哺乳动物硫氧还蛋白还原酶(thioredoxin reductase,TrxR)是含硒酶,其主要功能是催化NADPH还原硫氧还蛋白。它在促进与肿瘤发生发展相关的多重细胞活动中有很重要的作用,这些活动包括细胞增殖、凋亡和细胞信号传导等。作为含硒酶,硒代半胱胺酸残基位于TrxR分子羧基端的倒数第二位,暴露于酶的表面,具有很高的活性且在催化作用中很容易被接近。而且,硒代半胱胺酸残基的pKa值约为5-2,因而在生理pH时处于非质子化的硒醇盐状态。这两个特点使得TrxR易被烷化剂或者亲电化合物修饰,导致失活。这种氧化还原酶在肿瘤中高表达,近几年大量研究表明它是抗癌剂治疗癌症的有效分子靶。体外实验发现临床上经常使用的烷化类抗癌剂能有效抑制TrxR活力。环磷酰胺是临床上治疗恶性肿瘤最常用的烷化剂代表药物之一。它在体外无活性,在体内经过肝细胞色素P450酶代谢活化才能发挥作用,因此我们在动物体内研究环磷酰胺对肿瘤TrxR活力的影响,发现环磷酰胺是TrxR有效的抑制剂。而且,我们还观察到TrxR活力在被迅速抑制后,又逐渐恢复到正常水平,这可能与肿瘤细胞耐药性相关。我们的结果提示在使用环磷酰胺治疗时,使用药理或者遗传学方法控制TrxR活力恢复可能是克服肿瘤细胞耐药性的一个合理治疗策略。我们还使用腹水肝癌动物模型研究环磷酰胺抑制癌细胞TrxR对癌细胞增殖的影响,发现TrxR对肿瘤生长很重要,而且环磷酰胺对肿瘤细胞TrxR活力的抑制与其抗癌效果密切相关。这些结果表明环磷酰胺对癌细胞TrxR活力的抑制可以认为是其抗癌效果的一个重要机制。心力衰竭是使用高剂量的环磷酰胺经常出现的威胁生命的并发症,但是其发病机理还不是很清楚。我们发现环磷酰胺引发的心脏损伤可能是它对细胞质硫氧还蛋白还原酶(cytoplasmic thioredoxin reductase,TrxR1)和非蛋白游离巯基的共同抑制引起的。TrxR1曾经被报道在大多数组织但是不包括心脏发挥很重要的作用。我们的研究发现心脏TrxR1有其独特的两个方面。第一,肿瘤、膀胱和肾中的TrxR1超过一半活力被抑制,将会产生相应的毒性后果。但是,当心脏中TrxR1活力被强烈抑制了68%,没有看到明显的心脏损伤。第二,肿瘤组织、腹水癌细胞、膀胱和肾脏中TrxR1活力在被环磷酰胺或者异环磷酰胺抑制后能快速恢复到正常水平,但是心脏TrxR1活力恢复很慢甚至不恢复。心脏中TrxR1活力失活在环磷酰胺引起的心脏损伤中仍然发挥作用,因为失活TrxR1能获得细胞毒素的功能,在大量非蛋白游离巯基被消耗的时候,这种细胞毒素的功能会产生很明显的效应,引发心脏损伤。当高剂量的CTX或者低剂量的CTX与谷胱甘肽合成的抑制剂一起使用的时候,能引起心脏TrxR1和非蛋白游离巯基的共同显著抑制,导致心脏损伤的发生。异环磷酰胺是磷酰胺类衍生物,具有广谱的抗肿瘤活性。它需要在体内经过肝细胞色素P450酶代谢活化才能发挥作用。我们已经发现环磷酰胺能有效抑制肿瘤TrxR活力。作为环磷酰胺的异构体,异环磷酰胺与哺乳动物TrxR之间的相互作用还没有被研究。因此,我们在小鼠上研究异环磷酰胺对TrxR活力影响。我们发现异环磷酰胺能抑制肿瘤TrxR活力,导致肿瘤细胞增殖速度显著减慢。而且,异环磷酰胺优先抑制体内TrxR活力,而不是其它抗氧化参数。经过异环磷酰胺作用的癌细胞,其TrxR活力被显著抑制,当把这些细胞移植到小鼠体内时,发现它们不再具有致肿瘤的属性。异环磷酰胺还能抑制肾脏、膀胱和脑组织TrxR活力。这些结果说明异环磷酰胺对肿瘤TrxR活力的抑制与其抗癌效果高度相关,并且异环磷酰胺的全身毒性可能与其抑制多器官TrxR活力有关。异环磷酰胺对TrxR活力抑制可以看做其抗癌效应的一个很重要的机制。上面的结果说明TrxR酶的靶向保护可能是一个减少或者缓解化疗药对正常组织毒性的有效方法,这样可以提高化疗药的剂量,获得好的治疗效果。阿米福汀是美国FDA批准的用于减轻顺铂多次治疗引起的肾毒性的细胞保护剂。体外实验证明顺铂能抑制TrxR,但是药理剂量的顺铂在体内能否抑制TrxR活力至今还没有报道。我们发现药理剂量的顺铂能抑制小鼠腹水肝癌细胞TrxR的活力,压制肝癌细胞增殖,并且能抑制肾脏TrxR活力,产生肾脏毒性。阿米福汀能保护肾脏TrxR活力不受顺铂的抑制,但是不干扰顺铂对肿瘤TrxR活力的抑制。阿米福汀能显著提高顺铂对腹水肝癌模型的治愈率,可能是由于它对TrxR的选择性保护。