SOD2（MnSOD）

概述

线粒体是体内氧化反应的靶细胞器，消耗人体90% 的氧[1]。而其中大约有15％的氧在代谢过程中以超氧离子和过氧化氢的形式出现[2]。由于线粒体中的DNA没有组蛋白的保护和有效的DNA修复系统，当其暴露于高水平的活性氧环境中时，很容易引起氧化损伤，并最终导致癌症的发生[3]。锰超氧化物歧化酶对于线粒体中活性氧的浓度调节具有重要的作用。该酶是由SOD2基因编码，与氧化磷酸化作用的超氧化物副产物结合，并将其转化为过氧化氢和氧。

基因结构

SOD2基因的英文全称为manganese superoxide dismutase, superoxide  dismutase 2，别名为MnSOD，编码锰超氧化物歧化酶。该基因位于第6号染色体6q25.3位置，基因全长11.0kb，共有5个外显子，mRNA全长1,026bp，编码233个氨基酸残基的蛋白。
基因分子生物学功能

锰超氧化物歧化酶属于金属过氧化物歧化酶家族，编码的线粒体蛋白形成四聚物，每一个亚族结合一个锰原子。该酶是体内重要的内源性抗氧化酶之一，它在胞浆内合成，移至线粒体发挥作用，是人体内一种重要的超氧化物歧化酶。超氧化物歧化酶（SOD）是含Cu、Zn、Mn的酶，催化O2•-的歧化反应。锰超氧化物歧化酶的作用具有双向性，一方面，它催化两种超氧基团的歧化反应：将电子转运系统产生的超氧离子清除从而产生过氧化氢和氧；另一方面，过氧化氢又可以与亚铁反应形成更具细胞毒的羟自由基[4]。

锰超氧化物歧化酶广泛存在于线粒体，其表达以及活性的降低将导致对线粒体内产生的超氧离子的清除作用降低，从而导致线粒体DNA的过氧化损伤。

参与的通路

SOD2编码的锰超氧化物歧化酶可以将超氧离子清除，产生过氧化氢和氧。研究发现，过氧化物和超氧化物等（Oxidative Stress）能诱导SOD2基因的转录，而锰超氧化物歧化酶对肿瘤细胞的抑制作用，也可能是通过对P53的上调作用而导致肿瘤细胞的衰亡。

研究表明，锰超氧化物歧化酶中每个Mn(Ⅲ)都是具有配位的三角双锥结构，其中一个轴向配体为水分子。活性部位Mn(Ⅲ)处在一个主要由疏水残基构成的疏水口袋里，该口袋构成底物结合部位。锰超氧化物歧化酶的催化作用是通过Mn(Ⅲ)的交替电子得失来实现，即
    氧化反应：Mn(Ⅲ)SOD + O2•-→ Mn(Ⅱ)SOD + O2
    还原反应：2H＋+Mn(Ⅱ)SOD + O2•-→ Mn(Ⅲ)SOD + H2O2


                                                                图1 O2•-被MnSOD转化为H2O2和O2（[5]）


                                                   图2  SOD1/SOD2的过表达对酵母菌生命周期的影响[6]


                                                            图3 活性氧的产生以及清除氧自由基的防御机制

如图3所示，锰超氧化物歧化酶在线粒体内催化超氧离子（O2•-）分解为H2O2和氧（O2），以清除线粒体呼吸链电子传递系统产生的超氧离子自由基。

超氧离子自由基O2•-是生物在利用氧的过程中产生的一种活性氧，而机体内如果产生自由基过多，体内的动态平衡就会被破坏而导致细胞损伤。越来越多的研究表明，人体内的O2•-与癌症等疾病有关。