霉素dexrazoxane随机临床研究显示减少发生的毒性与阿霉素。主要数据显示阿霉素的疗效是不受影响的81年]。这些数据支持断言在心肌细胞氧化应激反应暴露于阿霉素是涉及临床毒性观察这种抗肿瘤药蒽环霉素。
3.2。叠氮胸苷
如上所述,除了药物接触后产生活性氧,线粒体氧化应激的毒性也是一个目标。作为一个进一步的例子,有证据表明,线粒体功能障碍由于氧化应激与毒性观察后长期管理叠氮胸苷(AZT)。AZT是第一个治疗艾滋病的抗逆转录病毒药物批准。作为一个强有力的核苷逆转录酶抑制剂,AZT阻止DNA合成病毒RNA,从而防止病毒复制。AZT管理长期结合其它抗逆转录病毒药物“高活性抗逆转录病毒疗法”方案(82年]。不幸的是,慢性AZT与管理几个副作用包括神经病变,心脏功能障碍,和骨骼肌病。临床上,除了肌病与艾滋病毒感染有关,AZT导致骨骼肌病变,一致的形态与线粒体异常(83年]。在培养人的肌肉细胞在体外AZT降低扩散,增加乳酸生产,减少细胞色素c氧化酶活性(84年),表明进一步的潜力AZT影响线粒体功能。
转基因老鼠在——或者overexpressing草皮被用来描述AZT-induced氧化应激在活的有机体内。损耗SOD与增强的心肌病,而小鼠的心脏保护overexpressing草皮或表达mitochondrion-targeted过氧化氢酶。这其中牵扯到的过氧化氢,作为氧化歧化作用的产物,在AZT-induced毒性。最近,直接检测和量化的ROS和RNS AZT已报告使用老鼠巨噬细胞模型系统,使特定的活性物种的识别。在这项研究中,细胞反应和AZT孵化通过释放活性物种包括过氧化和peroxinitrate [85年]。有趣的是,胸苷单独没有增加活性氧的释放/ RNS同样,表明叠氮基一半在氧化应激是很重要的。这个发现支持人类主动脉内皮细胞的研究,氧化应激、线粒体膜电位下降,乳酸增加释放(线粒体受损的指标由胞质糖酵解产生能量),和细胞死亡时观察孵化与AZT数周,而不是当孵化而(司他夫定)缺乏叠氮基集团(86年]。
3.3。顺铂
毒性药物引起的氧化应激有关发生在多个组织,和有趣的是独联体-diamminedichloroplatinum(顺铂)作为一种药物的一个例子,展品multiorgan毒性与氧化还原平衡作为一个可能的机制。顺铂是一种抗肿瘤药用于治疗睾丸、膀胱、肺、胃肠道和卵巢癌。临床、耳毒性、神经毒性(周围神经病变),神经毒性,和肾毒性(肾毒性),它已经表明,一些毒性残留白金级别之间有一个协会和严重程度的毒性5到20年后治疗(87年]。有证据支持cisplatin-induced氧化应激的作用在这些不利影响。
顺铂肾毒性限制了临床应用和主要影响S3的近端小管(PT) (88年]。它已经表明,顺铂通过有机阳离子转运蛋白进入细胞(10月)2 (89年],它在人类肾脏表达主要在基底外侧PT细胞的表面。运输通过OCT2可能负责积累顺铂在PT。实际上,它已经表明,OCT1和OCT2基因敲除小鼠免受严重cisplatin-induced肾小管损伤。此外,OCT2基因的单核苷酸多态性SLC22A2与减少cisplatin-induced肾毒性的病人(90年]。
这两个在体外和在活的有机体内顺铂被证明能增加氧化应激水平增加超氧化物阴离子,H2O2和氢氧自由基91年,92年]。再次,潜在的抗氧化剂和ROS拾荒者来防止cisplatin-induced肾毒性实验模型支持参与氧化应激的毒性(93年]。氧化应激的翻译肾功能损害已经证明在啮齿动物在活的有机体内。扰动在线粒体功能和完整性(如脂质过氧化的建议),损耗的关键抗氧化剂,膜电位的变化,改变钙处理、半胱天冬酶3激活和凋亡都被证明陪cisplatin-induced急性肾功能衰竭大鼠(94年]。
因此,自由基产生和消耗的抗氧化剂已经被证明在对顺铂肾管理。同样,据报道,衰减的内源性抗氧化剂生产是一个关键机制顺铂引起氧化应激的耳朵。与顺铂耳毒性观察发病率高,可能是急性或推迟,是不可逆转的,没有预防性的治疗方法是可用的。组织病理学,顺铂退行性的影响已经在螺旋器的外毛细胞,螺旋神经节细胞,条纹的边缘细胞vascularis [95年,96年]。有人建议,增加活性氧生成与顺铂耳毒性反应可能源于upregulation的烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸氧化酶类(NOX-1和NOX-4)。暴露在家乡HEI-OC1听觉毛细胞顺铂与增加氮氧化物亚型的表达和细胞毒性,而顺铂政府小鼠耳蜗中的氮氧化物表达式。相反,抑制氮氧化物使用核与减少ROS生产和半胱天冬酶3 HEI-OC1细胞激活,同时暴露出螺旋器外植体(非特异性)氮氧化物抑制剂防止cisplatin-induced头发细胞损失(97年]。这些数据凸显的一些分子机制可能支撑ROS生成的耳朵。它也表明,顺铂治疗的老鼠与损耗的耳蜗抗氧化剂谷胱甘肽过氧化物酶、谷胱甘肽还原酶,海拔在超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化氢酶活动和急性耳毒性(98年]。
鉴于cisplatin-induced假定的角色为氧化还原平衡耳毒性,这并不奇怪的otoprotectors提出了以发展临床策略来减轻患者听力损伤的风险。再次,一些代理商已经用于临床前研究包括L -N乙酰半胱氨酸、维生素E、别嘌呤醇,水杨酸andamifostine(了99年])。然而,翻译从实验系统保护作用对人可能很困难,就是明证whichamifostinewas的随机临床试验数据管理的病人接受顺铂:没有令人信服的证据thatamifostineprotected对耳毒性(One hundred.,101年]。
4所示。对未来的机会:个性化医疗
上面的示例显示潜在的ROS生成,在氧化剂内稳态扰动,线粒体功能障碍为临床相关药物的副作用。最近,有人建议,它可能会使用ROS测量预测潜在的化学光毒性(102年]。然而,对于上述毒性强调,显然是个人间的差异程度的毒性和易感性。未来有可能识别个体差异的原因并提出个性化医疗的机会吗?有数据表明,药物基因组学可能提供重要的见解。
Cisplatin-induced耳毒性似乎不仅取决于剂量,有明显毒性个人间的差异在病人接受类似的累积剂量顺铂(103年]。其他因素被认为是重要的,有人提出遗传变异可能是一个关键因素在决定对顺铂的影响。例如,在一项研究涉及到睾丸癌的173名幸存者,遗传变异的谷胱甘肽S-transferase(销售税)被描述为一个关键的行列式cisplatin-induced耳毒性:描述为有害和GSTM1基因多态性105年瓦尔-问题描述为保护(104年]。工作正在进行识别可能的遗传因素在顺铂耳毒性最近审查(105年]。鉴于努力识别特定的单核苷酸多态性和使用全基因组分析给洞察人口(s)可能是最容易受到这种副作用,也许在不久的将来可以识别易感性cisplatin-induced耳毒性基于遗传学和使用这个管理患者的听力损失的风险。
有证据表明的变异与阿霉素的运输和代谢相关的蛋白质,如SLC22A16运输车(106年]和SOD2 [107年]。因此,由基因决定细胞积累和Dox-induced氧化还原平衡的差异可能与阿霉素治疗的临床结果,包括毒性。然而,到目前为止,基因型,可以用来描述一个病人少容易子集Dox-induced毒性尚未确定(108年]。如果这样的基因型可以确定,它可能包括大量的遗传变异。最近,BRCA2状态之间的关系和易感性Dox-induced心脏损害已经建议(109年]。BRCA2,肿瘤抑制基因,编码的蛋白质参与染色体损伤的修复和是一个指标的增加乳腺癌和卵巢癌的风险。在淘汰赛老鼠缺乏BRCA2特别是在心肌细胞,强力霉素暴露导致毒性增加,增加的水平的细胞色素c的释放,p53积累,和心肌细胞凋亡109年]。除了直接确定凋亡的命运,p53可能均下调ROS生产:在严重的情况下细胞压力,p53基因的激活可能助氧化剂导致活性氧(海拔高度110年]。有趣的是,BRCA2条件胜过老鼠本身并没有表现出不良心脏表型,建议观察心脏影响不是由于BRCA2障碍但暗示BRCA2对Dox-induced毒性的易感性的状态是一个决定因素。有机会为BRCA2删除屏幕前瞻性,如果这些动物数据转化为男人,有机会来确定患者群体anthracycline-induced毒性的风险增加。总的来说,这些例子说明潜在的遗传差异来确定对两种药物的毒性,氧化应激可能是一个关键因素的不良事件。
5。结束语
这里给出的例子说明潜在的氧化损伤做出显著贡献的毒性在人。然而,尽管阿霉素、顺铂和AZT分子特征明显,临床不良反应已经很成熟,ROS的确切机制可能诱发他们的毒性作用还没有完全建立。氧化应激的贡献,新兴的新药安全性在很大程度上仍是个未知数。很明显,更多的数据被要求提供洞察个体易感性特定ROS-dependent毒性的机制。理解这种类型的个体差异和潜在的氧化还原作用表现为毒性越来越有价值不仅对现有的治疗方法,但对裁剪临床药物开发。