氧化应激生物标志物研究的最新进展
文献导读
2021年1月28日，来自中国台湾中山医科大学职业安全与健康学系的Marcus S. Cooke教授在Redox Biology上发表了题为Biomarkers of nucleic acid oxidation ‒ A summary state-of-the-art的文章。
研究介绍
正常的细胞代谢，暴露于外界环境，导致活性氧的产生，这一现象称为氧化应激。氧化应激与许多生理和病理现象有关，活性氧产生的一个后果是对细胞大分子的损害。当外界压力增加，活性氧对机体的损害程度就会上升。ROS和DNA互作会形成许多DNA次级产物，造成的损伤可能会到导致突变，从而导致癌症。即使没有造成碱基突变，互作造成微卫星不稳定、杂合性丧失、影响基因表达，加速端粒缩短等也会使机体产生影响。在这一过程中，氧化应激造成的DNA损伤必须被修复。
线粒体DNA（mtDNA）与ROS的产生源很近，加上核DNA（nDNA）有更高层次结构的保护，使得mtDNA尤其容易受到内源性和外源性源的损害，如帕金森病。但是，对mtDNA损伤的研究并不详细。由于PCR扩增过程中，出现受损的碱基或碱基位点，将使聚合酶停止，所以只能评估mtDNA的缺失突变和损伤。然而，聚合酶一旦绕过损伤，就无法被检测到。此外，线粒体的(d)NTP池是氧化剂的重要靶点。其中dGTP的氧化会导致8-oxodGTP错误地结合到nDNA和mtDNA上，导致复制错误，并可能导致链断裂和细胞死亡。因为癌细胞会快速增殖且细胞内ROS增加，因此将抑制8-oxodGTPase作为癌症研究的热门靶点。作者认为，目前对出dGTP之外的DNA和RNA合成前体的氧化及其生物学影响的研究相对有限，可以在hMTH1的2-OHdATPase以及Nudix水解酶对其他修饰的活性上进行更加深入的研究。
由于RNA的丰富性、单链结构等因素，其比DNA更容易被氧化。有研究表明，受损RNA的持续存在可能导致错误蛋白形成。最近还有报导发现，RNA中8-oxoGua的积累可以改变蛋白质合成，并导致β淀粉样蛋白的细胞增加，这说明了RNA氧化在发病机制中可能十分重要。并且，阿尔茨海默症和其他神经退行性疾病中受影响的神经元中存在显著的RNA氧化。在原代培养的体外研究中，进一步证明了mRNA中氧化碱基的存在导致转录本上的核糖体停滞，导致蛋白质表达减少，神经元退化。但是，有关氧化性对RNA的损伤的研究还比较少，需要更多的探索。
作者进一步讨论了氧化应激标志物的测定方法以及核酸氧化损伤测定方法。目前，用于检测氧化损伤DNA最广泛的检测方法是LC-MS/MS、彗星检测和各种免疫化学方法，如ELISA。细胞外生物基质中氧化核酸产物的测定也十分重要，它可以绕过提取和人为产生的干扰，相比细胞内核酸损伤测定更有优势。在生物标记物中，尿的氧化应激标记物提供了一种非侵入性途径监测应激的方法。因此，对这些生物标志物进行准确而直接的测量，对于更好地了解这种损伤在疾病中的作用以及建立临床应用的参考范围，是十分有益的。作者还讨论了在目标组织和替代组织中测定标志物的情况。在个体间变异主要由外部暴露于破坏性物质(如化学物质或吸烟)驱动的情况下，代理组织和目标组织中的生物标记物水平之间的相关性是可以预期的，在这种情况下，代理组织和目标组织同样可能受到损伤，则使用替代组织是合理的。还存在因为特定器官中氧化应激的增加导致全身氧化应激水平的增加的情况。这种情况需要对已有疾病了解，进而将替代标志物与目标标志物进行关联。倘若不了解一种疾病，就不可能将全身水平升高归于特定组织。
目前，DNA/RNA和血液/尿液（以及其他细胞外基质）中对核酸氧化性损伤的生物标记物的测量已经很好地建立起来，许多技术已经成为金标准。这些生物标志物已经在多种疾病和衰老过程中被发现与核酸氧化性损伤有关。绘制基因组损伤图，以及研究核酸内整体次生物已经成为新的研究方法，为更好地理解损伤如何导致下游事件并导致发病机制提供了可能。
