特异性氧化调节细胞功能

长期以来，过氧化氢一直被认为是一种危险的代谢物，可以通过氧化作用破坏细胞。然而，这并不是它在细胞中的唯一作用。来自德国癌症研究中心的科学家们现在已经发现了它是如何传递特定信号的:一种叫做过氧化物蛋白的酶捕捉游离的过氧化氢分子，并用它们来特异性地氧化其他蛋白质。过氧化氢因此调节，例如，炎症促进转录因子的活性，从而控制重要的细胞功能。

过氧化氢(H2O2)是一种强氧化剂，用作头发和牙齿的漂白剂，以及伤口消毒剂。此外，H2O2也在体内形成，例如作为细胞呼吸的代谢产物。它属于一组叫做活性氧(ROS)，科学家怀疑它对细胞及其成分有破坏性影响。例如，它们被认为在致癌、退行性疾病甚至衰老中发挥作用。人体细胞中含有大量被称为过氧氧还原素的酶，这种酶可以降解H2O2，并被认为是对所谓危险的H2O2分子的保护。

大约十年前，研究结果表明事情并没有这么简单:“在大多数情况下，H2O2不是一种不受欢迎的副产物，而是一种重要的化学信使，在调节身体细胞对激素和生长因子等外界信号的反应方式方面发挥着重要作用，”德国癌症研究中心(Deutsches Krebsforschungszentrum, DKFZ)的Tobias Dick博士说。“我们今天知道，身体自身的H2O2对健康生物体的信号处理至关重要。”H2O2通过氧化特定部位的特定蛋白质来传递信号，从而交替地打开或关闭它们。迪克和他的同事们现在是第一个通过人类细胞的特定氧化来展示这种信号背后的分子机制的人。

长期以来，这一机制对科学家来说一直是个谜:信号分子需要有特定的作用。像H2O2这样几乎不比水分子(H2O)大多少的小分子，是如何特异性地氧化特定蛋白质而不影响其他蛋白质的呢?为什么在H2O2发生反应之前，为信号传递而产生的相对少量的H2O2没有立即被过氧还原蛋白捕获目标蛋白质?

迪克的团队现在已经证明，解决方案既简单又优雅。DKFZ的研究人员证明，H2O2实际上在形成后立即被过氧氧还原蛋白捕获。然而，接下来发生的事情令人惊讶:过氧还原蛋白利用H2O2氧化其他蛋白质。这意味着它们确实能捕获H2O2，尽管不是为了防止其氧化作用，而是为了有序地将它们引导到非常特定的目标上。与微小的H2O2分子不同，过氧氧还蛋白可以与其他蛋白质特异地相互作用。因此，它们能够靶向和氧化其他蛋白质，以调节它们的功能。靶蛋白的氧化改变只是暂时的，不会造成任何损害。

研究人员用一个例子来证明其机制:他们确定了转录因子STAT3作为一种过氧还蛋白的突出靶蛋白，它可以调节炎症过程并促进肿瘤发展。他们能够证明过氧还蛋白将H2O2的氧化作用传递给STAT3。STAT3的氧化状态反过来又决定了转录因子如何有效地调节基因活性。与之前所有的假设相反，研究人员能够排除游离H2O2直接和自发氧化STAT3的可能性。

该论文的第一作者Mirko Sobotta说:“肿瘤细胞产生大量的H2O2，并使用比正常细胞更高水平的氧化信号来驱动自身的生长。”“现在我们已经确定过氧化物蛋白是特定氧化的关键参与者，我们可以针对它们来干扰癌症相关的氧化信号。”

这项新研究不仅揭示了生物学的一个基本问题，而且还揭示了癌症相关转录因子STAT3调控的新水平。该研究项目是1036合作研究中心(SFB 1036)的一部分，该中心致力于DKFZ-ZMBH联盟内细胞调控基本机制的研究。