銅藍(lán)蛋白生理作用的研究進(jìn)展

李天穎，李前勇，張德志，謝京君，王慶華

（西南大學(xué)榮昌校區(qū)動物醫(yī)學(xué)系，重慶 榮昌 402460）

銅藍(lán)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(fā)現(xiàn)并命名的一種金屬蛋白，能結(jié)合95%以上的血清銅，外觀呈現(xiàn)藍(lán)色。自該蛋白發(fā)現(xiàn)以來的近70年時間，國外學(xué)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(lán)蛋白的功能和作用也越來越多地引起了國內(nèi)外學(xué)者的重視和關(guān)注，為了能更好地了解銅藍(lán)蛋白質(zhì)生理作用的研究進(jìn)展，本文綜述了銅藍(lán)蛋白質(zhì)的氧化酶作用、抗氧化作用及在機(jī)體鐵、銅穩(wěn)態(tài)維持中發(fā)揮的生理作用。

1 氧化酶作用

銅藍(lán)蛋白屬于多銅氧化酶家族成員，也是該家族成員中能結(jié)合分子氧并將其還原成水的少數(shù)重要酶類之一。銅藍(lán)蛋白獨(dú)有的結(jié)構(gòu)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(yīng)過程見圖1。在反應(yīng)過程中，銅藍(lán)蛋白的銅原子發(fā)生一個功能單位的氧化還原中心線性排列，該功能單位內(nèi)的T1位點(diǎn)可從底物攝取單個電子并轉(zhuǎn)運(yùn)到三環(huán)族上，并用獲取的電子還原分子氧成水。銅藍(lán)蛋白分子內(nèi)電子從T1位點(diǎn)轉(zhuǎn)移到氧鍵位點(diǎn)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(lán)蛋白催化氧還原成水的反應(yīng)過程，“S”為底物

研究證實(shí)，血漿銅藍(lán)蛋白可催化鐵離子和銅離子等無機(jī)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(jī)體內(nèi)的轉(zhuǎn)運(yùn)和代謝。它還對機(jī)體其他有機(jī)組分所構(gòu)成的底物發(fā)生催化氧化作用，但形成的產(chǎn)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(chǎn)物是水；而對于哺乳動物，形成的產(chǎn)物則為過氧化氫。這是一個胺氧化反應(yīng)過程，機(jī)體pH值及氯離子對其有明顯影響，報道證實(shí)，當(dāng)反應(yīng)體系的pH值達(dá)到5.2時，銅藍(lán)蛋白的胺氧化酶活性才會達(dá)到最佳，正常生理濃度的氯離子對銅藍(lán)蛋白胺氧化酶作用有很強(qiáng)的促進(jìn)作用[5]。此外，銅藍(lán)蛋白在機(jī)體內(nèi)還發(fā)揮鄰苯二酚氧化酶作用，它能催化酚氧化成相應(yīng)的鄰苯二胺，在動物機(jī)體中能與該蛋白發(fā)生鄰苯二酚反應(yīng)的底物有對鄰苯二酚、鄰苯二酚取代物（如DOPA、神經(jīng)毒素6-羥基多巴胺）及多種神經(jīng)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(jī)體中，許多結(jié)合有銅的蛋白質(zhì)，如銅藍(lán)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(lán)蛋白的抗氧化作用機(jī)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(fā)現(xiàn)，血清中正常濃度的銅藍(lán)蛋白能抑制黃嘌呤氧化酶調(diào)節(jié)的正鐵細(xì)胞色素C的還原作用，發(fā)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(lán)蛋白的這種作用顯得較弱，但卻比較恒定，即使在該蛋白發(fā)生變性的情況下仍然保持著除清自由基的作用，據(jù)報道這種現(xiàn)象可能是銅藍(lán)蛋白與O2-之間發(fā)生了直接化學(xué)反應(yīng)的結(jié)果。研究還證實(shí)，無論是具有活性的銅藍(lán)蛋白還是變性的銅藍(lán)蛋白均能與血液及組織液中Cu2+結(jié)合，從而顯著抑制由Cu2+誘發(fā)的脂質(zhì)過氧化作用，有人還提出，銅藍(lán)蛋白的抗氧化作用是血漿抗氧化能力的主要貢獻(xiàn)者。但也有研究表明，銅藍(lán)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(lán)蛋白分子出現(xiàn)單一的表面結(jié)合銅離子時，還表現(xiàn)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(jié)構(gòu)型NOS合成酶（cNOS）和誘導(dǎo)型NOS合成酶（iNOS），其中誘導(dǎo)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(yīng)，生成HONO而減輕羥自由基對組織的損傷。有資料證實(shí)，銅藍(lán)蛋白有促使形成S-亞硝基谷胱甘肽的作用，當(dāng)將它加到培養(yǎng)的單核細(xì)胞中時，可誘導(dǎo)表達(dá)誘導(dǎo)型NO合成酶。Mukhopadhyay等在對高膽固醇血癥病人的研究中發(fā)現(xiàn)，銅藍(lán)蛋白確實(shí)有催化合成一氧化氮的作用。由此可見銅藍(lán)蛋白在機(jī)體內(nèi)還可通過促使S-亞硝基化谷胱甘肽的形成，誘導(dǎo)一氧化氮合成酶的表達(dá)，促進(jìn)機(jī)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(fā)揮抗氧化的作用。

3 維持鐵、銅的穩(wěn)態(tài)

銅是人和動物機(jī)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(xiàn)象的發(fā)生。然而，游離的銅常對機(jī)體造成損害，研究證明，細(xì)胞內(nèi)游離的銅可導(dǎo)致羥自由基的形成，或經(jīng)多巴胺介導(dǎo)銅的氧化損傷發(fā)生，此外，銅在β-淀粉樣蛋白的表達(dá)和朊蛋白聚集體的裝配中還起重要作用。因此，保持機(jī)體中游離銅的穩(wěn)態(tài)是確保銅生理功能的發(fā)揮和正常代謝進(jìn)行的重要環(huán)節(jié)。Holmberg早在1944年就證實(shí)，銅藍(lán)蛋白結(jié)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(jié)合蛋白、分子伴侶蛋白的分子內(nèi)或亞細(xì)胞內(nèi)，Jeong等報道，銅藍(lán)蛋白可為機(jī)體各種細(xì)胞提供最優(yōu)先的銅源，是機(jī)體銅的轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白。由此可知，銅藍(lán)蛋白在機(jī)體銅動態(tài)平衡中起著至關(guān)重要的作用。

銅藍(lán)蛋白還在機(jī)體鐵穩(wěn)態(tài)的控制中發(fā)揮著不可忽視的作用。對人類的一些遺傳性疾病研究中發(fā)現(xiàn)，病人銅藍(lán)蛋白基因（aceruloplasminemia）發(fā)生突變，則會在視網(wǎng)膜、肝臟、大腦等器官中發(fā)生鐵的沉積；運(yùn)用基因敲除法得到的銅藍(lán)蛋白基因缺失小鼠，其血漿中銅藍(lán)蛋白缺乏，血清中亞鐵氧化酶活性喪失，全身各組織出現(xiàn)明顯的鐵沉積現(xiàn)象，且在小鼠生命的晚期還表現(xiàn)出輕度的神經(jīng)退行性變化。有研究還指出，銅藍(lán)蛋白在神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞中以GPI聯(lián)合的形式表達(dá)，可促進(jìn)鐵從中樞神經(jīng)系統(tǒng)細(xì)胞中流出，而且還可促進(jìn)肝細(xì)胞、小腸上皮細(xì)胞中鐵的釋放。但銅藍(lán)蛋白對鐵的作用并不僅限定于促進(jìn)細(xì)胞內(nèi)鐵的流出或釋放，Dexter報道，帕金森氏癥病人在大腦特定的區(qū)域內(nèi)銅藍(lán)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(zhì)在一定條件下還有促進(jìn)細(xì)胞攝取鐵的作用。

4 小結(jié)

銅藍(lán)蛋白是人和動物機(jī)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(nèi)鐵、銅及多種神經(jīng)體液因子的代謝；通過發(fā)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(jī)體活性氧的能力；經(jīng)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(fā)揮抗氧化的作用；它是機(jī)體中最重要的銅轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白，在機(jī)體銅動態(tài)平衡中起著至關(guān)重要的作用；在機(jī)體組織中以GPI錨定形式表達(dá)，進(jìn)而促進(jìn)細(xì)胞內(nèi)鐵的流出和釋放，但在一定條件下能促進(jìn)細(xì)胞鐵的攝取，因而表現(xiàn)出對機(jī)體鐵穩(wěn)定的調(diào)控作用。然而，銅藍(lán)蛋白在鐵代謝調(diào)控中的作用機(jī)制還不太清楚，同時，該蛋白的胺氧化酶活性發(fā)生胺氧化反應(yīng)的生理基礎(chǔ)到目前為止還尚未發(fā)現(xiàn)，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(jī)制尚需要進(jìn)一步研究。