金屬硫蛋白2A生物功能及其在臨床中的作用研究*

蔣仕秋，曾江華，劉海榮，劉月明△

1.成都醫學院第一附屬醫院 燒傷整形科(成都 610500)；2.遂寧市第一人民醫院 骨科(遂寧 629000)；3.成都醫學院第一附屬醫院 科研中心(成都 610500)

金屬硫蛋白(metallothioneins,MTs)是在1957年由哈佛大學Margoshes和Vallee在馬腎中發現，是一類廣泛存在于生物界，分子量低(6～7 kDa)，富含半胱氨酸的金屬結合蛋白[1]。人類MTs包含11種功能性亞型：MT-1(A、B、E、F、G、H、M和X)，MT-2(MT2A)，MT-3和MT-4，其中，MT-1和MT2A在人體各細胞、組織均有表達，以肝、腎最為豐富，而MT-3主要在腦組織和男性生殖系統中表達，MT-4僅在某些層狀上皮組織中表達較高[2]。MT2A作為金屬硫蛋白家族中的重要成員，由61個氨基酸組成，分子量低(7 kDa)，半胱氨酸含量高(30%)，缺乏芳香族氨基酸，通過半胱氨酸巰基結合金屬離子存在于呈啞鈴狀的α結構域、β結構域中，具有較強的耐熱性及抗酶降解性[3]。通過60多年國內外研究者的不斷努力，MT2A的參與機體金屬離子代謝平衡調節、抗氧化應激損傷、調節細胞增殖和分化等生物學功能逐漸明確，并與心血管系統疾病、肝臟疾病、神經系統疾病、腫瘤等密切相關。本文對MT2A的生物學功能及其在某些臨床疾病中的作用研究進行綜述。

1 MT2A的生物功能

1.1 微量元素代謝、運輸及重金屬解毒

鋅存在于超過2 700種酶的結構中(如水解酶、轉移酶、氧化還原酶、連接酶、異構酶和裂解酶等)，是生物體生長發育、DNA合成、免疫、酶系統輔助因子的重要微量元素之一。MTs以高親和力結合鋅并作細胞內鋅的儲庫，參與鋅的儲存、運輸及生物利用。研究[4]發現，MTs的缺乏減少機體對鋅的吸收。鋅通過金屬反轉錄因子-1(metalrespon-sivetranscriptionfactor-1，MTF-1)與MT基因啟動子上的金屬反應元件(metalresponsiveelements，MRE)的相互作用誘導金屬硫蛋白轉錄的上調[5]。當細胞內MTs濃度增高時，通過結合細胞內鋅離子，降低細胞內的鋅離子濃度，形成負反饋效應。MTs作為富含半胱氨酸的金屬結合蛋白，結構中的巰基(SH)與金屬離子具有很強的螯合力，通過與有毒金屬結合排除體外，實現解毒作用。Saito等[6]通過研究重金屬對腎毒性作用發現,大鼠腎細胞溶質中重金屬含量與MT2含量之間存在密切關系，MT2對腎臟具有保護作用，MT2對一些金屬解毒能力順序為 :Cd> Zn> Cu≈As> Hg。

1.2 炎癥及氧化應激

1.3 抗凋亡

各種不良刺激，如氧化應激、炎癥等均可能導致程序性細胞死亡。研究[12]發現，MT2A可通過抑制 Jun-氨基末端激酶(jun N-terminal kinase，JNK) 信號通路，抑制氧化應激介導的線粒體細胞色素c釋放和活化的caspase-3減少阿霉素誘導的心肌損傷，減少程序性細胞死亡。此外，Ma等[13]發現細胞核中MTs含量與轉錄因子對Zn的需求有關,敲除MT可以下調鋅水平并促進程序性細胞死亡，MT2A是通過下調Bax、caspase-3、caspase-9和caspase-12的表達來抑制細胞凋亡的保護性蛋白，具有保護細胞DNA和阻止程序性細胞死亡的作用。

1.4 免疫調節

在生理、病理或應激狀態下可增加MT mRNA的轉錄,同時伴有血漿鋅濃度的下降。MTs在免疫細胞中的基礎和誘導表達依賴于細胞類型，單核細胞MT表達比淋巴細胞和粒細胞更多，通過特異性抗體和流式細胞儀測定鎘誘導的MT水平在 CD4+和CD8+T細胞比B細胞和自然殺傷(NK)細胞高[14]。外源性apo-MT-1/2在體外調節細胞毒性T淋巴細胞的分化，從而明顯降低對效應細胞的活性。相反，外源性MT-1/2增強同種異體和自體混合白細胞反應中的增殖反應和IL-2R表達，同時伴隨著CD8和MHCI陽性細胞的明顯減少[15]。

1.5 其它作用

MT2還可抵抗電離輻射或紫外線引起細胞損傷,具有修復細胞損傷功能[16]。MT2A與SOD相比，清除羥自由基能力強、熱穩定性高、半衰期長、易被機體吸收等特點，MT作為化妝品的添加劑，具有抗衰老等作用[17]。

2 MT2A與臨床疾病

2.1 心血管系統疾病

研究[18]表明，MT2A對高血壓、動脈粥樣硬化、缺血性心臟病、心力衰竭等心血管系統疾病具有十分重要的保護重要。氧化應激是心肌缺血再灌注期間心肌損傷的關鍵介質[19]。Kang等[20]使用MT2高表達的轉基因小鼠研究發現, MT2在高表達狀態下可使缺血再灌注損傷造成的血漿肌酸激酶含量升高降低、心肌壞死范圍縮小、心肌收縮力增強,表明MT2對缺血再灌注損傷具有保護作用。作為內源性細胞保護劑，MT2A可能通過清除氧自由基和抑制脂質過氧化，在心血管保護中發揮作用抗氧化損傷作用。自由基氧化應激損傷是導致心力衰竭發生的重要因素之一[21]。在糖尿病性心肌病進展過程中,心肌組織中生成大量的超氧陰離子和硝基(ONOO-)等，Xue等[22]發現MT2A對糖尿病心肌病的保護作用可能是通過MT2A對超氧陰離子和硝基(ONOO-)的清除作用。研究證實，氧化應激和氧化低密度脂蛋白對血管內膜損傷與動脈粥樣硬化具有密切關系[23]。在低密度脂蛋白(LDL)氧化的病理過程，MT2A可通過調節鋅在氧化條件下釋放，鋅的釋放有助于抑制氧化修飾，防止脂質過氧化產物進入巨噬細胞，減少血管內皮細胞損傷[24]。Giacconi等[25]發現MT2A可通過調節炎性細胞因子、凝血因素、鋅離子活性、NK細胞毒性和微量元素代謝減輕頸動脈粥樣硬化。

2.2 肝臟疾病

氧化應激及炎性介質激活誘導肝星狀細胞(HSCs)的增殖、遷移及膠原蛋白的聚集是肝纖維化發展的重要原因[26].Xu等[27]通過在活化的HSC中轉染含有人MT2A基因的質粒有效地提高了MTs的蛋白質水平，MT的表達增高伴隨著α-SMA和I型膠原蛋白水平的降低以及它們的mRNA水平的降低。MTs作為一種自由基清除劑和抗氧化調節劑，其結構中含大量處于還原狀態的巰基，是其發揮抗氧化作用的活性中心，其清除自由基能力約是谷胱甘肽(glutathione，GSH)的100倍，可通過穩定溶酶體膜，降低溶酶體酶溢出；對抗自由基對線粒體Ca2+-Mg2+-ATPase活性的抑制作用[28]；抑制細胞核內DNA斷裂，減少肝細胞凋亡，抑制肝星狀細胞(HSC)激活減輕肝纖維化。Lian等[29]使用MT-Ⅰ/Ⅱ缺陷小鼠模型(MT-/-)來確定富含半胱氨酸的抗氧化劑MTs是否可以預防異煙肼(INH)誘導的肝損傷，結果發現MTs通過抗氧化和亞硝化應激損傷，增加的GSH含量和SOD活性升高，降低肝臟MDA水平和促進3-硝基酪氨酸(3-NT)表達，減輕肝細胞空泡變性及損傷。在由鎘、四氯化碳或對乙酰氨基酚引起的急性肝毒性中，MTs可通過清除氧自由基對肝臟起到保護作用[30]。

2.3 神經系統疾病

MTs在中樞神經系統的細胞生長、腦損傷修復、自主防御反應、免疫調節等活動中具有重要作用[31]，多種神經系統疾病與MT2A密切相關。帕金森病是最常見的進行性神經退行性疾病之一，星形膠質細胞釋放的MTs可以保護多巴胺能神經元免受氧化應激損傷[32]。Murakami等[33]通過小鼠皮下注射魚藤酮引起神經變性，結果發現MT缺乏使星形膠質細胞的活化減少和氧化應激損傷增強，出現更嚴重的肌間神經元損傷，這些結果也表明MT保護神經元免受魚藤酮誘導的神經毒性。阿爾茨海默病以不溶性細胞外β-淀粉樣蛋白(Ab)斑塊的沉積和神經元纖維纏結為主要病理特征[34]。Chung等[35]研究發現MT2A可通過Zn7MT-2A和Cu(II)-Ab～的金屬交換阻滯銅誘導的Ab聚集和神經毒性治療阿爾茨海默病。腦缺血缺氧可導致大量自由基的產生，造成神經元壞死，加重腦損傷，研究者[36]通過模擬小鼠短暫性大腦中動脈閉塞(MCAO)實驗發現，腹腔注射MT2改善了MCAO后小鼠的存活率，抑制缺血腦組織中TNF-αmRNA的表達，同時在體外實驗中發現MT2可保護原代神經細胞免受氧-葡萄糖剝奪。因此，MT2具有減輕腦缺血性損傷的作用。在自身免疫性腦脊髓炎疾病，MT2A也在參與細胞生長和增殖以及維持免疫穩態的調節蛋白起重要作用[37]。

2.4 腫瘤性疾病

MT2A是多種癌癥標記物并參與調控腫瘤的發生和發展。在健康細胞中MT2A具有抗炎、抗氧化、免疫調節等多種保護功能，然而，在MT2A在致癌作用方面是雙刃劍，在腫瘤細胞中高MTs含量會增加腫瘤的惡性程度、促進增殖、抗凋亡。同時，MT2A對ROS清除作用有益于腫瘤細胞生存及對抗機體的免疫系統防御。MT-1/2的缺乏使在鉛暴露環境下生活的小鼠對患睪丸腫瘤、腎和膀胱癌前病變更敏感[38]。Werynska等[39]發現在肺癌中MT2A可誘導促血管生成因子(如成纖維細胞生長因子(FGF)、轉化生長因子β(TGF-β)、血管內皮細胞生長因子A(VEGF-A))的表達促進腫瘤生長。Pan等[40]通過檢測973例胃標本研究發現胃原發性腫瘤中檢測到MT2A表達下降,同時發現MT2A細胞凋亡和阻滯G2/M抑制細胞生長，通過上調IκB-α和下調p-IκB-α及cyclin D1表達來負調節NF-κB信號通路抑制腫瘤活性。研究[41]發現，MT2A可增加骨肉瘤化療的耐藥性。此外，MT2A預測肝癌存活率具有較高得價值[42]，但預測多形性膠質母細胞瘤的存活率較低[43]。

2.5 其它重大疾病

MT2A還參與呼吸系統疾病、糖尿病等多種疾病病理生理過程。Ren等[44]使用百草枯(PQ)誘導急性肺損傷模型發現，MT2-/-小鼠肺中抗氧化酶活性降低、丙二醛(MDA)含量增高，表現出更嚴重的病理組織學損傷，同時，PQ還誘導MT2-/-小鼠肺細胞凋亡增加，凋亡相關蛋白Bax、Bcl-2、cleaved-caspase-3的表達和Bax/Bcl-2的比值均明顯增加。這表明MT2通過抗氧化和抗凋亡的機制對急性肺損傷起保護作用。在糖尿病中，MT2A通過抗氧化作用調節谷胱甘肽，促進胰島素受體的磷酸化增強葡萄糖向細胞的轉運[45]。MT2A還可通過減輕氧化應激，保護胰腺β細胞免受自由基損傷，維持正常胰島素的分泌，預防或延緩糖尿病及相關并發癥的發生[46]。

3 小結與展望

經過60多年的研究，對MTs的結構及生物學功能已經有了較為清晰的認識。MT2A與金屬離子螯合并維持體內一些必需金屬離子代謝的相對平衡，并對Cd等重金屬具有解毒作用。T2A通過抗炎、抗氧化應激損傷、穩定溶酶體膜維持細胞內環境的穩態。

綜上所述，MT2A參與腫瘤細胞的增殖、分化、凋亡等過程，可為腫瘤的治療提供新思路。此外，MT2A具有強清除羥自由基能力，可作為某些化妝品的添加劑。通過對MT2A研究的不斷深入，這一體內活性蛋白必將在生物、醫學領域發揮更大作用。