金屬硫蛋白及其生物學功能

李歡

（長治學院，山西長治046011）

金屬硫蛋白作為一種金屬結合蛋白，通常與應激性疾病有著密切的關系。對于金屬硫蛋白的研究重點在于生物學功能的價值研究。針對金屬硫蛋白能夠有效消除生物內的自由基，有效緩解應激反應，對于微量元素有著調控作用。金屬硫蛋白是保守表達的低分子質量蛋白質，其生物學功能與細胞內的鋅離子有著最大的相關性。金屬硫蛋白能夠對抗細胞的應激反應，從而為細胞生理病癥進行有效抑制，通過對金屬硫蛋白及其生物學功能進行深入的研究，為現代醫學腫瘤細胞類疾病提供治療思路。

1 金屬硫蛋白

金屬硫蛋白能夠為細胞提供穩定的氧化還原環境，實現細胞環境的優化保護。同時硫蛋白降低氧化應激損傷，參與到細胞的調控當中，能夠對腫瘤細胞的增殖與分化進行有效限制。在當前的相關研究中可以得知：金屬硫蛋白能夠在神經疾病、心血管疾病以及新陳代謝疾病上有著很好的調節作用。金屬硫蛋白結構為高度保守型，例如哺乳動物的金屬硫蛋白主要由六十一到八十一個氨基酸組合形成，未結合金屬離子的成為硫蛋白，其本身結構為鏈狀型蛋白質，結構相對穩定性較低，極容易與金屬離子結合，進而形成高結構的金屬硫蛋白。在現有分類中，其合成影響因素涉及到金屬硫蛋白分子重量與結合金屬離子的種類。同時也覆蓋基因編碼、氨基酸等。針對現有的金屬硫蛋白的四種亞型號中，所有脊椎動物最少富含兩種。其中三型號與四型號存在于特定的組織表達當中，三型號金屬硫蛋白為大腦神經細胞與生殖細胞中表達，四型號在舌與消化道上表達[1]。

2 金屬硫蛋白合成

在金屬硫蛋白的合成中，由于其本身作為可誘導性合成蛋白質。細胞受到重金屬與激素誘導，細胞的合成功能借助誘導合成相應的蛋白質，以此結合金屬離子。在生物體內進行誘導硫蛋白的合成，主要是金屬離子具備的效應元件，被認為金屬誘導，金屬硫蛋白合成的起始遺傳物質序列，具有金屬硫蛋白誘導性增強的作用，同時相關研究發現其是轉錄調控蛋白的識別位點，是金屬硫蛋白的遺傳物質轉錄起點。同樣在研究中發現重金屬鎘離子與汞離子的誘導能力較強，并且生成的金屬硫蛋白結合牢固，不易被其他金屬離子所替換，從而導致生物功能受限。

同樣在硫蛋白合成中，錳離子硫蛋白依賴于肝臟的誘導合成，并且對肝臟本身無損傷。砷離子通過金屬活性轉錄因子與應激信號誘導砷離子硫蛋白合成。鋅離子作為最重要的誘導金屬離子，鋅離子在生命中誘導生成的鋅離子硫蛋白，能被多種金屬置換，因此在重金屬解毒方面研究起著決定性作用。同時，結合在金屬硫蛋白中的鋅還能夠行使其他生物學功能，因此鋅被認為最安全最有效的金屬硫蛋白誘導。在現有研究中，金屬硫蛋白含量的增加往往是機體對現有應激的一種補償性保護調節機制，從而有效地達到保護調節的作用[2]。

3 結合金屬離子性能分析

3.1 鋅離子的調節作用

在金屬硫蛋白的結合金屬離子類型中，鋅離子作為必不可少的微量礦物元素。鋅離子是生物生長發育、遺傳物質合成與免疫系統構建必需的微量礦物元素。鋅離子通過對金屬硫蛋白與氧化物酶和谷胱甘肽的功能進行調節，以維持細胞膜內外的平衡，從而保護細胞的完整性。鋅離子在細胞內的存在，通常作為金屬硫蛋白的分子結構，在鋅離子與硫蛋白離子之間進行調節流動。例如：金屬硫蛋白的高級結構中，包含七個對鋅離子具有高親和力的結合位點，導致細胞質中金屬硫蛋白對鋅離子進行緩沖和穿梭作用。同樣鋅離子也能夠參與到血單核細胞中，對轉運蛋白和金屬硫蛋白的基因表達水平進行調節。當細胞內的金屬硫蛋白含量過高，需要借助結合鋅離子，以此降低細胞鋅離子濃度，在細胞內形成負反饋的信號表達，以此調節細胞氧化應激環境[3]。

3.2 銅離子的基因調控作用

在金屬硫蛋白結合的金屬離子類型中，銅離子作為細胞構成的基本元素，在細胞酶的系統中具備輔助作用。銅離子參與到金屬硫蛋白中，能夠誘導基因表達產物的表達。例如：金屬硫蛋白含有的銅離子，能夠有效地抑制細胞癌變基因蛋白質的功能顯現。銅離子作為細胞強活性氧的催化劑，能夠參與到基因的調控當中，從而抑制線粒體復合物的合成，使得細胞內活性氧的含量增加。金屬硫蛋白富含銅離子可能造成細胞微量氧化損傷。在現有的細胞癌變中，針對細胞癌變惡化過程中，銅離子函數的不斷增加成為腫瘤細胞轉移的限制關鍵因素，因此，需要適度控制金屬硫蛋白的銅離子[4]。

3.3 重金屬的解毒作用

在金屬硫蛋白的解毒作用中，有毒的重金屬，如重金屬鎘砷和鉛汞在生物體內富集，將引起器官損害，間接誘發各種慢性疾病。針對當前日常嚴峻的環境，重金屬污染已成為人類健康威脅。長期處于多種重金屬的環境中，腫瘤與癌癥等細胞變異類疾病明顯提升，因此，重金屬誘導硫蛋白的表達增加，導致細胞對毒性重金屬產生抗性。在金屬硫蛋白的生物學功能上，其重金屬解毒作用，主要取決于重金屬和硫蛋白之間的親和力。硫蛋白與有毒金屬緊密結合，能夠有效消除重金屬對大腦、肝、腎等重要器官的損傷，因此，被用于重金屬模型當中[5]。

4 生物學功能分析

4.1 消除自由基，對抗應激反應

在金屬硫蛋白的生物學功能上，金屬硫蛋白能夠有效消除自由基，對抗應激反應。正常情況下，體內自由基，除了參與細胞內重要的化學反應過程外，還可損傷生物活性分子，例如蛋白質與遺傳物質等，導致癌癥、肝臟損傷、自身免疫性疾病以及衰老等癥狀出現。含不同金屬的金屬硫蛋白，清除自由基的能力不同，如金屬硫蛋白的鋅離子清除羥自由基的能力較強，主要是因為巰基含量不同而導致金屬硫蛋白活性差異。硫蛋白含量豐富的細胞或組織，可以抵抗電離輻射或紫外線引起的細胞組織損傷，修復受損細胞[6]。

4.2 調節與解毒作用

在金屬硫蛋白的生物學功能研究中，硫蛋白調節微量元素代謝，實現重金屬解毒作用。硫蛋白與金屬離子本身具備較強的結合功能，因此，在血液與肝臟上，硫蛋白能夠有效地對鋅離子與銅離子進行吸收，從而維持微量元素的新陳代謝平衡。其優化的實際步驟主要為：先給予少量重金屬，在一定時間的適應后，再給予其大劑量反應，此時細胞表現出對重金屬明顯的抵抗作用。金蛋白的轉錄表達，對離體供血心肌間質起著保護作用，硫蛋白對胃黏膜上由幽門螺桿菌引起的胃潰瘍發揮著保護作用，硫蛋白抑制由高脂肪肝引起的心肌收縮障礙，從而在惡性腫瘤細胞上有著較好的抑制，與硫蛋白參與機體抑制腫瘤細胞有著密切關系[8]。

5 金屬硫蛋白在重大疾病的應用價值

5.1 金屬硫蛋白對糖尿病延緩作用

金屬硫蛋白在重大疾病的應用價值，在于金屬硫蛋白的心血管保護功能，能夠為糖尿病的延緩與改善發揮著重要的作用。由于金屬硫蛋白作為抗氧化劑，能夠在高血壓、糖尿病等疾病上發揮著優異作用。在糖尿病中，由于細胞內自由基產生增加，導致糖尿病與胰島細胞氧化應激存在著密切的關聯性。同樣硫蛋白作為胰島細胞內抗氧化重要的蛋白質，通過硫蛋白的參與，能夠有效減少胰島細胞誘導的氧化應激，從而在糖尿病的預防上發揮著重要的作用。

5.2 新型診斷試劑與治療藥物的開發

在金屬硫蛋白在重大疾病的應用中，有助于新型診斷試劑與治療藥物的開發。金屬硫蛋白作為穩態分子與金屬離子結合，可以讓體內一些必需金屬離子得到代謝平衡，以此實現重金屬解毒的作用。 同樣硫蛋白能夠對抗線粒體、內質網、溶酶體的應激反應，以及抑制生物膜脂質過氧化損傷，實現細胞內的氧化還原環境的調控，從而維持細胞內環境的穩定。對于硫蛋白作用的生物性機制研究，為腫瘤等疾病的發生與治療提供新思路，并基于金屬離子硫蛋白作用的特異性，開發新型的診斷試劑和治療藥物。

6 結語

由此可見，在金屬硫蛋白的深入研究上，需要針對其本身的生物學功能，加強其在新陳代謝的調節作用以及微量元素調控和重金屬解毒上的作用，有助于金屬硫蛋白產品的開采，從而為醫學領域發展提供保障。同樣由于金屬離子的硫蛋白在抗氧化與腫瘤病變上具備阻礙作用，能夠有效降低癌癥細胞的抗藥性，同時也能夠為腫瘤治療創設新途徑，從而為現代醫學腫瘤與重大疾病治療提供新方向。