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基金项目:国家重点基础研究发展规划项目（NO.G2000057004）
【摘要】 活性氧（reactive oxygen species，ROS）是氧分子的部分还原代谢产物的总称，如超氧阴离子（O 2- ）、羟自由基（HO · ）和过氧化氢（H 2 O 2 ）等。研究表明:ROS具有很高的生物活性，作为第二信使，它们在多种细胞因子生物活性的启动过程中发挥着重要的作用。本文对配体介导生成ROS在信号转导中的作用及其作用机制进行了综述。
Reactive oxygen species and signaling transduction
Yang Jie，Zhu Qinglei，Wang Shiwen.
Institute of Geriatric Cardiology，General Hospital of PLA，Beijing，100853.
【Abstract】 Reacive oxygen species（ROS）are referred as the partially reduced metabolites，such as superoxˉide anion（O 2- ），hydroxyl radical（HO · ），and hydrogen peroxide（H 2 O 2 ）etc.Recent studies have suggested that ROS possess high biological activities.Bing second messages，they play crucial roles in the initiation of biological acˉtivities of many cytokines.In this review，wediscussed the actions and mechanisms of ligand-induced generated NOS in signaling transduction.
活性氧（reactive oxygen species，ROS）是细胞新陈代谢的副产物之一。最近研究发现在生长因子和细胞因子介导的正常生理信号转导过程中，特异的质膜氧化酶可生成ROS，后者可作为第二信使参与多种因子细胞生物学效应的启动。本文重点阐明配体介导生成ROS的细胞效应及ROS作为信号分子的作用机制。
1 ROS的化学性质
活性氧是外源性氧化剂或细胞内有氧代谢过程中产生的具有很高生物活性的含氧化合物的总称，包括超氧阴离子（O 2- ）、过氧化氢（H 2 O 2 ）、羟自由基（HO · ）、一氧化氮（NO）等。超氧阴离子是一种重要的ROS，它由氧分子接受一个电子而形成。O 2 在水溶液中易发生歧化反应生成H 2 O 2 ，在酸性环境中高浓度O 2 的质子化产物HO ·2 更易发生此反应。因此在生理条件下，一旦形成超氧化物自由基，过氧化氢必然产生。与O 2 不同，H 2O 2 不是自由基，而是一种更稳定的分子。在一般情况下，生物体内产生的H 2 O 2 常被过氧化氢酶和谷胱甘肽过氧化物酶清除，如果得不到及时清除，它可透过细胞膜，若膜外有Fe2+ 或Cu + 等金属离子存在时可生成HO · 。羟自由基是化学性质最活泼的活性氧，具有很强的氧化作用，其寿命极短，可与周围的生物分子反应，产生不同反应性的二级自由基 ［1］ 。由此可见，活性氧之间在一定条件下是可以相互转变的。
2 生物体内ROS的来源
生物体不断地通过非酶反应与酶反应产生ROS，但在抗氧化酶及外源性和内源性抗氧化剂的协同作用下又不断地被清除，因而在生理情况下活性氧维持在一个非常低且稳定的水平。
生成ROS的酶很多，作为信号分子的ROS主要来源于细胞质膜上的NADPH氧化酶，该酶催化O 2 接受一个电子还原为O 2- ，可迅速升高或降低细胞内ROS的水平，将刺激信号快速传入核内 ［2］ 。
在生成ROS的细胞器中，线粒体是胞内活性氧的主要来源之一，由于线粒体消耗90%的生物利用的氧，其中2%通过呼吸链电子漏被电子还原成ROS。
一些可溶性酶如黄嘌呤氧化酶、醛氧化酶、二氢乳清酸脱氢酶、黄素蛋白脱氢酶、色氨酸双氧酶也可催化生成ROS。研究较多的是生成O 2- 的黄嘌呤氧化酶。另外，一些小分子如多巴胺、肾上腺素、黄素、对苯二酚等氧化时也可生成胞内ROS。在多数情况下，这种氧化反应的直接产物是O 2- 。
3 配体-受体诱导生成的ROS在信号转导中的作用
在配体与受体相互作用及激动剂处理细胞的过程中，发现很多生理现象的发生均与活性氧有一定的关系，现概述如下。
3.1 细胞因子受体 细胞因子受体是指可与相应细胞因子结合，存在于细胞膜或胞浆内的大分子蛋白质，它们没有酶的活性，也不直接与离子通道或G-蛋白相连。已有报道多种细胞因子如TNF-α、IL-1、IFN-γ等在与相应受体相互作用时可刺激细胞生成ROS，后者在参与细胞因子生物学效应中发挥着重要的作用。
TNF-α与其受体相互作用诱导的信号转导十分复杂，其主要途径之一是诱导转录因子NF-κB的活化，而NF-κB的激活和NF-κB介导的基因转录均需要ROS的参与。Mann ［3］ 等研究表明当用低浓度TNF-α处理人乳腺癌MCF-7细胞时，NF-κB活性明显上升;而在Mn-SOD过表达的细胞中，NF-κB则未被活化，即使TNF-α的浓度加大100倍，也未发现NF-κB的激活，提示在此过程中ROS介导了NF-κB的激活。另外，TNF-α诱导的细胞粘附分子、IL-8的表达、趋化因子的产生以及心肌细胞肥大等生物学效应均依赖于ROS。
IL-1通过氧化还原反应调控细胞功能的作用与TNF-α相似。IL-1和TNF-α处理牛软骨细胞时观察到氨基末端激酶（c-Jun N-termnal kinase，JNK）的活性迅速上升，外加抗氧化剂则使JNK的活化程度大大下降，表明ROS参与介导此反应的发生。
NADPH氧化酶对抵御病原菌有重要作用，最近的研究表明:作为吞噬细胞NADPH氧化酶的激活因子，IFN-γ可刺激环氧化酶依赖性的过氧化物产生，从而抑制细菌生长。
3.2 具有酪氨酸激酶活性的受体 生长因子与具有酪氨酸激酶活性的受体结合时可生成胞内ROS，后者在促有丝分裂信号转导过程中发挥着重要的作用。Sundaresan等 ［4］ 证实血小板衍生生长因子（platelet derived growth factor，PDGF）可瞬时增高胞内H 2 O 2 的浓度，且在激活转录因子的信号转导子和转录激活子家族（signal transducer and activitor of transcription，STAT）的过程中依赖于H 2 O 2 的存在。另外PDGF在调控基因表达时还依赖于O 2-。
Bae等 ［5］ 发现在A547细胞中表皮生长因子（epidermal growth factor，EGF）与具有酪氨酸激酶活性的受体结合也可诱导生成胞内H 2 O 2 ，在EGF诱导蛋白酪氨酸磷酸化的过程中H 2 O 2 起抑制蛋白酪氨酸磷酸酶活性的作用。在角质细胞系中EGF在增加胞内Ca 2+ 水平的同时，也增加胞内ROS。EGF诱导生成的ROS还可抑制G蛋白耦联受体参与的信号转导途径。EGF促进肿瘤形成、扩散及对鼠乳腺癌的入侵作用均与其诱导的过氧化物生成有关。
碱性FGF（FGF-2）可刺激黄素蛋白氧化酶生成胞内H 2 O 2 ，此反应在软骨细胞中可诱导c-Fos。最近研究表明，肝细胞生长因子在肿瘤细胞中可刺激生成ROS，从而阻止有丝分裂，介导细胞凋亡 ［6］ 。
3.3 具有丝氨酸/苏氨酸激酶的受体 TGF-β超家族成员是通过与具有丝氨酸/苏氨酸激酶活性的受体结合而发挥作用的。作为TGF-β超家族成员中的一员，TGF-β 1 可通过刺激ROS的产生参与生长抑制、细胞凋亡、细胞转化、胶原纤维合成等。Shibanumu等 ［7］ 研究了鼠造骨细胞内ROS的产生和它对TGF-β 1 诱导早期生长应答基因（early growth response，egr-1）的作用，结果发现胞外的过氧化氢酶可阻碍TGF-β 1 诱