文獻(xiàn)導(dǎo)讀

2021年1月28日，來(lái)自中國(guó)臺(tái)灣中山醫(yī)科大學(xué)職業(yè)安全與健康學(xué)系的Marcus S. Cooke教授在Redox Biology上發(fā)表了題為Biomarkers of nucleic acid oxidation ? A summary state-of-the-art的文章。

研究介紹

正常的細(xì)胞代謝，暴露于外界環(huán)境，導(dǎo)致活性氧的產(chǎn)生，這一現(xiàn)象稱為氧化應(yīng)激。氧化應(yīng)激與許多生理和病理現(xiàn)象有關(guān)，活性氧產(chǎn)生的一個(gè)后果是對(duì)細(xì)胞大分子的損害。當(dāng)外界壓力增加，活性氧對(duì)機(jī)體的損害程度就會(huì)上升。ROS和DNA互作會(huì)形成許多DNA次級(jí)產(chǎn)物，造成的損傷可能會(huì)到導(dǎo)致突變，從而導(dǎo)致癌癥。即使沒(méi)有造成堿基突變，互作造成微衛(wèi)星不穩(wěn)定、雜合性喪失、影響基因表達(dá)，加速端?？s短等也會(huì)使機(jī)體產(chǎn)生影響。在這一過(guò)程中，氧化應(yīng)激造成的DNA損傷必須被修復(fù)。

線粒體DNA（mtDNA）與ROS的產(chǎn)生源很近，加上核DNA（nDNA）有更高層次結(jié)構(gòu)的保護(hù)，使得mtDNA尤其容易受到內(nèi)源性和外源性源的損害，如帕金森病。但是，對(duì)mtDNA損傷的研究并不詳細(xì)。由于PCR擴(kuò)增過(guò)程中，出現(xiàn)受損的堿基或堿基位點(diǎn)，將使聚合酶停止，所以只能評(píng)估m(xù)tDNA的缺失突變和損傷。然而，聚合酶一旦繞過(guò)損傷，就無(wú)法被檢測(cè)到。此外，線粒體的(d)NTP池是氧化劑的重要靶點(diǎn)。其中dGTP的氧化會(huì)導(dǎo)致8-oxodGTP錯(cuò)誤地結(jié)合到nDNA和mtDNA上，導(dǎo)致復(fù)制錯(cuò)誤，并可能導(dǎo)致鏈斷裂和細(xì)胞死亡。因?yàn)榘┘?xì)胞會(huì)快速增殖且細(xì)胞內(nèi)ROS增加，因此將抑制8-oxodGTPase作為癌癥研究的熱門靶點(diǎn)。作者認(rèn)為，目前對(duì)出dGTP之外的DNA和RNA合成前體的氧化及其生物學(xué)影響的研究相對(duì)有限，可以在hMTH1的2-OHdATPase以及Nudix水解酶對(duì)其他修飾的活性上進(jìn)行更加深入的研究。

由于RNA的豐富性、單鏈結(jié)構(gòu)等因素，其比DNA更容易被氧化。有研究表明，受損RNA的持續(xù)存在可能導(dǎo)致錯(cuò)誤蛋白形成。最近還有報(bào)導(dǎo)發(fā)現(xiàn)，RNA中8-oxoGua的積累可以改變蛋白質(zhì)合成，并導(dǎo)致β淀粉樣蛋白的細(xì)胞增加，這說(shuō)明了RNA氧化在發(fā)病機(jī)制中可能十分重要。并且，阿爾茨海默癥和其他神經(jīng)退行性疾病中受影響的神經(jīng)元中存在顯著的RNA氧化。在原代培養(yǎng)的體外研究中，進(jìn)一步證明了mRNA中氧化堿基的存在導(dǎo)致轉(zhuǎn)錄本上的核糖體停滯，導(dǎo)致蛋白質(zhì)表達(dá)減少，神經(jīng)元退化。但是，有關(guān)氧化性對(duì)RNA的損傷的研究還比較少，需要更多的探索。

作者進(jìn)一步討論了氧化應(yīng)激標(biāo)志物的測(cè)定方法以及核酸氧化損傷測(cè)定方法。目前，用于檢測(cè)氧化損傷DNA最廣泛的檢測(cè)方法是LC-MS/MS、彗星檢測(cè)和各種免疫化學(xué)方法，如ELISA。細(xì)胞外生物基質(zhì)中氧化核酸產(chǎn)物的測(cè)定也十分重要，它可以繞過(guò)提取和人為產(chǎn)生的干擾，相比細(xì)胞內(nèi)核酸損傷測(cè)定更有優(yōu)勢(shì)。在生物標(biāo)記物中，尿的氧化應(yīng)激標(biāo)記物提供了一種非侵入性途徑監(jiān)測(cè)應(yīng)激的方法。因此，對(duì)這些生物標(biāo)志物進(jìn)行準(zhǔn)確而直接的測(cè)量，對(duì)于更好地了解這種損傷在疾病中的作用以及建立臨床應(yīng)用的參考范圍，是十分有益的。作者還討論了在目標(biāo)組織和替代組織中測(cè)定標(biāo)志物的情況。在個(gè)體間變異主要由外部暴露于破壞性物質(zhì)(如化學(xué)物質(zhì)或吸煙)驅(qū)動(dòng)的情況下，代理組織和目標(biāo)組織中的生物標(biāo)記物水平之間的相關(guān)性是可以預(yù)期的，在這種情況下，代理組織和目標(biāo)組織同樣可能受到損傷，則使用替代組織是合理的。還存在因?yàn)樘囟ㄆ鞴?/span>中氧化應(yīng)激的增加導(dǎo)致全身氧化應(yīng)激水平的增加的情況。這種情況需要對(duì)已有疾病了解，進(jìn)而將替代標(biāo)志物與目標(biāo)標(biāo)志物進(jìn)行關(guān)聯(lián)。倘若不了解一種疾病，就不可能將全身水平升高歸于特定組織。

目前，DNA/RNA和血液/尿液（以及其他細(xì)胞外基質(zhì)）中對(duì)核酸氧化性損傷的生物標(biāo)記物的測(cè)量已經(jīng)很好地建立起來(lái)，許多技術(shù)已經(jīng)成為金標(biāo)準(zhǔn)。這些生物標(biāo)志物已經(jīng)在多種疾病和衰老過(guò)程中被發(fā)現(xiàn)與核酸氧化性損傷有關(guān)。繪制基因組損傷圖，以及研究核酸內(nèi)整體次生物已經(jīng)成為新的研究方法，為更好地理解損傷如何導(dǎo)致下游事件并導(dǎo)致發(fā)病機(jī)制提供了可能。