文獻導讀

2021年1月28日，來自中國臺灣中山醫(yī)科大學職業(yè)安全與健康學系的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

正常的細胞代謝，暴露于外界環(huán)境，導致活性氧的產(chǎn)生，這一現(xiàn)象稱為氧化應激。氧化應激與許多生理和病理現(xiàn)象有關，活性氧產(chǎn)生的一個后果是對細胞大分子的損害。當外界壓力增加，活性氧對機體的損害程度就會上升。ROS和DNA互作會形成許多DNA次級產(chǎn)物，造成的損傷可能會到導致突變，從而導致癌癥。即使沒有造成堿基突變，互作造成微衛(wèi)星不穩(wěn)定、雜合性喪失、影響基因表達，加速端?？s短等也會使機體產(chǎn)生影響。在這一過程中，氧化應激造成的DNA損傷必須被修復。

線粒體DNA（mtDNA）與ROS的產(chǎn)生源很近，加上核DNA（nDNA）有更高層次結構的保護，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mtDNA損傷的研究并不詳細。由于PCR擴增過程中，出現(xiàn)受損的堿基或堿基位點，將使聚合酶停止，所以只能評估m(xù)tDNA的缺失突變和損傷。然而，聚合酶一旦繞過損傷，就無法被檢測到。此外，線粒體的(d)NTP池是氧化劑的重要靶點。其中dGTP的氧化會導致8-oxodGTP錯誤地結合到nDNA和mtDNA上，導致復制錯誤，并可能導致鏈斷裂和細胞死亡。因為癌細胞會快速增殖且細胞內(nèi)ROS增加，因此將抑制8-oxodGTPase作為癌癥研究的熱門靶點。作者認為，目前對出dGTP之外的DNA和RNA合成前體的氧化及其生物學影響的研究相對有限，可以在hMTH1的2-OHdATPase以及Nudix水解酶對其他修飾的活性上進行更加深入的研究。

由于RNA的豐富性、單鏈結構等因素，其比DNA更容易被氧化。有研究表明，受損RNA的持續(xù)存在可能導致錯誤蛋白形成。最近還有報導發(fā)現(xiàn)，RNA中8-oxoGua的積累可以改變蛋白質(zhì)合成，并導致β淀粉樣蛋白的細胞增加，這說明了RNA氧化在發(fā)病機制中可能十分重要。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，進一步證明了mRNA中氧化堿基的存在導致轉(zhuǎn)錄本上的核糖體停滯，導致蛋白質(zhì)表達減少，神經(jīng)元退化。但是，有關氧化性對RNA的損傷的研究還比較少，需要更多的探索。

作者進一步討論了氧化應激標志物的測定方法以及核酸氧化損傷測定方法。目前，用于檢測氧化損傷DNA最廣泛的檢測方法是LC-MS/MS、彗星檢測和各種免疫化學方法，如ELISA。細胞外生物基質(zhì)中氧化核酸產(chǎn)物的測定也十分重要，它可以繞過提取和人為產(chǎn)生的干擾，相比細胞內(nèi)核酸損傷測定更有優(yōu)勢。在生物標記物中，尿的氧化應激標記物提供了一種非侵入性途徑監(jiān)測應激的方法。因此，對這些生物標志物進行準確而直接的測量，對于更好地了解這種損傷在疾病中的作用以及建立臨床應用的參考范圍，是十分有益的。作者還討論了在目標組織和替代組織中測定標志物的情況。在個體間變異主要由外部暴露于破壞性物質(zhì)(如化學物質(zhì)或吸煙)驅(qū)動的情況下，代理組織和目標組織中的生物標記物水平之間的相關性是可以預期的，在這種情況下，代理組織和目標組織同樣可能受到損傷，則使用替代組織是合理的。還存在因為特定器官中氧化應激的增加導致全身氧化應激水平的增加的情況。這種情況需要對已有疾病了解，進而將替代標志物與目標標志物進行關聯(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（以及其他細胞外基質(zhì)）中對核酸氧化性損傷的生物標記物的測量已經(jīng)很好地建立起來，許多技術已經(jīng)成為金標準。這些生物標志物已經(jīng)在多種疾病和衰老過程中被發(fā)現(xiàn)與核酸氧化性損傷有關。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致下游事件并導致發(fā)病機制提供了可能。