銅藍蛋白生理作用的研究進展

李天穎，李前勇，張德志，謝京君，王慶華

（西南大學榮昌校區動物醫學系，重慶 榮昌 402460）

銅藍蛋白（Ceruloplasmin）是人和動物血液中存在的一種含銅的具有氧化酶活性的α2糖蛋白，它是由Holmberg在1948年首次發現并命名的一種金屬蛋白，能結合95%以上的血清銅，外觀呈現藍色。自該蛋白發現以來的近70年時間，國外學者對其功能和作用展開了大量研究和探索，并取得了許多重要成果。近年來，隨著人們對Wilson′s病、帕金森氏癥及阿爾茨梅病等人類重要疾病的深入研究，銅藍蛋白的功能和作用也越來越多地引起了國內外學者的重視和關注，為了能更好地了解銅藍蛋白質生理作用的研究進展，本文綜述了銅藍蛋白質的氧化酶作用、抗氧化作用及在機體鐵、銅穩態維持中發揮的生理作用。

1 氧化酶作用

銅藍蛋白屬于多銅氧化酶家族成員，也是該家族成員中能結合分子氧并將其還原成水的少數重要酶類之一。銅藍蛋白獨有的結構特征，使其能借底物的一電子氧化催化分子氧的四個電子還原成兩個水分子，其反應過程見圖1。在反應過程中，銅藍蛋白的銅原子發生一個功能單位的氧化還原中心線性排列，該功能單位內的T1位點可從底物攝取單個電子并轉運到三環族上，并用獲取的電子還原分子氧成水。銅藍蛋白分子內電子從T1位點轉移到氧鍵位點的過程中，可消耗、氧化各種底物而不釋放各種氧自由基（ROS）。

圖1 銅藍蛋白催化氧還原成水的反應過程，“S”為底物

研究證實，血漿銅藍蛋白可催化鐵離子和銅離子等無機生理底物，它可氧化Fe2+為Fe3+、Cu1+為Cu2+，以利于兩種金屬離子在機體內的轉運和代謝。它還對機體其他有機組分所構成的底物發生催化氧化作用，但形成的產物因生物種類的不同而有差異，具有一步電子氧化作用的生物，最終形成的產物是水；而對于哺乳動物，形成的產物則為過氧化氫。這是一個胺氧化反應過程，機體pH值及氯離子對其有明顯影響，報道證實，當反應體系的pH值達到5.2時，銅藍蛋白的胺氧化酶活性才會達到最佳，正常生理濃度的氯離子對銅藍蛋白胺氧化酶作用有很強的促進作用[5]。此外，銅藍蛋白在機體內還發揮鄰苯二酚氧化酶作用，它能催化酚氧化成相應的鄰苯二胺，在動物機體中能與該蛋白發生鄰苯二酚反應的底物有對鄰苯二酚、鄰苯二酚取代物（如DOPA、神經毒素6-羥基多巴胺）及多種神經體液因子（如多巴胺、去甲腎上腺素、腎上腺素、5-羥色胺及色氨酸）。

2 抗氧化作用

動物機體中，許多結合有銅的蛋白質，如銅藍蛋白（CP）、超氧化物歧化酶（SOD）和金屬硫蛋白，均具有明顯的抗氧化功能。血漿銅藍蛋白的抗氧化作用機制有亞鐵氧化酶活性、亞銅氧化酶活性、谷胱甘肽過氧化物酶的活性以及其清除活性氧的能力等。Goldsteim等研究發現，血清中正常濃度的銅藍蛋白能抑制黃嘌呤氧化酶調節的正鐵細胞色素C的還原作用，發揮類似于超氧化物歧化酶對O2-的清除功能。與超氧化物歧化酶的清除自由基作用比較，銅藍蛋白的這種作用顯得較弱，但卻比較恒定，即使在該蛋白發生變性的情況下仍然保持著除清自由基的作用，據報道這種現象可能是銅藍蛋白與O2-之間發生了直接化學反應的結果。研究還證實，無論是具有活性的銅藍蛋白還是變性的銅藍蛋白均能與血液及組織液中Cu2+結合，從而顯著抑制由Cu2+誘發的脂質過氧化作用，有人還提出，銅藍蛋白的抗氧化作用是血漿抗氧化能力的主要貢獻者。但也有研究表明，銅藍蛋白對過氧自由基和過氧化氫有敏感的氧化修飾作用[11-12]，甚至在銅藍蛋白分子出現單一的表面結合銅離子時，還表現出直接促氧化作用。

眾所周知，NO是L-精氨酸（L-Arg）在一氧化氮合成酶（NOS）催化下生成的，而NOS有兩種類型，即結構型NOS合成酶（cNOS）和誘導型NOS合成酶（iNOS），其中誘導型NOS合成酶主要催化合成一氧化氮。生理濃度的NO能和羥自由基（·OH）反應，生成HONO而減輕羥自由基對組織的損傷。有資料證實，銅藍蛋白有促使形成S-亞硝基谷胱甘肽的作用，當將它加到培養的單核細胞中時，可誘導表達誘導型NO合成酶。Mukhopadhyay等在對高膽固醇血癥病人的研究中發現，銅藍蛋白確實有催化合成一氧化氮的作用。由此可見銅藍蛋白在機體內還可通過促使S-亞硝基化谷胱甘肽的形成，誘導一氧化氮合成酶的表達，促進機體一氧化氮的合成，通過一氧化氮除清自由基的途徑而間接發揮抗氧化的作用。

3 維持鐵、銅的穩態

銅是人和動物機體必需的微量元素，缺乏或攝入過多均會對健康造成不可忽視的影響，甚至引起死亡現象的發生。然而，游離的銅常對機體造成損害，研究證明，細胞內游離的銅可導致羥自由基的形成，或經多巴胺介導銅的氧化損傷發生，此外，銅在β-淀粉樣蛋白的表達和朊蛋白聚集體的裝配中還起重要作用。因此，保持機體中游離銅的穩態是確保銅生理功能的發揮和正常代謝進行的重要環節。Holmberg早在1944年就證實，銅藍蛋白結合了動物血清中95%以上的游離銅，自由銅通常維持在極低濃度的結合蛋白、分子伴侶蛋白的分子內或亞細胞內，Jeong等報道，銅藍蛋白可為機體各種細胞提供最優先的銅源，是機體銅的轉運蛋白。由此可知，銅藍蛋白在機體銅動態平衡中起著至關重要的作用。

銅藍蛋白還在機體鐵穩態的控制中發揮著不可忽視的作用。對人類的一些遺傳性疾病研究中發現，病人銅藍蛋白基因（aceruloplasminemia）發生突變，則會在視網膜、肝臟、大腦等器官中發生鐵的沉積；運用基因敲除法得到的銅藍蛋白基因缺失小鼠，其血漿中銅藍蛋白缺乏，血清中亞鐵氧化酶活性喪失，全身各組織出現明顯的鐵沉積現象，且在小鼠生命的晚期還表現出輕度的神經退行性變化。有研究還指出，銅藍蛋白在神經膠質細胞中以GPI聯合的形式表達，可促進鐵從中樞神經系統細胞中流出，而且還可促進肝細胞、小腸上皮細胞中鐵的釋放。但銅藍蛋白對鐵的作用并不僅限定于促進細胞內鐵的流出或釋放，Dexter報道，帕金森氏癥病人在大腦特定的區域內銅藍蛋白濃度有較大幅度的增加，同時鐵的含量也增加，這說明該蛋白質在一定條件下還有促進細胞攝取鐵的作用。

4 小結

銅藍蛋白是人和動物機體廣泛存在的一種含銅的金屬蛋白，其具有的胺氧化酶活性及鄰苯二酚氧化酶作用使其參與了體內鐵、銅及多種神經體液因子的代謝；通過發揮亞鐵氧化酶、亞銅氧化酶、谷胱甘肽過氧化物酶的活性，具有清除機體活性氧的能力；經促使S-亞硝基化谷胱甘肽的形成，沿一氧化氮除清自由基的途徑間接發揮抗氧化的作用；它是機體中最重要的銅轉運蛋白，在機體銅動態平衡中起著至關重要的作用；在機體組織中以GPI錨定形式表達，進而促進細胞內鐵的流出和釋放，但在一定條件下能促進細胞鐵的攝取，因而表現出對機體鐵穩定的調控作用。然而，銅藍蛋白在鐵代謝調控中的作用機制還不太清楚，同時，該蛋白的胺氧化酶活性發生胺氧化反應的生理基礎到目前為止還尚未發現，其鄰苯二酚和酚氧化酶活性的生理作用能被氯離子激活，但其激活機制尚需要進一步研究。