细胞水平的研究表明, Cr(VI)进入细胞后, 在细胞内被还原为低价态铬, 在此过程中产生大量的ROS。ROS在胞内累积是Cr(VI)细胞毒理效应的关键因素。
近年来的研究表明, Cr(VI)可通过降低胞内抗氧化酶活性、促进ROS合成相关酶类表达及干扰线粒体能量传递等方式导致细胞内ROS累积。
1.消解ROS的酶类活性下降
细胞内存在抗氧化系统, 多种酶类与多肽具有消除ROS的作用, 如超氧化物歧化酶(superoxide dismutase, SOD)、过氧化氢酶(catalase, CAT)、还原型谷胱甘肽(reduced glutathione, GSH), 硫氧还蛋白及其还原酶等(thioredoxin/thioredoxin reductase, Trx/ TrxR)等, 只有当细胞内的还原系统不足以清除新产生的ROS时, 才会导致胞内ROS水平提高。生理研究显示, Cr(VI)进入动物体后可导致包括肝组织、表皮组织在内的多种组织中SOD、CAT活性, GSH/ GSSH比值出现明显下降。在细胞水平上, Cr(VI)染毒后的人支气管上皮细胞BEAS-2B中, TrxR活性被抑制, Trx氧化水平提高。以上结果表明, Cr(VI) 在还原过程中消耗了大量胞内还原酶, 打破了体内氧化还原平衡, 导致胞内抗氧化系统受损, 从而产生ROS累积效应。Wang等发现, 在小鼠大肠炎相关的肠癌细胞中, Cr(VI)还导致SOD及CAT蛋白表达水平下降, 说明Cr(VI)不只消耗胞内成熟的抗氧化酶类, 还干扰此类酶的表达。
2. ROS合成相关的酶类表达水平提高
ROS除了作为有氧代谢的副产品, 同时也可以作为第二信使, 调节细胞正常生理活动, 体内多种信号能刺激胞内产生ROS, 如生长因子、细胞因子等。胞内存在合成ROS的酶系—NADPH氧化酶 (NADPH oxidase, NOX)。NOX位于多种细胞质膜上, 带有细胞色素C和FAD基团, 由gp91phox 、p22phox 、p47phox 、p67phox 、p40phox 和Rac六种亚基组成。在 BEAS-2B细胞中, Cr(VI)染毒后可导致NOX的多个亚基的表达水平有明显提升, 同时, p47phox 磷酸化水平提高, 并转移到膜上。说明Cr(VI)除在还原过程中直接产生ROS外, 还可促进细胞合成新的ROS。
3. 干扰线粒体能量传递
线粒体是胞内氧化反应的中心, 线粒体通过电子传递链将电子传递给氧, 并制造ATP。Yuan等和Xiao等[对Cr(VI)影响人胚肝细胞L-02的线粒体能量代谢机制进行了系统研究, 结果表明, Cr(VI) 可以通过阻遏线粒体细胞呼吸链I(mitochondrial respiratory chain complex I, MRCC I)的电子传递作用造成ROS累积, 有意思的是, 在L-02细胞中, SOD、 CAT等抗氧化酶类的表达水平没有明显改变。说明在不同的细胞中, Cr(VI)导致ROS累积的机制有所不同。
