低水平超氧化歧化酶在酵母自由基防护中的应用

“我们的研究结果将有助于理解SOD1的基本氧化还原生物学过程，并更好地为可将SOD1或氧化还原稳态作为靶点的疾病治疗提供信息。”

许多关键的生理过程会导致细胞毒性活性氧物种（ROS）的产生，如超氧化物和过氧化氢，这反过来又提供了氧化还原控制。

超氧化阴离子会氧化并灭活含铁酶，在这个过程中释放出铁。然后，游离态铁形成复合物，反过来又促进有害的氧化还原反应，包括从过氧化氢的还原中产生羟基自由基。羟基自由基具有高度反应性，会引起不加区别的氧化。脂类、蛋白质和核酸都易于遭受这种氧化的损伤，它分别会导致膜的破坏、蛋白质错误折叠和聚集，以及DNA断裂。

要实现潜在破坏性超氧化物和过氧化氢的基本信号功能，应确保一种能在不发生组织损伤的情况下传导信号的方法。用于调节活性氧物种的浓度和定位的关键解毒系统依赖于超氧化歧化酶（SOD），它将催化超氧化自由基转化为过氧化氢和分子氧。

在大多数真核细胞中存在两种形式的细胞内SOD。其中一种含有锰，SOD2只存在于线粒体基质中。SOD1含有铜锌复合物，存在于其它几乎任何地方，包括线粒体膜间隙。

SOD1是高度保守和丰富的金属酶，在氧化应激防护和氧化还原信号传导中起着双重作用。它能清除并中和产生过氧化氢的细胞毒性超氧化自由基，可用于氧化和调节下游靶标的活性。然而，对于SOD1两种作用的相对影响却知之甚少。此外，还不清楚为什么会产生如此大量的SOD1；它是最丰富的蛋白质之一，占酵母蛋白总量的0.5%。

对酵母真核生物模型的最新研究表明，SOD1中占比最大的部分是用于线粒体外的过氧化物介导的氧化还原信号。保护超氧化物毒性所需的SOD1占比要小得多，位于线粒体膜间隙。

研究人员采用配备ESR900连续流低温恒温器的Bruker EMX X波段波谱仪，利用免疫印迹、酶分析和EPR波谱，对啤酒酵母菌株进行培养和分析。

令人惊讶的是，结果表明绝大多数SOD1并未被用于防范众多细胞范围的羟基自由基毒性标记物，包括细胞羟基、Fe-S簇酶活性的丧失、不稳定铁的增加、液泡和DNA损伤。

研究发现只有一小部分SOD1对于活性氧物种的防御是必需的，这表明SOD1作为超氧化物清除剂的主要生理作用可能需要重新考虑。然而，有必要作进一步研究，因为作者指出另一种解释可能是，SOD1的高水平仅在超氧化物水平增加时用于防范。在未发生氧化还原应激和活性氧物种毒性的情况下，大多数SOD1被用于与其在超氧化物清除中的作用无关的更重要的功能。

这项研究将推动对SOD1在氧化还原生物学中生理作用的重新评估，以确定是什么指示SOD1在过氧化物介导信号传导中发挥作用，而非在超氧化阴离子清除中。

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参考文献：

Montllor-Albalate C等；“线粒体外Cu/Zn超氧化歧化酶（SOD1）是氧化应激防护的必需物质，但在酿酒酵母中则起介导过氧化物信号的作用”；Redox Biology2019;Volume 21:101064

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/s213231718307778