文摘
活性氧大多认为,引起各种细胞氧化损伤和缺血再灌注损伤后器官功能障碍。然而,他们也认为是至关重要的细胞信号转导的分子生物学。NADPH氧化酶,其只活性氧的生产函数,在许多细胞类型尤其是吞噬细胞进行了广泛的调查。NADPH氧化酶的缺乏炎症和延迟组织修复的过程中,导致慢性肉芽肿性疾病的患者。NADPH氧化酶1,NADPH氧化酶家族的一个成员,不仅是既定的表达在不同的组织,但也诱导增加mRNA和蛋白表达水平在许多情况下。NADPH氧化酶1及其派生的活性氧建议能够调节炎症反应、细胞增殖和迁移,细胞外基质的合成,导致组织损伤和修复的过程。
1。介绍
通用视图的主要作用活性氧(ROS)在生物学中是导致氧化损伤器官和组织遭受缺血再灌注损伤(1- - - - - -3)和灭活和清晰的微生物通过吞噬细胞呼吸的4]。高浓度的过氧化氢在临床上用于伤口消毒,这可能是有益的整体的伤口愈合,因为氧化损伤宿主组织除了细菌(5,6]。然而,低浓度redox-dependent ROS调节胞内信号转导途径的机制,促进组织修复的过程(6]。的信号转导分子,ROS控制大型阵列的生物过程,包括器官发育和细胞生长的规定和对环境刺激的反应4]。组织损伤和修复过程中,活性氧有害和有益的角色通过调节细胞损伤和促进细胞增殖和迁移。
最重要的一个来源的细胞内ROS的NADPH氧化酶(Nox),这是唯一的哺乳动物的酶致力于ROS生成。NADPH氧化酶酶复杂,由氮氧化物和其他胞质子单元,从分子氧催化ROS的产生。氮氧化物家族一直在广泛调查了许多细胞类型尤其是吞噬细胞(7]。ROS及其氧化剂被吞噬细胞对细菌和坏死组织清除至关重要。和氮氧化物的缺陷扩展了炎症和延迟组织修复的过程,导致慢性肉芽肿性疾病患者(CGD) (8]。NADPH氧化酶是进一步发现广泛的细胞如上皮细胞、成纤维细胞和血管内皮细胞(9]。大量的证据表明,NADPH氧化酶导致许多生理和病理生理学的起始和发展的事件,包括甲状腺甲状腺激素的生产,在多个器官缺血再灌注损伤,感染性休克,肥胖、癌症、神经变性,和心血管疾病,以及血管疾病(10- - - - - -12]。基于这些,氮氧化物及其派生的ROS提出伤口修复和再生中发挥至关重要的作用,通过调节炎症反应、细胞增殖和迁移,细胞外基质合成和沉积13,14]。
Nox1作为第一个发现同系物superoxide-generating NADPH氧化酶的催化亚基的吞噬细胞中表达多个器官和各种细胞类型,尤其是在结肠上皮细胞和血管平滑肌细胞(15]。除了组成型表达在不同的组织,Nox1诱导增加mRNA和蛋白表达水平在许多情况下,如促炎因子和生长因子刺激,紫外线(UV)辐射,缺氧,和机械损伤16- - - - - -19]。Nox1综述将集中在可能的角色在组织损伤和修复的过程主要是通过调节的功能修复细胞,即上皮细胞、成纤维细胞、内皮细胞和平滑肌细胞。
2。氮氧化物的家人和Nox1
在哺乳动物中,氮酶可分为三个亚科:一个包含Nox1-Nox4 (Nox1-Nox4子群),形成异质二聚体;的Nox5亚科;和Duox亚科(图1)。氮氧化物的家庭成员都是跨膜蛋白,交通电子穿过生物膜减少过氧化物氧。依照这个保存函数守恒有结构性氮氧化物酶的性质,是常见的所有家庭成员。从羧基末端开始,这些守恒的结构特点包括一个NADPH-binding站点细胞质羧基末端,FAD-binding地区邻近的NADPH-binding网站,六个守恒的跨膜域,和四个高度保守的heme-binding组氨酸在第三和第五个跨膜域(7,20.]。长细胞内NH2包含Ca终点站2 +绑定EF手域存在于Nox5和Duox蛋白质,从Nox1-4区分它们。并给予额外的北半球2终端跨膜域,组氨酸在第四和第六个跨膜域Duox蛋白(7]。
Nox1是第一个同族体Nox2被描述。的数量和外显子的长度Nox2 Nox1基因几乎相同。蛋白质水平,同样,有一个高度的序列身份Nox1之间(57%)和Nox2 [15]。像Nox2 Nox1广泛表达于多种细胞类型,包括血管平滑肌细胞、内皮细胞、子宫、胎盘、前列腺癌、破骨细胞、视网膜的周,以及在多个细胞系,如结肠肿瘤细胞系Caco2 HT29和肺上皮细胞系A549 [7,9,15]。然而,大多数结肠上皮细胞中高度表达。两个胞质单元所需Nox1生成过氧化物。一个是氮氧化物组织者1 (NoxO1)拥有相同的角色,而另一种是氮氧化物催化剂1 (NoxA1)相似。除了这两个胞质子单元,Nox1以及Nox2取决于膜单元(21,22]。然而,依赖Nox1亚基不那么严格的类似物Nox2 Nox3。像Nox2 Nox1的激活也取决于Rac1,它提供了一个主要的触发Nox1-dependent ROS生成(23]。
ROS Nox1等氮氧化物亚型可以实现细胞增殖的规定,分化、生存、细胞凋亡、代谢,和移民通过redox-sensitive半胱氨酸残基。一个很常见的有针对性的分子通过细胞内ROS蛋白酪氨酸磷酸化(中),控制巨大的蛋白质的磷酸化作用涉及细胞信号转导(24]。虽然确切机制目前未知,增殖蛋白激酶(MAPK)系统和磷酸肌醇3-kinase (PI3K)激活氮氧化物家族包括Nox1大量研究(图所示2)[24,25]。氮氧化物亚型中ROS也被建议等离子通道调节钾通道和膜和胞内钙通道。这些可能发生ROS-sensitive信号系统。有趣的是,氮氧化物酶可能可逆地改变被激活的细胞内钙(26]。此外,大量的证据表明,Nox-dependent ROS影响多种基因的表达,包括趋化因子、炎性因子,生长因子(27,28]。
3所示。Nox1在上皮细胞的激活和伤口修复
reepithelialization的过程是完成伤口愈合的关键。伤口边缘的上皮细胞和皮肤附属物增殖和扩散的伤口,最后形成一个伤口和环境之间的屏障。新兴的证据表明,ROS的氮氧化物和其他资源调节上皮细胞增殖。在生理条件下,Nox1主要存在于大肠上皮细胞,与更低表达在小肠(空肠、回肠)和子宫和前列腺29日]。然而,持续的表达Nox1 Rac1胞质蛋白,,被确认为一种过氧化物在人类永生的皮肤(HaCaT)和牙龈粘膜(GM16)角化细胞细胞株22]。尽管Nox2和Nox4 mRNA水平也发现在这两种细胞系,Nox1但不是Nox4 HaCaT和GM16细胞对蛋白质的检测,表明Nox1 redox-mediated信号中扮演着至关重要的角色与伤口愈合后组织损伤和人类角质细胞上皮肿瘤发生[22]。
迅速增加NADPH氧化酶活性和细胞内ROS也发现对人类角质细胞治疗后的无毒剂量UVA辐射,这是一个重大的环境压力对皮肤(17]。消耗NADPH氧化酶的催化亚基的Nox1对碘氧基苯甲醚使用小型干扰RNA (siRNA)阻塞UVA-induced ROS增加和UVA-initiated前列腺素E2(铂族元素2)的合成17]。提出的增加细胞内钙诱导激活Nox1 [17]。还演示了Nox1亚基的NADPH氧化酶是UVA-induced ROS和铂族元素的重要性2生产,这可能导致光敏性UVA Smith-Lemli-Opitz综合症患者(SLOS) [30.]。这些结果表明,UVA激活Nox1-based NADPH氧化酶产生ROS刺激铂族元素2合成和Nox1可能是一个适当的目标代理旨在阻止UVA-induced皮肤损伤和肿瘤推广。和另一个体外实验表明Nox1谎言下游BLT2和介导UVB-induced ROS HaCaT[生产和细胞凋亡31日]。这是进一步证实体内BLT2-blocking -overexpressing动物模型,它认为“BLT2-Nox1”相关通路起着关键作用的UVB-induced ROS生成和介导细胞凋亡在人类角质细胞(31日]。
使用刮伤活性测定,Nox1 Nox4 NADPH氧化酶的同功酶参与增强活性氧产量和迁移HaCaT细胞与肝细胞生长因子(HGF)和cotreatment转化生长因子-β1 (TGF -β1)(19]。Reepithelialization角质细胞的增殖和迁移的保证金是在伤口愈合的过程中主要事件。HGF和TGF -β1以及其他各种生长因子促进组织修复,增强角质细胞的增殖和迁移、成纤维细胞、内皮细胞、促进肉芽组织的形成(32,33]。另一项研究证实,调节生长因子、表皮生长因子家族的成员(EGF),也可以激活ROS生成通过Nox1 Nox2和进一步提高cofilin去磷酸化激活HaCaT角质细胞,促进细胞迁移(34]。因此,Nox1可能是有益的组织修复过程中通过参与reepithelialization生长因子诱导增强。然而,Nox1-generated ROS发现调解EGF-induced抑制ρ活动在人类结肠癌Caco2细胞,细胞迁移(可能需要35]。
像其他生长因子、细胞因子等炎性因子信号转导也Nox1和活性氧参与上皮细胞。Nox1负责ROS的快速生产IL-13和干扰素-γ刺激在人类肠道上皮细胞(36,37]。Nox1和ROS应对IL-13治疗,调节磷酸化ERK1/2和STAT6和进一步提高肠道三叶草的表达因子3 (TFF3)和Bcl-xl antiapoptosis因素,导致上皮恢复和伤口愈合36]。有趣的是,Nox1也可能诱发的增加表达同系物Nox4和Duox2 IL-13治疗肠道上皮细胞(36]。
Nox1证明来呈现人类永生的牙龈粘膜角化细胞耐药对Ca2 +/血清诱导分化[38]。Nox1-transfected细胞快速分裂产生耐药细胞,含有不同数量的波形蛋白和K8 / K18,与恶性进展相关的不同类型的人类上皮肿瘤(38]。和Nox1测量被表达在结肠癌样本和癌症细胞系Caco2 HT29, T84和人类黑色素瘤细胞系,可能可以促进癌细胞迁移和入侵29日,39,40]。这让我们担心Nox1可能是其中一个至关重要的信号触发上皮肿瘤的形成来源人经历太多紫外线辐射和患者慢性伤口。然而,证据也提出,Nox1不是促有丝分裂的氧化酶,表明Nox1函数作为差异化的专业phox-like酶结肠上皮细胞(29日]。
在肠道上皮细胞和皮肤角质细胞,Nox1可能是活性氧的主要来源在肺上皮细胞缺氧损伤和感染流感病毒(18,41]。所有这些确认Nox1的至关重要的作用在生理稳态和病理上皮组织的发展,包括防御细菌入侵和辐射损伤的肠道和皮肤上皮细胞,促进细胞增殖和迁移在伤口愈合和肿瘤发生。
4所示。Nox1和活性氧的影响ECM沉积和纤维化
纤维母细胞和myofibroblast细胞,细胞外基质(ECM)的主要来源,尤其是胶原纤维,在伤口修复是不可或缺的。Nox1以及Nox4 Nox5持续表达的人类角膜基质成纤维细胞在mRNA水平,导致超氧化物的主要来源(42]。Nox1 mRNA转录的小鼠胚胎成纤维细胞(mef)可以提高钙离子载体ionomycin剂量依赖性的方式(43]。表示对成纤维细胞或诱导表达Nox1起来从而Nox1-dependent超氧化物可能潜在的调节基因表达和参与炎症和创伤修复的过程,作为第二信使信号。
NIH3T3细胞过度mox1(也称为Nox1)所示增加超氧化物生成和细胞生长(15]。转染细胞也改变了外观、显示anchorage-independent增长,产生肿瘤在无胸腺的老鼠15]。在另一项研究中,Nox1-generated氧化剂被证明表达下调ρ活动通过失活的低分子量蛋白质酪氨酸磷酸酶K-Ras-transformed正常大鼠肾脏成纤维细胞,导致破坏肌动蛋白纤维应力和局部粘连(35]。此外,纤维母细胞Nox1也证明与TRADD形式复杂,RIP1 Rac1,负责TNF-induced在小鼠超氧化物生成纤维肉瘤L929细胞和MEF细胞(44]。造成大量过氧化物增加TNF诱导这些细胞长期c-jun n端激酶(物)活化,最终导致细胞死亡,而击倒Nox1使用核抑制细胞坏死(44]。
TGF -的纤维变性的因素β在糖尿病和纤连蛋白诱导表达更多环境通过Nox1之间的相互作用和间接宾语(诱导一氧化氮合酶)45]。纤维化因素的增加表达建议糖尿病患者肾脏纤维发生的主要机制之一。NADPH氧化酶抑制剂和抗氧化剂降低了TGF - profibrotic因素的表达β和胶原蛋白积累培养的肾小球系膜细胞(46,47]。和体内研究表明,干预和各种抗氧化剂或NADPH氧化酶抑制剂apocynin对肾纤维化(有有益的影响48,49]。然而,并没有直接或间接证据表明Nox1而不是其他氮氧化物家庭成员在肾纤维化中发挥至关重要的作用。
matricellular蛋白CCN1(也称为CYR61: cysteine-rich蛋白质61),调节不同的细胞功能,包括细胞粘附、迁移、分化、和生存在一个程控和上下文相关的方式,是在网站伤口修复的动态表达50]。CCN1,肉芽组织中高度表达在皮肤的伤口愈合,使成纤维细胞衰老和移植antifibrotic基因的表达限制纤维化组织创伤修复过程中(51,52]。它可以通过绑定到整合素诱导成纤维细胞衰老α6β1和硫酸乙酰肝素蛋白聚糖,进一步诱发DNA损伤反应通路激活p53和Rac1-Nox1复杂。CCN1是独一无二的ECM蛋白质作为cell-adhesive衬底中触发一个健壮的和持续的活性氧积累必要的衰老。激活Nox1 ROS-dependent激活的结果/通路,导致衰老和伴随antifibrotic基因的表达(52]。因此,CCN1-Nox1依赖纤维母细胞衰老反应在皮肤损伤在伤口愈合功能抑制纤维化。
5。Nox1调节血管损伤和新血管的形成
内皮细胞和平滑肌细胞的血管系统发挥核心作用在组织损伤、血管生成和血管重建和修复,包括缺血性心脏病,外周动脉疾病,急性肺损伤,伤口愈合。血管生成新血管生长的过程,取决于细胞增殖,迁移,形成毛细管,部分受氧化还原系统。ROS对血管细胞的影响是严格监管和依赖的数量和地点生产prooxidant以及细胞内的平衡和抗氧化酶活性。低水平的ROS似乎生理和有益的细胞在修复血管生成信号反应缺血和伤口愈合6,53),而过量的活性氧导致内皮细胞和平滑肌细胞损伤和功能障碍54]。血管系统,发现Nox1信使rna主要在血管平滑肌细胞而不是外膜细胞,而Nox2本地化主要在内皮和外膜细胞,和Nox4十分表示在所有的船成分(55- - - - - -57]。和最近,氮氧化物亚型(Nox1-5)被证明存在于人类心血管细胞,和全细胞和核Nox1据报道是相似的在人类血管内皮细胞和平滑肌细胞(58]。Nox1被认为是血管physiopathological变化密切相关,如血管紧张素II-induced高血压和主动脉夹层(59,60和糖尿病动脉粥样硬化发展的载脂蛋白E-deficient老鼠61年]。
血管内皮生长因子(VEGF)及其受体VEGFR扮演不可或缺的角色在组织损伤后血管新生。强有力的血管生成生长因子VEGF,主要通过VEGFR2 (KDR / Flk1),刺激细胞增殖,迁移,细胞骨架重组和管状内皮细胞的形成。VEGFR激活通过二聚作用和自身磷酸化酪氨酸残基的细胞质激酶结构域(62年]。受体激活后跟激活下游信号通路如增殖蛋白激酶,PI3激酶,Src, Akt,和以挪士,这是必不可少的诱导内皮细胞迁移和增殖和促进血管生成54,62年,63年]。NADPH氧化酶是内皮细胞活性氧的主要来源之一。VEGF可以激活NADPH氧化酶和诱导活性氧的产生,进而可以增加VEGF的表达和VEGFR和参与VEGFR磷酸化,细胞增殖和迁移64年,65年]。在内皮细胞活性氧的主要生产商认为Nox2 Nox4,黄嘌呤氧化酶以及以挪士,而不是Nox1 [66年]。然而,Nox1被发现用正弦激活内皮细胞表达(NP31)。Nox1 mRNA的表达增加了约6倍NP31 /激酶细胞(转换引入的持续激活形式VEGFR1激酶),Northern [67年]。Nox2 NP31细胞表达和诱导表达Nox2转换NP31 /激酶细胞检测(67年]。小干扰rna治疗未能抑制体外tubulogenesis Anti-Nox1,表明Nox1 Ras和其他分子参与了一起VEGFR1 kinase-derived tubulogenic通路通过活性氧67年]。
Nox1和过氧化氢的超表达NIH 3 t3细胞以及du - 145细胞触发转换演示之前休眠肿瘤血管生成表型,这表明休眠肿瘤活性肿瘤的进展。Nox1过氧化氢浓度的增加导致了近10倍,4倍诱导VEGF mRNA在NIH 3 t3细胞,和高层表达VEGFR1 VEGFR2在新血管生长65年]。Zymographic分析还表明,Nox1表达诱导基质金属蛋白酶的增量MMP-9生物活性(65年]。蛋白酶的平衡和antiprotease维管组织的活动被认为发挥重要作用在主动脉夹层和动脉瘤的发病机理以及血管生成的过程。基质金属蛋白酶被认为有利于血管疾病的发病机制,促进新血管的形成,而特定抑制剂的金属蛋白酶组织抑制剂(TIMPs)被认为是预防。在高血压动物模型中,血管紧张素ⅱ增加TIMP-1 mRNA水平Nox1缺陷小鼠和野生型小鼠,但增加TIMP-1信使rna蛋白质含量比野生型更非常Nox1缺陷小鼠鼠(60]。这表明Nox1可以改变蛋白酶和antiprotease平衡,这是维管组织损伤和伤口愈合的关键。
除了内皮细胞、血管平滑肌细胞参与新船开发通过细胞迁移、增殖和细胞外基质生产后组织损伤。Nox1及其氧化剂显示体外促进血管平滑肌细胞增殖和neointima形成引起尿激酶纤溶酶原激活物(uPA) [68年]。基本成纤维细胞生长因子(bFGF)诱导血管平滑肌细胞的迁移是由Nox1 Nox4,而是通过适配器蛋白质桩蛋白的磷酸化,这是必不可少的迁移和分泌基质金属蛋白酶(16]。和体内动物实验证明Nox1 Nox2从内侧和新生内膜平滑肌细胞和外膜成纤维细胞的增加超氧化物生产3大鼠颈动脉球囊损伤后15天内(69年]。激活Nox1和氧化应激可能是平滑肌表型调制在再狭窄的关键。此外,钢丝股动脉创伤性neointima形成,增殖和凋亡,减少Nox1敲除小鼠(70年]。相对于野生型细胞,体外培养Nox1平滑肌细胞表现出更多的磷酸化cofilin(肌动蛋白解聚的监管机构)基底和PDGF刺激后,不改变cofilin表达式(70年]。磷酸化的cofilin Ser3抑制其活动,负责减少迁移Nox1缺乏细胞(70年]。
然而,似乎Nox1也能抑制内皮细胞增殖。治疗慢性原发性人类脐静脉内皮细胞与白藜芦醇(10μ米)活性氧水平升高(主要来自Nox1和Nox4)与S期细胞的积累(71年]。这表明Nox1和其他氮氧化物蛋白在血管系统有一个复杂的调节机制在不同条件下,这需要特定的靶向疗法的研究。
6。Nox1并从其他细胞ROS涉及细胞损伤和功能障碍
如上所述Nox1广泛表达于各种细胞类型除了上皮细胞、内皮细胞、血管平滑肌细胞。Nox1 BeWo绒毛膜癌细胞中表达,可以激活表皮生长因子(72年]。这是进一步的证据证实胎盘组织Nox1合胞体滋养层局部,在绒毛血管内皮细胞,在某些基质细胞,增加在子痫前期患者(72年]。此外,Nox1蛋白质的表达和ROS增加胰腺β细胞的促炎细胞因子刺激,这可能导致细胞功能障碍和死亡(73年]。此外,Nox1建议在精原干细胞自我更新通过扮演关键角色的激活p38 MAPK和物74年]。
7所示。Nox1和炎症
炎症损伤后组织修复的重要过程。中性粒细胞和巨噬细胞等炎性细胞活性氧的主要来源,这需要清除细菌和坏死组织。如上所述,Nox1的激活和快速生产活性氧可以通过炎性细胞因子诱导IL-13和干扰素-γ(36,37]。Nox1及其派生的ROS进一步参与细胞内信号传导过程中调节基因表达,导致细胞增殖,分化和组织修复。
活性氧可以作为主要的信号诱导组织损伤后直接炎症细胞的迁移。在斑马鱼幼体进行的一项研究中,一个快速和持续提高过氧化氢的伤口边缘检测在尾鳍的局部损伤,发生在招聘前的白细胞,这表明过氧化氢的来源是尾鳍上皮,不是白细胞13]。这一发现与活性氧分子的普遍观点发现伤口部位主要是由炎症细胞的氧化破裂。此外,Duox1上皮显示是负责氮氧化物对碘氧基苯甲醚ROS生产上皮损伤后早期(13]。到目前为止,没有证据表明当地Nox1可以激活组织损伤和ROS梯度激活炎症细胞的迁移形式,作为其同系物Duox1在斑马鱼。然而,Nox1及其派生的活性氧可以通过调节炎症细胞因子间接影响炎症如铂族元素2CCL2, CCL3 CXCL2, il - 1β、gm - csf和TNF -α(17,30.,41]。
8。结论和未来的角度
NADPH氧化酶,唯一的功能就是ROS生产,已进行了广泛的调查在许多哺乳动物和植物的细胞类型。Nox1, NADPH氧化酶家族的一个成员,不仅是既定的表达各种各样的组织,但也诱导增加mRNA和蛋白表达水平在许多情况下。Nox1肠道上皮细胞表达的最和参与维护上皮屏障和粘膜内稳态,包括促进肠道粘膜伤口愈合焦细胞基质粘附蛋白的激活,细胞的能动性。它也可以诱导和激活生长因子,炎症细胞因子,和紫外线伤害皮肤和粘膜角化细胞体外,调节细胞增殖、分化和迁移。此外,Nox1和ROS建议调节细胞分化,ECM沉积、纤维化形成体外和体内。至于在血管损伤和再生的过程,Nox1平滑肌细胞和内皮细胞,加上一些同系物(Nox2和Nox4),对血管损伤反应和病理至关重要。Nox1及其派生的ROS也参与炎症反应引起的损伤或感染与炎症细胞通过交互。简而言之,Nox1及其派生的活性氧是至关重要的细胞内信号监管机构包括细胞增殖、分化、迁移,细胞外基质生产和沉积,组织损伤后炎症过程,促进组织修复(表的过程1)。
尽管大量证据表明Nox1关键影响组织修复的过程中,有许多关于Nox1复杂机制的开放式问题。Nox1以及一些同系物,拥有广泛的组织和细胞分布和既定的表达或刺激性的调节。一个组织或细胞可以表达各种NADPH氧化酶的分子,在不同的组织和细胞类型可能有不同的主导氮氧化物亚型在信使rna和蛋白质水平(7,15,55- - - - - -57]。氮氧化合物分子激活不同的刺激和现在proinjuring或保护的功能41,75年]。相声Nox同系物之间存在这一种氮氧化物可能进一步激活的激活其他氮分子位于相同的单元中通过活性氧的生产和监管36,76年]。此外,Nox1完成其功能通过复杂而独特的胞内信号通路在不同的刺激。因此,为了得到改善的理解Nox1的角色在组织修复过程中,细胞和组织特异性,损伤的类型和严重程度的损伤,特定的细胞内信号,和潜在的相声各种Nox同系物之间仍有待阐明。
利益冲突
作者宣称没有利益冲突有关的出版。
确认
本研究支持部分由博士项目资助基金会中国教育部(20120073110088),博士生创新基金的资助在医学院,上海交通大学(BXJ201238),和上海的项目“PU江任CAI”(10 pj1407000)。