综述:癌症中的氧化应激:从肿瘤和微环境重塑到治疗前沿

时间:2025年8月23日
来源:Molecular Cancer

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这篇综述系统阐述了氧化应激(ROS)在癌症发生发展中的双重作用及其治疗潜力。文章详细解析了ROS的生成机制(线粒体电子传递链、NOXs等)、调控网络(NRF2-ARE轴、Trx系统等)及其在肿瘤细胞(增殖、转移、耐药)和肿瘤微环境(TME)免疫调控中的关键作用,重点探讨了靶向氧化应激的治疗策略(抗氧化剂、ROS诱导剂、纳米药物等)及其与免疫治疗的协同效应,为癌症治疗提供了新视角。

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氧化应激的生成与调控网络

活性氧(ROS)作为一把"双刃剑",在癌症中扮演着复杂角色。线粒体电子传递链是ROS的主要"工厂",其中复合物I通过FMN辅因子和铁硫簇产生O2·-,而复合物III通过Q循环"泄漏"电子形成超氧化物。内质网中的NOX4和细胞色素P450(CYP)等酶系统则构成了ROS的"第二生产线"。这些ROS分子如同细胞内的"信号烟花",在低浓度时参与生理调控,但过量时则引发氧化损伤。

面对ROS的"火力全开",肿瘤细胞进化出精密的"灭火系统"。NRF2-ARE轴是关键的抗氧化防御指挥官,当KEAP1感知氧化压力时,NRF2逃避免疫降解,转位入核激活HO-1、GCLC等抗氧化基因。Trx和GSH系统则组成"生化灭火队",通过电子传递将危险的H2O2转化为无害的H2O。有趣的是,p53在氧化应激中扮演"双面间谍",既能通过GLS2增强抗氧化防御,又能在重度应激时启动PIGs促进ROS积累。

氧化应激与肿瘤细胞的"爱恨情仇"

ROS如同肿瘤生长的"助燃剂",通过"腐蚀"DNA引发基因组不稳定性——8-氧鸟嘌呤(8-oxoG)等损伤导致复制叉崩塌,为癌变埋下隐患。在信号传导层面,ROS氧化PTP1B的Cys215残基,解除对PI3K/AKT通路的刹车,犹如踩下肿瘤增殖的"油门"。更狡猾的是,ROS还能"绑架"转录因子,让p53的DNA结合域失活,帮助肿瘤细胞逃避生长监控。

当肿瘤准备"开疆拓土"时,ROS又化身"建筑师":通过激活HIF-1α/VEGF通路"绘制"新生血管蓝图;借助TGF-β/Notch信号促使上皮细胞"变形"为游走性更强的间质细胞(EMT)。但ROS的"热情"也可能过火——超过阈值时会触发铁死亡、凋亡等"自杀程序",这时肿瘤细胞会启动NRF2等"应急系统"进行自救,这也是化疗耐药的重要机制。

肿瘤微环境中的"氧化博弈"

在肿瘤的"社交圈"中,ROS是重要的"社交货币"。癌症相关成纤维细胞(CAFs)通过MAOA产生ROS,分泌WNT5A"驯服"CD8+T细胞;髓系来源抑制细胞(MDSCs)则利用ROS"瘫痪"T细胞功能,甚至"改写"循环肿瘤细胞(CTCs)的转移程序。而肿瘤相关巨噬细胞(TAMs)在ROS浓度影响下"变脸"——高ROS促进M1型"战士"的抗肿瘤活性,低ROS则诱导M2型"叛徒"的免疫抑制。

免疫细胞的"战斗力"也受ROS调控。T细胞活化需要线粒体ROS的"点火信号",但持续高ROS又会引发T细胞"耗竭";NK细胞在ROS环境中表面电荷改变,丧失对肿瘤的"黏附力"。这种精妙的"氧化平衡"为免疫治疗提供了新靶点——例如用Zr-CeO纳米酶清除ROS可显著提升PD-1抗体的疗效。

靶向氧化应激的"精准打击"

治疗策略分为"灭火"与"纵火"两派。抗氧化剂如高剂量维生素C(静脉给药达30mM)通过Fenton反应"以毒攻毒";二甲双胍则"切断"线粒体复合物I的能源,让肿瘤细胞"窒息而死"。纳米技术如同"特洛伊木马",如PTX@TPGS-PBTE NPs能在肿瘤内精准释放紫杉醇并引发ROS风暴。

最富创意的是动态疗法组合拳:光动力疗法(PDT)利用光敏剂产生活性氧"导弹";声动力疗法(SDT)通过超声波激活声敏剂,穿透深层组织;而化学动力疗法(CDT)则巧妙利用肿瘤微环境的酸性"土壤",让铁基纳米催化剂持续产生·OH自由基。这些方法联合免疫检查点抑制剂,可同时"消灭敌军"和"唤醒友军"。

未来挑战与机遇

尽管前景广阔,ROS靶向治疗仍面临"导航难题"——如何区分生理与病理ROS水平?新型成像技术如18F-FASu PET可实时监测系统xc-转运体活性,而AI辅助的氧化应激预测模型正在提高治疗精准度。线粒体靶向抗氧化剂如MitoQ在保护正常组织方面展现潜力,而双硫仑等老药新用策略正通过"氧化应激增敏"焕发新生。

这场关于氧化应激的"攻防战"远未结束,随着对ROS时空动态的深入理解,癌症治疗或将迎来"氧化还原精准医学"的新纪元。

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