硫氧还蛋白系统（Thioredoxin system,TXN system）由硫氧还蛋白（Thioredoxin,TXN）、硫氧还蛋白还原酶（Thioredoxin reductase,TXNRD）及NADPH构成。TXN系通过二硫键交互反应为生物大分子提供电子,维持细胞内氧化还原稳态。TXNRD在肿瘤中高表达,紫草素是一种天然产物的萘醌物质,具有强效抗肿瘤活性。据报道可通过靶向TXNRD1诱导癌细胞死亡。然而,细胞抗氧化系统在紫草素诱导的细胞死亡中的作用尚不清晰,紫草素与TXNRD1之间的相互作用仍需探讨。同时筛选新型小分子抑制剂,可以为开发抗肿瘤药物提供新的思路。基于以上背景,本论文开展相关研究,结果如下:1)制备高比活力重组rTXNRD1及其突变体,揭示紫草素不可逆性修饰Sec498残基抑制TXNRD1活性进而发挥NADPH氧化酶活性伴随活性氧的生成。同时发现紫草素以非硒依赖方式被TXNRD1还原,由TXNRD1介导的氧化还原循环产生超氧阴离子;2)使用MCF-7乳腺癌细胞系,揭示紫草素通过抑制TXNRD1活性和Sec TRAPs介导氧化应激,促进肿瘤细胞活性氧依赖的坏死性凋亡。发现KEAP1-mutant非小细胞肺癌细胞对紫草素具有明显耐药性,但葡萄糖限制或磷酸戊糖途径抑制有效克服KEAP1-mutant非小细胞肺癌对紫草素的抵抗,表明NADPH耗竭是对KEAP1突变型肿瘤潜在的增敏策略;3)使用TXNRD1及其C端活性位点突变体,发现天然内酯类化合物蓝萼甲素是靶向TXNRD1中Sec498残基的不可逆抑制剂,但与紫草素相比不是TXNRD1的有效底物。同时发现其诱导胃癌细胞死亡,表明TXNRD1抑制剂有潜在的抗胃癌治疗作用。4)制备hTXNRD2重组酶,具有储存不稳定性问题。通过系列生化指标检测,发现TXNRD2对p H变化较为敏感,调节表达、纯化、储存过程中p H可以调控TXNRD2储存稳定性,优化高效制备参数,利于线粒体型TXNRD后续研究开展;本论文平行表征大鼠、小鼠、人源TXNRD1,深入讨论TXNRD1非硒依赖催化特性,并通过调节p H实现TXNRD2的稳定储存,为后续研究提供有力保障。此外,进一步探究小分子抑制剂靶向TXNRD的抑制机理和细胞毒性机制,为靶向TXNRD的抗肿瘤策略提供理论依据。