精品导读之氧化应激（上）

仔仔的铲屎官

发布于 2022-05-27 · 浏览 1669 · IP 湖南湖南

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Hello，大家好，又到了分享文献的日子啦！

本期我们将分享两篇与氧化应激相关的文献，为什么要选用氧化应激相关的文献呢？且让我们根据权威数据来分析一下吧！

在pubmed数据库中输入“oxidative stress”，可搜索出来的文章数量为27768篇左右，氧化应激在1960年就有相关文章的发表，随着时间的推移和技术的发展，最近20年的研究力度和文章数量呈持续增长状态。

从国自然立项情况来看，自2012年以来，每年的中标个数及总金额也是非常可观的，具体可见下图。

从以上的数据来看，氧化应激在科学研究领域中的地位不言而喻，那么今天，就让我们一起来了解氧化应激这一知识点吧！

先来了解一下氧化应激相关概念及其一些基本知识。

氧化应激是指机体在需要清除体内老化的细胞，或在遭受各种有害刺激时，体内高活性分子，如活性氧自由基（ROS）和活性氮自由基（RNS）产生过多，氧化程度超出氧化物的清除，氧化系统和抗氧化系统失衡，从而导致组织损伤。

已有大量的研究发现氧化应激几乎参与了所有的疾病进程，如大家比较熟悉的疾病领域肿瘤、衰老、心血管系统疾病、神经退行性疾病等。因此，对氧化应激的深入研究显得非常有必要。在此，我们就跟着这篇比较简单的与氧化应激相关的SCI的文献一起来学习一下关于氧化应激的研究思路。

文献题目是：Effect of oxidative stress on telomere maintenance in aortic smoothmuscle cells，影响因子5.187分，发表在molecular Basis of Disease杂志上，发表时间为2022年3月。

首先通过作者的研究背景来了解一下作者为什么要做这篇文章吧!

目前，大量文献已经证明ROS和端粒功能障碍以及氧化应激和端粒磨损在年龄相关的疾病中如心血管疾病有直接的联系。然而，仍然没有足够的实验结果说明ROS与端粒功能之间的相互作用是如何影响疾病的病理生理学。例如，ROS与端粒功能障碍之间的关系在疾病发展中是相关的还是致病的；还有端粒侵蚀可能只是与氧化应激增加相关，而不是在疾病发展中发挥病因作用。

超氧化物歧化酶（SOD）是一种重要的抗氧化酶，能清除氧的一种活性形式超氧化物，并将其转化为过氧化氢。有文献表明减少SOD2导致氧化应激升高，致使线粒体中ROS生成和抗氧化能力失衡，最终导致线粒体氧化损伤，线粒体功能减弱，对细胞凋亡的敏感性增强。

为了进一步阐明端粒功能障碍和氧化应激之间的联系以及它们在衰老和疾病进展中的作用，作者假设在氧化应激诱导的心血管病理过程中，端粒功能障碍是氧化应激的下游靶点。本研究以超氧化物歧化酶1（Sod1 +/−，细胞质中缺少抗氧化SOD）和超氧化物歧化酶2杂合子（Sod2 +/−，线粒体中缺少抗氧化SOD）小鼠分离的主动脉平滑肌细胞（ASMCs）为研究对象，探讨氧化应激对的ASMCs端粒生物学的影响。具体研究思路让我们跟着作者的实验结果来详细了解吧！

一、在Sod2 +/−的ASMCs中端粒出现损耗

为了研究端粒生物学、ROS和动脉粥样硬化之间的关系，作者检测了从WT、Sod2 +/−和Sod1 +/−小鼠中分离的ASMCs的端粒长度。由于Sod2 +/−小鼠在16个月时表现出动脉粥样硬化（在第4个月时未表现出动脉粥样硬化）。于是，作者推测16个月小鼠的ASMC端粒磨损将显著增加，而4个月小鼠的端粒磨损较少。利用TALA（端粒数量和长度测定）实验，比较了4个月/16个月大的Sod2 +/−小鼠的ASMC（S2-4，S2-16）以及4个月/16个月大的C57BL/J6 WT小鼠的ASMC（W4，W16）中端粒的平均长度情况。结果发现S2-4 （17.9 kb）的平均端粒长度略短于W4（19.4 kb）（图1A）。值得注意的是，与W4和S2-4组的端粒长度比较，S2-16（6.0 kb）组的端粒被明显损耗（图1B）。Sod2 +/− ASMCs中观察到的快速端粒损耗，但在WT或Sod1 +/−ASMCs中没有发生（图1B）。

二、Sod2 +/−小鼠的ASMCs端粒酶活性升高，而Sod1 +/− 小鼠的ASMCs端粒酶活性降低

由于Sod2 +/−ASMCs表现出明显的端粒长度减少，作者假设端粒酶活性也可能降低。为了验证这一前提，作者比较了从Sod2 +/−、Sod1 +/− 和WT小鼠中分离的ASMCs的端粒酶活性，以及老化WT小鼠的相对端粒酶活性。Sod2 +/− 和Sod1 +/−ASMCs与W4端粒酶活性归一化。结果发现与WT ASMCs相比，Sod2 +/− ASMCs端粒酶活性升高。S2-4和S2-16的端粒酶活性分别是W4的2倍和6倍，因此，Sod2 +/− ASMCs的端粒酶活性随年龄增长而增加（图2A）。此外，在WT和Sod1 +/− ASMCs中端粒酶活性随年龄增长而下降。而且，Sod1 +/− ASMCs中的端粒酶活性明显低于WT ASMCs，并且随着年龄的增长端粒酶活性的下降比WT更显著（图2B）。另外，Sod1 +/− ASMCs降低了端粒酶活性，但没有显著减少端粒长度。提示残余的端粒酶活性足以防止小鼠中端粒DNA的大量损失。

Sod2 +/− ASMCs中端粒酶活性升高提示是慢性氧化应激或端粒长度减少的代偿反应。为了确定预测的代偿变化是否干扰了对急性氧化应激的反应，采用鱼藤酮（阻断复合物I的电子传输从而解除线粒体中的氧化磷酸化）处理S2-4和W4 ASMCs，检测其端粒酶活性，结果表明鱼藤酮处理（200 nM，6 h）进一步提高了S2-4的端粒酶活性，但降低了W4 ASMCs中的端粒酶活性（图2C）。另外，作者通过实验发现鱼藤酮处理不会诱导细胞凋亡，从而排除端粒酶活性的变化不是细胞死亡的结果。

目前的文献报道关于ROS与端粒酶的研究主要集中在过氧化氢的作用上，然而，另有文献表明SOD2 +/− ASMCs中SOD2活性降低，过氧化氢水平低于WT。为了研究过氧化氢对ASMCs端粒酶的影响，采用25 mM过氧化氢处理W4和S2-4的裂解液90分钟，发现 W4和S2-4的端粒酶活性显著下降（图2D），与已发表的过氧化氢抑制端粒酶活性的报道一致。结果表明，慢性超氧化物氧化应激细胞中的端粒酶仍然对过氧化氢敏感。

三、端粒损耗不是TERT（端粒酶逆转录酶）核输出的结果

文献表明：ROS已被证明会增加TERT的核输出，在Sod2 +/− ASMCs中，核TERT的减少会阻碍端粒酶的组装，降低端粒相关功能，并可能导致端粒长度的显著减少。端粒酶的减少可以通过增加TERT的核输出或减少TERT进入细胞核来实现。核输出TERT依赖Akt，而Akt通路在Sod2 +/− ASMCs中被下调，因此推测，核输出可能受到了干扰。作者分离了W4和S2-4 ASMCs提取物，并通过Western blot验证了细胞核和细胞质部分的分离（图3A和B）。然后，采用TRAP方法测量了细胞核和细胞质部分的端粒酶活性，发现端粒酶活性主要存在于WT和Sod2 +/− ASMCs的细胞核中，S2-4组的核端粒酶活性约为W4组的3.5倍（图3C）。然而，与WT相比，Sod2 +/− ASMC提取物细胞质中的端粒酶活性增加（图3D）。

四、mTert（小鼠端粒酶逆转录酶） mRNA 和 mTerc（小鼠端粒酶RNA组分）的表达情况

文献提示ROS降低了Tert的转录。鉴于Sod2 +/− ASMCs中端粒酶活性的显著上调，于是检测了Tert或RNA亚基Terc的转录是否也出现了类似的上调。与W4相比，mTert mRNA和mTerc水平在年龄对照组W16中保持不变（数据未提供），而在S1-4和S1-16样本中它们增加了。与W4相比，S2-4中mTert mRNA和mTerc水平升高，但S2-16中mTert mRNA和mTerc水平下降了（图4B）。

五、端粒功能障碍是氧化应激增加的结果

作者发现：尽管核端粒酶活性上调，但Sod2 +/− ASMCs中的端粒显著缩短。文献提出了一种可能的解释，端粒酶不能延长端粒，因为它们已经积累了大量的氧化损伤，不再是该酶的适当底物。为了评估氧化应激是否导致物理端粒损伤，作者测量了在Sod + /− ASMCs端粒功能障碍诱导的病灶（TIF：端粒功能障碍的特征是DNA损伤反应因子53BP1、γ-H2A.X、 Rad17和Mre11在端粒上积累，端粒相关DNA损伤因子的结构域称为TIF）的情况。作者使用荧光共定位γ-H2A.X和端粒DNA对W4和S2-4中的TIF进行量化，结果表明，与W4相比，γ-H2A.X水平在S2-4中更高（图5A）。特别是γ-H2A.X在S1-4和W4细胞中分别检测到61%和35%（图5B）。此外，S2-4比W4更有可能含有5个或更多的γ-H2A.X病灶，S2-4和W4分别约占23%和4%，γ-H2A.X多5例（图5C）。S2-4中TIFs的发生率也高于W4，与W4（5%）相比，S2-4的 43%有TIF（图5D），与W4（0%）相比，7%的S2-4的每个细胞有5个或更多TIF（图5E）。