# 次卤酸（HOX）与蛋白质的反应：化学、后果及调节
一、引言
次卤酸（HOX）是一类含有与羟基相连的卤素（或类卤素）的含氧酸，在生物系统中由多种哺乳动物血红素过氧化物酶催化产生，包括髓过氧化物酶（MPO）、嗜酸性粒细胞过氧化物酶（EPO）等。在正常生理卤化物浓度下，次氯酸（HOCl）是体内最常见的 HOX，但其他 HOX 如次溴酸（HOBr）和次硫氰酸（HOSCN）在不同生物环境中也具有重要意义。
HOX 在免疫防御中发挥着关键作用，能够清除细菌等病原体，但同时也会促进宿主组织损伤，引发多种炎症性疾病。此外，HOX 的形成在某些情况下对宿主有益，如 HOBr 参与胶原蛋白 IV 支架的组装和交联，甲状腺过氧化物酶（TPO）和碘离子（I?）参与甲状腺激素的合成。
蛋白质是细胞和组织中含量丰富的生物大分子，许多氨基酸侧链能与 HOX 快速反应，因此蛋白质是 HOX 在生物体内的主要靶标。本文将对 HOCl、HOBr 和 HOSCN 与蛋白质的反应性、修饰机制、功能后果以及调节这些反应的治疗方法进行综述。
二、HOX 与蛋白质反应的化学性质和选择性
2.1 反应动力学
HOCl、HOBr 和 HOSCN 与蛋白质反应的速率和选择性存在差异，这主要反映了它们的两电子还原电位不同。HOCl 和 HOBr 最易与含硫（半胱氨酸 Cys、甲硫氨酸 Met）或含氮（赖氨酸 Lys、组氨酸 His、色氨酸 Trp）的氨基酸侧链反应，而 HOSCN 对 Cys 和硒代半胱氨酸（Sec）具有选择性。
在生理 pH 条件下，HOCl 与氨基酸侧链的反应活性顺序为：Cys > Met >> 胱氨酸 ～ His ～ α - 氨基 > Trp > Lys > Tyr ～ Arg > Gln ～ Asn。值得注意的是，通过竞争动力学方法测定的 HOCl 与 Cys 反应的速率常数（k2 3.6 × 108 M?1 s?1）高于先前基于高 pH 动力学数据外推的值，表明 Cys 可能是蛋白质暴露于 HOCl 时最具反应性的氨基酸侧链。
HOBr 与蛋白质的反应模式与 HOCl 相似，但 HOBr 与 Tyr 的反应速率比 HOCl 快约 5000 倍，这使得基于 Cl - Tyr 和 Br - Tyr 水平推断 HOCl 和 HOBr 在病理中的相对作用可能不准确。HOSCN 是较弱的氧化剂，与蛋白质 Cys 残基反应通常形成可逆氧化产物，且 Met 不是其作用靶点。
此外，HOCl 和 HOBr 还能与蛋白质酰胺主链反应，不过反应速率较慢，且受蛋白质结构和环境影响；HOSCN 虽可诱导蛋白质片段化，但没有证据表明它能直接与蛋白质酰胺主链反应。
2.2 反应机制、活性中间体和产物
2.2.1 含硫氨基酸：Cys、Met 和胱氨酸
含硫氨基酸是 HOX 的高反应性靶点。蛋白质 Cys 残基与 HOX 反应会形成硫卤化物中间体（RS - X），这些中间体不稳定，可与游离硫醇反应生成含二硫键的产物，导致蛋白质谷胱甘肽化；也可水解形成更高阶的 Cys 含氧酸。HOSCN 与 Cys 的反应主要是可逆的，这可能有助于减少 MPO 诱导的氧化损伤。
Met 残基可与 HOCl 和 HOBr 反应生成蛋氨酸亚砜（MetSO），高浓度氧化剂下还可进一步生成蛋氨酸砜。此外，Met 与 HOCl 或 HOBr 反应还可能形成环状氮杂硫鎓化合物脱氢蛋氨酸。
胱氨酸二硫键是 HOCl 和 HOBr 的重要靶点，反应会导致二硫键断裂，改变蛋白质的结构、功能和活性，还可引发蛋白质的谷胱甘肽化或半胱氨酰化。
2.2.2 含硒氨基酸：Sec 和 SeMet
含硒化合物 Sec 和 SeMet 与 HOX 反应形成相应的硒氧化物，可被硫醇或细胞抗氧化系统还原回母体化合物，这一过程有助于催化清除氧化剂，可能具有治疗价值。含硒化合物与 HOX 的反应性通常高于相应的含硫类似物。
2.2.3 含氮化合物 1：胺类（α - 氨基和 Lys）
HOCl、HOBr 和 HOSCN 与胺类反应分别形成不稳定的 N - 氯胺（RR'NHCl）、N - 溴胺（RR'N - Br）和 N - 氨基硫氰酸盐（RR'N - SCN）。N - 氯胺可将氯转移到其他氨基酸或生物底物上，还可分解形成多种产物，影响蛋白质的电荷和结合特性。HOBr 与胺类反应形成的 N - 溴胺可作为独立氧化剂，促进 Tyr 的溴化和蛋白质的交联。而 HOSCN 形成的 N - 氨基硫氰酸盐在生理 pH 下不稳定，易分解回母体胺。
2.2.4 含氮化合物 2：杂环（His 和 Trp）
HOCl 与 His 反应形成 N - 氯胺，这些氯胺可迅速将氯转移到其他氨基酸上。His 残基也是 HOBr 的有利靶点，而 HOSCN 与 His 的反应生理相关性尚不明确。
Trp 残基易与 HOCl 和 HOBr 反应，与 HOSCN 反应程度较低。HOCl 与 Trp 反应可形成多种产物，如 2 - 羟基色氨酸（2 - OH Trp）、二羟基色氨酸和氯代色氨酸等，这些反应与多种病理状况相关。
2.2.5 含氮化合物 3：其他（Arg、Gln 和 Asn）
Arg、Gln 和 Asn 与 HOCl 和 HOBr 的反应相对较弱，但在特定条件下仍可发生。HOCl 与 Arg 反应可形成氯化代谢物，影响内皮型一氧化氮合酶的活性；HOBr 与 Gln 和 Asn 反应可形成 N - 溴化产物，并通过自由基途径分解。目前尚无 HOSCN 与这些氨基酸反应的报道。
2.2.6 芳香族氨基酸：Tyr
HOCl 与蛋白质 Tyr 残基反应可形成 Cl - Tyr 和 3,5 - 二氯酪氨酸（diCl - Tyr），这些产物常用作 MPO 诱导损伤的生物标志物。HOBr 与 Tyr 反应形成类似的单溴化和二溴化产物，且反应速率比 HOCl 快得多。HOSCN 在生理条件下通常不修饰 Tyr。
三、HOX 与蛋白质反应的结构和功能后果
HOX 与蛋白质的反应会对蛋白质结构产生多种影响，如解折叠、交联、聚集和片段化，进而导致蛋白质功能改变，包括酶失活、功能丧失或获得、结合特性改变以及免疫原性变化等，这些变化与多种疾病的发生发展密切相关。
3.1 解折叠
蛋白质暴露于 HOX 可直接导致解折叠，通常是由于氨基酸修饰，尤其是 HOCl 和 HOBr 引起的。蛋白质解折叠会影响细胞功能，导致细胞死亡、信号改变和炎症增加。例如，溶菌酶和大豆胰蛋白酶抑制剂暴露于 HOCl 后，解折叠程度与功能丧失相关；HOCl 修饰的 C 反应蛋白（CRP）解折叠后，可与多种血浆蛋白和细胞表面受体相互作用，促进炎症反应。
在细菌中，HOCl 诱导的蛋白质解折叠可激活细菌的保护机制，如 ATP 依赖的伴侣系统和 ATP 非依赖的 holdases。然而，在哺乳动物细胞中，HOX 对蛋白质折叠相关伴侣蛋白的氧化修饰可能是有害的，会导致细胞内未折叠蛋白积累，诱导细胞凋亡。
3.2 交联和聚集
蛋白质交联和聚集在 HOX 暴露下很容易发生，这会破坏正常的蛋白质和细胞功能，与多种疾病相关。
HOX 氧化蛋白质 Cys 残基可形成可逆或不可逆的交联，如二硫键和磺酰胺键。HOSCN 诱导的 Cys 氧化常形成可逆的二硫键，可能具有保护作用；而 HOCl 和 HOBr 诱导的不可逆交联与组织损伤有关。例如，HOCl 可使钙卫蛋白的 Cys 残基交联，损害其功能；HOBr 可促进胶原蛋白 IV 的交联，维持基底膜的结构完整性。
此外，芳香族氨基酸残基 Tyr 和 Trp 的反应也会导致蛋白质不可逆聚集，如形成二酪氨酸（di - Tyr）交联，这在动脉粥样硬化等疾病中具有重要意义。
3.3 片段化
蛋白质暴露于 HOX 可通过直接与主链酰胺键反应或由氨基酸侧链形成的活性中间体引发重排反应，导致蛋白质片段化。HOCl 和 HOBr 与主链酰胺的反应性较低，蛋白质片段化程度取决于氨基酸组成和结构，以及 HOX 的浓度。
HOSCN 虽不与蛋白质主链反应，但可通过其他机制导致蛋白质片段化，如暴露于 HOSCN 的低密度脂蛋白（LDL）发生了载脂蛋白 B100（ApoB100）蛋白片段化。此外，HOX 氧化可增加蛋白质对蛋白酶的敏感性，促进蛋白质在体内的片段化，这在炎症部位尤为重要，可能产生具有生物标志物潜力的肽段。
3.4 酶活性改变和蛋白质功能扰动
3.4.1 细胞内酶
细胞暴露于 HOX 会导致多种硫醇（Cys）依赖的酶迅速失活，如甘油醛 - 3 - 磷酸脱氢酶（GAPDH）、组织蛋白酶 B 和 L 等。这些酶的失活会促进细胞功能障碍，导致细胞死亡，与病原体杀伤和慢性炎症条件下的宿主细胞损伤均相关。
HOSCN 对细胞内酶的损伤在某些条件下可修复，但因其对 Cys 的选择性，也可能导致更严重的线粒体功能障碍和细胞凋亡，不过在不同细胞类型中表现不同。此外，MPO 在中性粒细胞中暴露于 HOCl 后也会失活，这可能是调节 HOCl 产生的一种机制。
3.4.2 细胞外蛋白质 - 细胞外基质（ECM）
ECM 是 HOCl 和 HOBr 的重要靶点，其修饰与多种疾病相关。HOCl 修饰 ECM 蛋白，如胶原蛋白 IV、纤连蛋白和层粘连蛋白等，会影响细胞黏附、整合素结合和增殖，在动脉粥样硬化的发展中起重要作用。HOBr 也可降解 ECM 成分，可能参与糖尿病肾并发症的发生。
HOSCN 对 ECM 蛋白的损伤较小，添加 SCN?对纤连蛋白有保护作用。此外，HOX 可激活基质金属蛋白酶（MMPs），导致 ECM 降解，其异常激活与疾病发展有关。
3.4.3 细胞外蛋白质 - 脂蛋白
HOX 对脂蛋白的修饰与动脉粥样硬化的发生发展密切相关。HOCl 修饰高密度脂蛋白（HDL）的主要蛋白质载脂蛋白 AI（ApoAI）和相关分子，会降低 HDL 介导的胆固醇流出、抗炎特性和酶活性，增加心血管疾病风险。HOCl 修饰的低密度脂蛋白（LDL）具有促动脉粥样硬化特性，其氧化修饰被认为是动脉粥样硬化病变发展的早期事件。HOBr 和 HOSCN 也可修饰 LDL，改变其功能特性。
3.4.4 细胞外蛋白质 - 血浆蛋白
血浆中大部分 HOCl 会被蛋白质消耗，白蛋白是血浆中最丰富的蛋白质，是 HOX 的重要靶点。HOCl 修饰白蛋白可增加其免疫原性，调节中性粒细胞激活；HOBr 与白蛋白反应会导致更多的 Tyr 氧化和卤化；HOSCN 在生理 pH 下主要靶向白蛋白的游离 Cys 残基。
此外，HOCl 与凝血因子如凝血因子 XIII（FXIII）和抗凝血酶反应，会影响它们的活性，导致凝血功能异常。
3.5 免疫原性改变和免疫抑制
HOCl 对蛋白质的氧化和氯化可通过改变蛋白质结构、电荷和产生修饰的蛋白质表位来影响免疫功能。例如，HOCl 靶向蛋白质酪氨酸磷酸酶（PTPs）导致 Tyr 磷酸化，激活酪氨酸激酶途径，扰乱 Ca2+信号，促进 T 细胞功能异常激活。
HOX 修饰血浆蛋白可进一步扰乱免疫过程，加重炎症性疾病。氧化的白蛋白和免疫球蛋白 G（IgG）可触发中性粒细胞的多种反应，N - 氯化的血浆蛋白可转化为有效的免疫细胞激活剂，延长 HOCl 的损伤作用。HOCl 修饰的 LDL 会增加免疫原性，促进动脉粥样硬化的进展。HOX 还可修饰中性粒细胞颗粒蛋白和肽激素胰淀素，影响免疫调节和疾病发展。
四、调节 HOX 与蛋白质反应的策略
由于 HOX 与蛋白质反应导致的组织损伤和疾病发展，开发减少 HOX 诱导蛋白质损伤的治疗方法具有重要意义，但需要平衡调节慢性炎症和维持免疫功能的关系。
4.1 抗氧化剂清除
抗氧化剂可通过清除氧化剂保护蛋白质免受氧化损伤。硒代蛋氨酸（SeMet）等含硒化合物是有效的 HOX 清除剂，其与 HOX 反应形成的硒氧化物可被细胞内的还原酶还原，具有催化清除活性。牛磺酸与 HOCl 反应形成的 N - 氯胺（TauNCl）反应性较低，可能限制宿主组织损伤；其与 HOBr 反应形成的 N - 溴牛磺酸（TauNBr）不稳定且更具反应性，已被开发为局部抗炎和抗菌药物。吡哆胺（PM）可直接清除 HOCl 和 HOBr，在糖尿病肾病的临床试验中显示出一定的效果。
4.2 抑制 HOX 形成
鉴于 MPO 在慢性炎症性疾病中的作用，开发 MPO 抑制剂以减少 HOCl 的形成备受关注。
4.2.1 通过自杀抑制剂抑制 MPO
自杀底物如 4 - 氨基苯甲酸酰肼（ABAH）和 2 - 硫代黄嘌呤等可作为 MPO 的替代底物，干扰其催化循环，通过破坏或修饰 MPO 血红素基团使其失活。ABAH 在体内存在毒性，但在某些情况下对疾病发展有预防作用；2 - 硫代黄嘌呤家族的 AZM198 在不同疾病背景下对预防组织损伤和蛋白质修饰有积极效果。
4.2.2 通过过氧化物酶循环底物和化合物 II 积累抑制 MPO
过氧化物酶底物可与 MPO 的化合物 I 反应，诱导化合物 II 积累，从而阻止 HOX 形成。例如，对乙酰氨基酚、异烟肼、环硝氧化物（如 TEMPO 及其衍生物）和含吲哚化合物等。然而，这些化合物通常缺乏特异性，对乙酰氨基酚在某些情况下还可能增强 HOCl 的形成。TEMPO 及其相关硝氧化物具有多种功能，可减少炎症诱导的损伤；含吲哚化合物如色氨酸、血清素和褪黑素等也可作为可逆 MPO 抑制剂，同时具有抗氧化和自由基清除作用。
4.2.3 通过天然 MPO 结合分子抑制 MPO
天然 MPO 结合分子是可逆的 MPO 抑制剂，通过占据血红素结合口袋与 MPO 底物竞争，抑制 HOX 形成。例如，芳香族异羟肟酸和异羟肟酸可与铁卟啉 MPO 的活性位点结合，阻止底物进入；小肽基抑制剂如 N - 乙酰赖氨酰酪氨酰半胱氨酸酰胺（KYC）可与 MPO 活性位点反应，抑制 HOCl 形成并防止蛋白质修饰；肝素和血浆蛋白铜蓝蛋白（CP）也可与 MPO 结合，抑制其活性。
4.3 改变底物可用性
补充竞争性 MPO 底物可调节 HOX 的产生，减少有害产物的生成。添加 SCN?是一种有吸引力的治疗选择，因为它是 MPO 的首选底物，可直接清除 HOCl 和 HOBr，促进 HOSCN 的生成，而 HOSCN 相对不那么具有反应性且更具选择性，其诱导的硫醇氧化往往是可逆的，并且可在哺乳动物细胞中被酶解毒。在体内，SCN?可改变蛋白质损伤模式，减轻疾病严重程度，但大剂量添加 HOSCN 可能对细胞有害。
硒氰酸盐（SeCN?）是 SCN?的类似物，可被代谢为次硒氰酸（HOSeCN），具有低毒性且可能对宿主细胞损伤较小，同时仍能杀死病原体。NO2?可调节 HOCl 诱导的损伤，但会导致蛋白质修饰模式从氯化变为硝化，也具有有害影响。碘离子（I?）可减少氧化损伤，促进次碘酸（HOI）的形成，但作为治疗策略仍需进一步研究。
五、结论和展望
蛋白质是 HOX 的高度有利靶点，在多种病理情况下易被修饰。HOX 修饰蛋白质可能是疾病的原因或结果，其对蛋白质结构和功能的影响与疾病发展和不良预后相关。目前，开发针对 HOX 与蛋白质反应的治疗策略面临挑战，如抗氧化剂难以达到足够浓度，抑制 HOX 形成可能影响免疫功能。未来需要进一步研究改变不同阴离子和过氧化物酶底物浓度对蛋白质修饰模式的影响，以及评估其对疾病结局和患者生存的影响。同时，开发具有双重功能的化合物或限制抑制剂作用于炎症部位，可能是克服现有挑战的有效途径。
