在前面的《谷胱甘肽S-转移酶（GST）的生理功能和应用》、《谷胱甘肽过氧化物酶（GSH-Px）的结构分类，及生理功能》和《举足轻重的谷胱甘肽还原酶》等文章中我们给大家介绍了一些在人体生化防御体系中起重要作用的酶，今天我们再给大家科普一种不太常见但也有重要作用的酶-硫氧还蛋白还原酶（thioredoxin reductase, TrxR）。TrxR与谷胱甘肽还原酶（GR）活性类似，催化GSSG还原生成GSH，是谷胱甘肽氧化还原循环关键酶之一。
TrxR是一种NADPH依赖的包含FAD结构域的二聚体硒酶,属于吡啶核苷酸-二硫化物氧化还原酶家族成员。它和硫氧还蛋白(Trx)、NADPH共同构成了硫氧还蛋白系统。硫氧还蛋白系统在氧化应激、细胞增殖、细胞凋亡等过程中发挥着重要的作用。TrxR使氧化型硫氧还蛋白的胱氨酸残基还原，变成一对半胱氨酸残基，后者进一步成为核糖核苷酸还原的电子供体。它存在于大肠杆菌、酵母、肝脏以及肿瘤细胞中。TrxR有很多生物学功能,与人类某些疾病的发病机制也密切相关。
一、简介
TrxR是二聚体黄素酶,属于吡啶核苷酸二硫化物还原酶家族的一员,广泛表达于从原核生物到人类的各级有机体细胞中，因分布区域不同，三种同工酶分别命名为硫氧还蛋白R1(TrxR1)(细胞质型)、TrxR2(线粒体型)和一个主要在睾丸中表达的同工酶TrxR3(又名TGR)。胞质型TrxR1发现最早，分布也较广泛，是目前研究得最多的一种同工酶。
大多数真核生物中，主要有两套独立的抗氧化系统，一套是硫氧还蛋白系统，一套是谷胱甘肽系统。硫氧还蛋白系统包括NADPH、硫氧还蛋白还原酶（TrxR）和硫氧还蛋白(Trx)；谷胱甘肽系统包括NADPH、谷胱甘肽还原酶（GR）和谷氧还蛋白（Grx）。在这两个系统中，GR和TrxR分别催化电子从NADPH传递到GSSG和硫氧还蛋白，使其转为还原态，从而参加后续多种保持氧化还原平衡的反应，是保护细胞免受活性氧物质损害的重要解毒机制。
哺乳动物硫氧还蛋白还原酶（TrxR）酶是一种硒蛋白家族，在其C末端氧化还原中心具有独特但必需的硒代半胱氨酸（Sec）残基。TrxR，主要通过从NADPH提供电子以维持内源性底物硫氧还蛋白（Trx）蛋白处于还原状态，调节参与抗氧化防御，蛋白质修复和转录调节的各种基于氧化还原的信号传导途径。
二、生理功能
- 调控氧化还原平衡
有研究证明了TrxR和它催化的Trx在抵御氧化应激过程中的作用。 线粒体有氧呼吸等生理过程产生的超氧阴离子（O2-）通过超氧化物歧化酶（SOD）催化或自发歧化反应产生大量过氧化氢（H2O2）。通过测定胞内活性氧（ROS）发现类风湿性关节炎（RA）滑膜细胞中氧化应激增加，同时发现RA滑膜细胞TrxR1蛋白上调，进一步分析显示，细胞通过上调TrxR1而抑制了过氧化氢和RA滑膜细胞凋亡，从而保护细胞抵御氧化应激。
- 调控细胞生长和凋亡
TrxR活性抑制到低于正常水平会产生对细胞生长的抑制，核苷酸还原酶是在复制细胞或者快速生长的肿瘤细胞中特异表达的酶，细胞用TrxR抑制及阿霉素等化合物处理导致核苷酸还原酶的抑制和细胞生长的抑制。
- 调控早期胚胎发育
Marcus等人采用缺失线粒体TrxR1的小鼠突变体产生的胚胎，结果显示TrxR2缺失的胚胎更小、极度贫血而且显示肝脏中凋亡增加，体外培养的造血菌落与对照组相比急剧减少。
- 参与其他生理过程的调控
TrxR可催化亚硒酸盐产生硒化物，有间接抑制炎症的作用。
三、研究最新进展
开发高效可靠的工具对于探索基本的生物过程至关重要，一种特别有用的工具是小分子荧光探针，这使人们越来越关注设计和开发用于生物大分子，无机离子，生物小分子和各种反应性信号物种的各种化学探针。一般而言，探针的质量对于探究复杂的生物系统以及从实验观察中得出令人信服的结论至关重要，因为质量差的探针可能会产生模糊甚至误导的结果和结论。期望的探针应该以适当的响应速率和高特异性识别感兴趣的靶标，这将保证探针被有把握地应用以给出特定生物事件的精确和实时解剖。先前的研究报道了一系列TrxR荧光探针，包括TRFS-green，TRFS-red和Mito-TRFS。TRFS-green是TrxR的第一个绿色发光荧光探针。
TRFS-green的反应机制
然而，TRFS-green对酶的响应速度较慢，即使使用三（2-羧乙基）膦（TCEP）作为还原剂，也需要超过2小时才能达到最大荧光信号。2019年6月21日，兰州大学化学化工学院房建国团队在Nature Communications上发表题为“A fast and specific fluorescent probefor thioredoxin reductase that works via disulphide bond cleavage”的文章，系统地研究了通过调整TrxR连接单元和识别部分来确定探针响应速率和选择性的结构因素。在Fast-TRFS的帮助下，开发了一种方便的测定法，使用粗细胞提取物作为TrxR的来源筛选TrxR抑制剂，并且已经鉴定了数十种天然产物作为TrxR抑制剂。
来源：https://www.nature.com/articles/s41467-019-10807-8
