金屬硫蛋白與腫瘤發病機制研究進展

牛煥國白嵐邵煥慶

(1.淄博市周村區人民醫院內二科，255300；2.山東省軍區門診部，250099)

金屬硫蛋白(metallothioneins，MT)是一類低分子量、富含胱氨酸的細胞內蛋白質，在防止DNA損傷、細胞凋亡、氧化應激中起重要作用。研究表明MT表達與多種腫瘤的進展、藥物抵抗有關[1]。本文就金屬硫蛋白在腫瘤發病過程及藥物抵抗中的作用機制進行綜述。

1 MT的結構

人體中的MT基因定位于染色體16q13，包含4種功能亞型MT-1～MT-4。哺乳動物的MT含有60～68個氨基酸殘基，通過兩個結構域可以同時與必須的金屬元素如鋅、銅和有毒金屬如鎘、汞等結合，靠近N端的β結構域，可通過9個半胱氨酸結合3個金屬原子，而α結構域靠近C端，通過11個半胱氨酸殘基結合4個金屬離子[2]。MT-1和MT-2在人和動物組織中普遍存在，MT-3主要分布于中樞神經系統，MT-4主要位于皮膚、消化道等器官的角質細胞和復層鱗狀上皮細胞中。

2 MT的生理功能及其表達調控

體內主要有兩種形式的MT蛋白，金屬結合型和游離型。通常游離型MT只是暫時存在于非腫瘤細胞中，但有研究表明在大鼠的許多腫瘤中有高表達的游離型MT存在[1]。MT主要功能有參與微量元素的代謝及重金屬的解毒；清除自由基在氧化還原中的作用；拮抗電離輻射、參與應激反應；調控機體生長發育和細胞代謝等[3]。金屬、激素、細胞因子、氧化應激及其他理化應激可誘導MT的表達[1]，它們對MT表達的調控主要表現在轉錄水平上。MT基因的5’啟動區至少存在兩個調控片段，即金屬反應元件和糖皮質激素反應元件。在某些腫瘤中Ha-ras癌基因處于激活狀態，從而作用于MT基因啟動區的調控片段，導致了MT表達的增加。

3 MT在腫瘤發生過程中的作用機制

3.1促進腫瘤細胞增生 MT通過多種調節作用，對腫瘤細胞的增生、分化產生影響。鋅是機體內多種酶的必需成分，參與體內結合蛋白的合成過程以及多種聚合酶的激活過程[2]。鋅可誘導MT的表達增高，改變細胞信號傳導途徑，影響DNA的復制、基因的轉錄和蛋白質的合成。MT對宮頸癌細胞有濃度依賴性的促進增生作用[4]。MT表達呈明顯的細胞周期依賴性，處于S期的腫瘤細胞MT染色陽性率較高，在增生期細胞中的含量比靜止期細胞高2～3倍，提示MT可能具有促進細胞分裂增生的作用[5]。張樹輝等[6]研究結果顯示在高中分化肝癌細胞中MT位于胞質和胞核，低分化細胞則以胞核為主。MT和其他一些腫瘤標志物如P53，PCNA，VEGF等的聯系，進一步證明MT與細胞增生相關[7-10]。

3.2 與腫瘤細胞凋亡的關系 MT可保護活性氧對機體的損傷，防止細胞凋亡[7]。MT還可通過與鋅的相互作用發揮對細胞凋亡的抑制作用，不同的物理化學因素和免疫刺激均可增強鋅對細胞凋亡的抑制作用[11]。當應用特定的抗腫瘤藥物時，抑制MT-2A基因表達后MT在MCF-7細胞系中表達下降從而提高了腫瘤細胞對于抗癌藥物的敏感性，增加了腫瘤細胞的凋亡[12]。通過對腫瘤細胞增生周期分析發現，細胞內MT表達降低者出現相應的凋亡增加。在添加鎘或銅后，P53基因突變后不能誘導MT的產生或細胞凋亡[8]。李天等[4]認為經MT作用的宮頸癌細胞凋亡率明顯減少，且且P53蛋白及mRNA表達水平均降低，提示MT可能通過抑制P53依賴的線粒體凋亡途徑而抑制宮頸癌細胞凋亡。

3.3 影響腫瘤新生血管的形成 在腫瘤快速增長過程中容易出現新生血管生長不足影響腫瘤的血液供應，而導致腫瘤細胞缺氧、腫瘤組織壞死，而缺氧可誘導多種基因表達上調，如血管內皮生長因子(VEGF)，這些因子可誘導MT表達增加，且通過與其受體結合能激活信號傳導途徑如PI3K/Akt/mOTR和MEK/ERK，改變腫瘤血管內微環境，促進腫瘤新生血管的形成[13]。在前列腺癌中MT可與VEGF起協同作用，促進腫瘤血管內皮細胞增生及新生血管生成[10]。

3.4 在金屬致癌和抑癌中的作用 細胞內的金屬一部分與細胞內金屬結合蛋白(主要是MT)結合，另一部分則作用于靶分子而發揮其生物學作用，其中包括金屬的致癌和抑癌效應。鋅在DNA復制和修復過程中起重要作用，鋅在前列腺癌組織的含量顯著低于正常前列腺[14]，其含量降低能抑制睪酮轉換成二氫睪酮(DHT)，而睪酮含量升高對前列腺有致癌作用。鋅對鎘所致前列腺細胞的超微結構損傷及部分酶的活性有明顯的保護作用，組織細胞中的MT具有結合并阻止鎘作用于DNA鏈而誘發腫瘤的功能。由于肝癌細胞中MT的含量明顯低于正常組織，因此給予鎘劑后，有更多的游離鎘向肝癌細胞聚集，在殺傷肝癌細胞的同時對正常肝細胞影響較小，從而實現靶向殺死肝癌細胞、實現抗腫瘤作用[15]。

3.5 與腫瘤細胞獲得性耐藥的關系 研究發現MT過表達的癌細胞株耐藥性明顯增強[15]。Bacolod等[16]研究認為MT與親電性化療藥螯合后，增強了腫瘤細胞DNA的修復能力。MT可清除鉑、鎘等微量元素，使化療藥物無法作用于腫瘤細胞的DNA，且藥物與DNA結合后，細胞死亡減少[17]。另一方面可能是生長因子激活后控制耐藥性的酶和蛋白質的表達，使腫瘤細胞產生耐藥性[18]。MT可以保護腫瘤的血管周圍細胞，使化療藥物不能向血管周圍組織擴散，使化療藥物的治療效果降低。

3.6 對腫瘤預后的影響 腫瘤組織中MT含量與某些腫瘤的分化程度及預后有密切關系。在MT與前列腺癌的關系中，在腫瘤組織含量低者，存活時間長，預后較好[10]。在乳腺癌患者中，MT在腫瘤過度表達者化療效果不佳，總體生存率較低，預后較差[12]。在早期黑色素瘤患者中，MT過度表達者預后較差[19]。子宮內膜癌中MT的表達與癌細胞的分化和臨床分期有關，分化越低表達越高，臨床分期越高表達越強，但與肌層浸潤無明顯關系[20]。在大腸癌患者中，MT陽性組與陰性組無病生存率和無遠處轉移生存率均有顯著性差異，提示大腸癌MT陽性表達與預后不良相關[21]。

4 展望

腫瘤的發生、發展是多因素相互作用的結果，MT在腫瘤生成過程中發揮一定的作用，在臨床診斷、治療以及預后監測中也發揮重要作用。利用MT對腫瘤的影響開發新型抗腫瘤藥物；通過腫瘤MT的基因剔除促進腫瘤的凋亡等，深入的研究和探索MT基因與腫瘤的關系，將對腫瘤的臨床診治有重要的意義。

[1]EckschlagerT，Adam V，HrabetaJ，etal.Metallothioneins and Cancer[J].Current Protein and Peptide Science，2009，10(4)：360-375.

[2]Vasak M，Meloni G.Chemistry and biology of mammalian metallothioneins[J].J Biol Inorg Chem，2011，16(7)：1067-1078.

[3]張燕，肖婷婷，沈祥春.金屬硫蛋白的功能及藥理作用研究進展[J].中國藥理學通報，2010，26(6)：824-827.

[4]李天，熊維，濮德敏，等.金屬硫蛋白對人宮頸癌細胞增殖和凋亡的影響[J].腫瘤防治研究，2007，34(12)：924-926．

[5]張瑞芬，羅賢懋，魏慧娟.金屬硫蛋白過表達對乳腺癌細胞生長和有關基因表達水平的影響[J].中華腫瘤雜志，2001，23(2)：128.

[6]張樹輝，徐愛民.肝細胞癌中金屬硫蛋白表達下調及其臨床病理學意義[J].世界華人消化雜志，2007，15(32)：3413-3417.

[7]Jin R，Chow VT，Tan PH，et al.Metallothionein 2A expression is associated with cell proliferation in breast cancer[J].Carcinogenesis，2002，23(1)：81-86.

[8]Cardoso SV，Silveira-Júnior JB，De Carvalho Machado V，et al.Expression of metallothionein and p53 antigens are correlated in oral squamous cell carcinoma[J].Anticancer Res，2009，29(4)：1189-1193.

[9]高迎春，張爽.金屬硫蛋白與腫瘤增殖抗原在卵巢上皮性腫瘤組織中的表達及意義[J].中國婦幼保健，2011，26(6)：907-908.

[10]李墨農，白嵐，周榮祥，等.金屬硫蛋白與血管內皮生長因子在前列腺癌中的表達及臨床意義[J].中國全科醫學，2009，12(10B)：1852-1853.

[11]Jayasurya A，Bay BH，Yap WM，et al.Proliferative potential in nasopharyngeal carcinomas：correlation with metallothionein expression and tissue zinclevel[J].Carcinogenesis，2000，21(10)：1809-1812.

[12]Yap XL，Tan HY，Huang J，etal.Over-expression of metallothionein in predictschemoresistancein breastcancer[J].J Pathol，2009，217(4)：563-570.

[13]Kojima I，Tanaka T，Inagi R，et al.Metallothionein is upregulated by hypoxia and stabilizeshypoxia-inducible factor in the kidney[J].Kidney Int，2009，75(3)：268-277.

[14]KusakabeT，NakajimaK，SuzukiK，etal.Thechanges of heavy metal and metallothionein distribution in testis in duced by cadmium exposure[J].JBioM etals，2008，21(1)：71-81.

[15] 李鵬，盧日峰，周英杰，等.氯化鎘對人癌細胞株的抑制作用及其對細胞增殖核抗原和金屬硫蛋白表達的影響[J].吉林大學學報：醫學版，2011，37(4)：641-645.

[16]Bacolod MD，Fehdrau R，Johnson SP，et al.BCNU-sequestration by metallothioneins may contribute to resistance in a medulloblastoma cell line[J].Cancer Chemother Pharmacol，2009，63(4)：753-758.

[17]SmithDJ，JaggiM，Zhang W，etal.Metallothioneinsand resistance to cisplatin and radiation in prostate cancers[J].Urology，2006，67(6)：1341-1347.

[18]Mao P，HeverMP，Niemaszyk LM，etal.Serine/threonine kinase 17A is a novel p53 targetgene and modulatorof cisplatin toxicity and reactive oxygen species in testicular cancer cells[J].J Biol Chem，2011，286(22)：19381-19391.

[19]Weinlich G，EisendleK，HasslerE，etal.Metallothionein overexpression as a highly significantprognostic factor in melanoma：a prospective study on 1270 patients[J].Br J Cancer，2006，94(6)：835-841.

[20]段楊平，濮德敏，李天，等.金屬硫蛋白在子宮內膜癌中的表達及意義[J].中國婦幼保健，2008，23(17)：2428-2430．

[21]Xie YS，Wang R，Tao WP.Biological Significance of methallothionein expression in human colorectal cancer and normal colorectal mucosa tissues[J].Medical Journal of Wuhan University，2010，31(1)：43-46.