反应活性氧与前列腺癌的研究进展
反应活性物质是生物体内重要的组成部分，它们在机体代谢及信号传递的过程中起着重要作用。反应活性物质的种类按活性基团的不同大致可以分为以下四类：反应活性氧类（Reactive Oxygen Species，ROS），反应活性氮类（Reactive Nitrogen Species，RNS），反应活性硫类（Reactive Sulfate Species，RSS），反应活性氯类（Reactive Chloride Species，RCS）。其中以ROS含量最为丰富，相关研究也最多。ROS与RNS是机体内正常氧化呼吸代谢产物，并且在细胞信号传导途径中也发挥着重要的作用。因此，无论ROS生成增多还是清除减少都会引起体内ROS水平增高，进而导致氧化应急[1]。过量的ROS具有细胞毒性，使细胞更易罹患其他有害因素而造成损害。相关研究表明ROS通过对DNA，转录因子及细胞周期的修饰与调控，在前列腺癌的发生及发展过程中发挥着重要的作用，且抗氧化剂对预防前列腺癌具有明显效果，故本文简要对ROS其与前列腺癌之间的研究进展进行简要概述。
标签：反应活性氧；前列腺癌；肿瘤发生；氧化损伤
1 ROS体内产生机制及分类
1.1ROS基本概念及功能 ROS是由O2反应产生的单电子还原产物，是一类化学性质活跃的化合物，主要包括超氧阴离子O-2·、羟自由基·OH、过氧化氢H2O2及其衍生物（O2-2 ）、单线液态氧1O2及臭氧O3。 ROS对于生物体内多种信号通路的调控均有着极为重要的作用，它可直接调节或者修饰核酸、蛋白质、脂质以及各种转录因子，对细胞生长及分化有着极为重要的调控作用，此外还可以介导炎症因子的产生，杀灭病原体。然而过量的ROS亦可氧化细胞内部正常结构，如DNA，蛋白质及脂质。ROS引起的轻度氧化反应是可逆的，一般通过体内还原体系可逆转氧化修饰，但是过量的ROS则可引起不可逆的氧化损伤甚至诱导细胞死亡。
1.2 ROS的分类 ROS能与多种物质发生氧化还原反应。根据氧原子最外层电子团是否存在非配对电子，可将ROS分为两类，氧自由基ROS（含非配对电子）及非氧自由基ROS（不含非配对电子）[2]，氧自由基的ROS主要有：超氧化物，一氧化氮，羟基自由基。非氧自由基ROS主要有：过氧化物，氢氧化物，臭氧及过硝酸盐。
ROS根据来源不同可分为内源性和外源性两种。内源性ROS由正常代谢产生，主要是由线粒体的呼吸链产生，占体内产生总量的95%以上。其中复合体Ⅲ通过Q循环产生的还原型半醌
及还原型细胞素C是ROS单电子最主要的来源，大部分单电子会继续进行电子链的传递，其中一小部分单电子可与胞质内O2及H2O生成超氧化物O-2·、羟自由基·OH及过氧化氢H2O2。线粒体产生的ROS大部分仍保留在线粒体基质内，约10～20%ROS扩散到线粒体内外膜之间和胞质内，并进一步发生氧化还原反应，故线粒体的双层膜稳定性对于隔离ROS有着至关重要的作用。此外，线粒体膜间隙的P66蛋白，外膜中的二氢乳酸脱氢酶、细胞素b5还原酶、细胞素P450以及线粒体外的过氧化物酶体、内质网也能产生ROS；外源性的ROS主要来源于外界环境因素的诱导，如环境污染、吸烟、营养失衡和低氧诱导[3，4]。目前外源性ROS的产生机制仍处于起步研究阶段[4]，而内源性产生ROS的机制研究已较深入，并且成功建立了實验模型[5]。
2肿瘤细胞内部的氧化失衡
有氧代谢在生物体内起着至关重要的作用，在真核生物中以线粒体为主的有氧呼吸是机体能量的主要代谢形式，只要有氧气存在，细胞总是以有氧代谢为主，只有当氧气不足时细胞才会进行无氧酵解。而肿瘤细胞的代谢却与之相反，即使氧气充足的情况下，50%以上的能量仍是以无氧酵解形式提供，这称之为Warburg效应。由于肿瘤细胞的异常增殖，能量需求旺
reactive oxygen species是什么意思盛，通过无氧酵解途径产生ATP的速度要比有氧代谢途径快的多，一般来讲肿瘤细胞优先选择能量产生较为迅速的无氧酵解途径，因此肿瘤细胞内部面临着更高的内源性氧化应激压力[6，7]。这种异常代谢引起的氧化还原失衡是导致肿瘤细胞内氧化应激最主要的原因[1]。目前很多类型的肿瘤已经证实上述结论，如慢性淋巴细胞白血患者血液中的ROS较正常淋巴细胞要高[8]。而在实质性肿瘤中，DNA的氧化产物8-羟基脱氧尿苷（8-oxo-dG）及脂质的过氧化产物均有所升高[9-12]。除了上述原因，目前研究认为原癌基因的激活（如Ras，Bcr-Abl及c-Myc等），抑癌基因的失活（如P53）及线粒体功能异常也是肿瘤细胞ROS增多的原因[13，14]。P53作为体内的基因卫士对于清除基因组及线粒体DNA的突变及氧化损伤有着至关重要的作用[15，16]，除此之外，P53还可以作为转录因子调节许多参与氧化还原反应的抗氧化酶[17]。据估计50%以上的肿瘤均伴有P53基因突变或缺失，它的突变或缺失会导致ROS增加[18，19]。除了内源性因素，来源于细胞外部的因素如炎症因子、营养失衡、低氧环境等均可影响细胞内氧化还原的平衡，近年来这种外源性刺激产生的ROS对肿瘤细胞的影响越来越受到人们的重视。
3肿瘤细胞对于ROS的适应
以往实验证明了正常的上皮细胞如果持续的暴露于外源性低浓度氧化剂可使细胞获得抵抗高浓度氧化剂的能力[20]，肿瘤细胞长期暴露于内源性高ROS环境中，也建立了对高ROS环境的适应机制。ROS可作为一种选择性的生存压力使更适应这种环境的细胞得以存活，存活的肿瘤细胞不仅可以增强对ROS的清除，而且通过建立各种适应机制如阻断细胞凋亡使之存活下来，此种机制还能够抵抗外界生存压力，使得肿瘤细胞具有更强的转移能力及抵抗抗癌药物的特性。到了肿瘤晚期阶段，肿瘤细胞会产生更多的ROS，过量的ROS又可继续刺激细胞增殖，并增加基因的不稳定性，诱导基因突变（mtDNA为主），导致代谢异常及ROS进一步生成增加，如此进入一个恶性循环[21]。4 ROS促前列腺癌发生的机制
前列腺癌作为威胁人类健康的一种常见的泌尿系统疾病，在世界范围内已位居第二位[22]，而在美国其发病率已超过肺癌，跃居第一位[23]。前列腺癌病因不明，但目前研究认为与老龄、遗传、饮食、环境致癌物及其他炎症因子有关[24-27]。近年来越来越多的证据使人们逐渐认识到ROS与前列腺癌之间存在密切关系。ROS促进前列腺癌发生的主要机制是通过氧化基因组DNA或线粒体DNA降低基因组的稳定性。ROS作为体内的一种强氧化剂对于RNA及DNA都是致命的损害，ROS可直接对前列腺上皮细胞内的DNA造成损害如脱嘌呤、脱嘧啶，单链或双链DNA断裂[28]，此外ROS还可氧化戊糖2’、4’的碳原子，改变磷酸戊糖的骨架结
构，使DNA更易遭受诱变剂影响，增加DNA突变的概率，从而影响特定蛋白质或通路的功能，降低基因组的稳定性，发生癌变。线粒体DNA是环状分子，编码呼吸链相关蛋白，这种环形结构能够有效地避免由于冈崎片段产生的DNA截短，不像基因组DNA那样需要端粒酶体进行修复。但这种裸露的双连环状DNA缺少线性基因组核小体的精密调控，更易受到ROS影响，最终致使线粒体功能异常，异常的线粒体继续分裂并发挥着呼吸作用，当这种异常无法代偿时，线粒体内的ROS及凋亡因子漏出，引起代谢异常、凋亡等一系列反应。在其他致癌因素的参与下，ROS促进肿瘤的发生。
5体内的抗氧化体系与前列腺癌
正常机体内ROS之所以保持平衡是因为存在产生ROS及消除ROS两套机制，共同参与氧化还原反应，使ROS的产生和清除处于动态的平衡过程，而不产生危害，但如果短时间内由于应激、疾病等因素导致ROS不断积累，最终会造成细胞内氧化损伤。体内抗氧化体系主要分为抗氧化还原酶类以及抗氧化剂两大类，抗氧化还原酶类主要包括超氧化物歧化酶 （SOD1、SOD2、SOD3），过氧化物酶，过氧化氢酶、谷胱甘肽过氧化物酶、谷氧还原蛋白、硫氧还原蛋白等。抗氧化剂主要有谷胱甘肽，维生素C，维生素E、β-胡萝卜素、泛醌等，上述两类抗氧化物质共同组成人体内的抗氧化体系，维持体内的氧化平衡。
5.1抗氧化酶与前列腺癌 在前列腺癌细胞中ROS增高的同时，抗氧化酶也发生了变化，如过氧化物歧化酶，过氧化物氧化还原酶，谷胱甘肽过氧化物酶 [29-31]，说明前列腺癌细胞内的氧化平衡已被打破。谷胱甘肽过氧化物酶主要存在于前列腺上皮细胞内，能够对羟自由基提供还原电子，从而降细胞内的ROS。研究表明前列腺癌中谷胱甘肽过氧化物酶活性是受到抑制的，谷胱甘肽过氧化物酶的降低与前列腺癌的转移有关[32]，并且在39%的前列腺癌标本中检测到谷胱甘肽过氧化物酶的突变[33]。在动物实验中，通过基因突变抑制谷胱甘肽过氧化物酶的活性成功诱导出了前列腺癌[34]。另一项有关谷胱甘肽过氧化物酶与前列腺癌的研究得出相应的结论，无论在体内还是体外，通过增加谷胱甘肽过氧化物酶可抑制前列腺癌细胞的增长，降低c-Met的表达[35]。在一项关于马其顿及土耳其地区前列腺癌患者血清氧化还原分子的临床研究中发现前列腺癌患者血清中除谷胱甘肽过氧化物酶外，过氧化物歧化酶及谷胱甘肽均比前列腺增生组明显降低[36]。说明这些抗氧化酶在前列腺癌的发生发展过程中起到了重要的作用。
5.2抗氧化剂与前列腺癌 1981年Doll等人首次证明癌症的发生与饮食有关，并提出食物中的抗氧化剂可以降低细胞内的氧自由基[37]，所以在过去的几十年里学者应用抗氧化剂对前列腺癌的预防做了大量的研究。类胡萝卜素是一类重要的抗氧化剂，一项关于非转移性前列腺
癌与当地健康男性的病例对照研究表明：α-胡萝卜素，β-胡萝卜素与叶黄素均能够降低前列腺癌的发病风险[38]。番茄素是另一类重要的抗氧化剂，番茄素的抗氧化机理是能够清除自由基并诱导凋亡，亦有研究表明番茄素能够降低前列腺癌的发病风险及临床进展[39，40]，一项关于根治性前列腺切除术的病例对照研究表明，术前给予30mg/d番茄素的患者，术后病理显示癌组织内会有更多的凋亡细胞[41]。在另一项前列腺癌的动物模型实验中，实验组给予10%的番茄素饲养，结果显示番茄素饲养组无论在肿瘤发生还是总体生存率方面均高于对照组，研究得出结论：番茄素可以延长总体生存时间，降低前列腺癌进展[42]。维生素D不仅在钙盐代谢方面起到重要作用，在NO合酶合成的过程中也是必不可少的，目前认为维生素D抗氧化的机理是产生谷胱甘肽[43]。一项包含19000例关于维生素D与前列腺癌关系的临床研究表明：如果维生素D的代谢产物25（OH）D低于16ng/ml，其前列腺癌发病风险比对照组高出70%，如果年龄低于52岁其前列腺癌的发病风险更是正常组的3.5倍[44]，可见维生素D在预防前列腺癌方面的重要作用。
6 ROS与雄激素之间的关系
前列腺癌一个重要的特点就是易受到雄激素的影响，内源性或外源性的雄激素能够刺激前列
腺上皮细胞增殖继而发生癌变，因为早期前列腺癌对雄激素比较敏感，目前基于阻断雄激素的内分泌仍然是局部进展期前列腺癌及转移性前列腺癌最有效的手段[45]。刺激雄激素受体可以增加细胞内的ROS含量[46，47]，其具体的分子机制并不清楚，可能与雄激素受体结合元件及体内的氧化还原酶相关。Ripple等人证明了对前列腺癌细胞外源性添加雄激素可以增加谷氨酰转肽酶的活性，进而增加细胞内谷胱甘肽的含量[48]，影响细胞内的氧化平衡。刺激产生的ROS又可以进一步增加前列腺癌细胞的增殖，雄激素与ROS在前列腺癌发生发展过程中起到互相促进的作用。Tam等人证明雄激素可下调NADPH氧化酶（Nox）的表达，诱导列腺癌细胞系LNCaP产生ROS，雄激素受体诱导的ROS可促进转录因子JunD表达，从而影响前列腺癌细胞的增殖与分化[49]，所以雄激素也是前列腺癌中調控ROS最主要的因素[12]。
7结语及展望
无论是流行病学还是基础或者临床试验均证明了前列腺癌细胞内存在氧化应激。ROS的升高可刺激细胞增殖，增加基因组DNA的不稳定性及线粒体DNA突变从而诱发肿瘤。开发抑制ROS的分子药物有希望成为预防及前列腺癌的新方式，同时联合传统的去势必将为前列腺癌患者带来福音。參考文献：
[1]Toyokuni， S.Persistent oxidative stress in cancer[J].FEBS Lett，1995，358（1）：1-3.
[2]Trachootham， D.， J. Alexandre， and P.Huang， Targeting cancer cells by ROS-mediated mechanisms： a radical therapeutic approach[J]. Nat Rev Drug Discov， 2009，8（7）：579-591.