金屬硫蛋白與腫瘤的關(guān)系研究

沈齊

摘要：金屬硫蛋白廣泛存在于自然界及生物界中，目前認(rèn)為金屬硫蛋白是一類低分子量、富含半胱氨酸的內(nèi)源性小分子蛋白物質(zhì)，其具有較為獨特的結(jié)構(gòu)特征、理化性質(zhì)及生物學(xué)特性。研究發(fā)現(xiàn)其在多種疾病的發(fā)生發(fā)展、發(fā)病機制、診療及藥物耐藥性等方面發(fā)揮著重要的作用，目前尤其是對于金屬硫蛋白與各種腫瘤的發(fā)病機制、發(fā)生發(fā)展、診斷治療、預(yù)后評估及抗腫瘤藥物耐藥性等關(guān)系的研究方面，逐漸受到愈來愈多的關(guān)注。本文主要對金屬硫蛋白的結(jié)構(gòu)與功能、主要生物學(xué)功能及其與腫瘤的關(guān)系進行綜述。

關(guān)鍵詞：金屬硫蛋白;腫瘤;生物學(xué)功能

中圖分類號：R730.2? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? DOI：10.3969/j.issn.1006-1959.2019.16.016

文章編號：1006-1959（2019）16-0051-04

Abstract：Metallothionein is widely distributed in nature and in the biological world. It is believed that metallothionein is a kind of low molecular weight， cysteine-rich endogenous small molecule protein material with unique structural characteristics， physical and chemical properties and biological characteristics. The research has found that it plays an important role in the occurrence and development of various diseases， pathogenesis， diagnosis and treatment and drug resistance. At present， especially for the pathogenesis， development， diagnosis and treatment of metallothionein and various tumors， the research on the relationship between prognosis and anti-tumor drug resistance has gradually received more and more attention. This paper reviews the structure and function of metallothionein， its main biological functions and its relationship with tumors.

Key words：Metallothionein;Tumor;Biological function

金屬硫蛋白（Metallothionein，MT）最早由美國哈佛大學(xué)的Margashe和Valle兩位學(xué)者，在1957年通過分離蓄積鎘的馬腎而發(fā)現(xiàn)的一種新物質(zhì)[1]。金屬硫蛋白的發(fā)現(xiàn)引起了廣泛的關(guān)注，之后大量的科學(xué)家、醫(yī)學(xué)家們對其組成、結(jié)構(gòu)、分布及生物特性等進行了大量深入的研究。研究發(fā)現(xiàn)金屬硫蛋白廣泛存在于自然界及生物界中，目前研究認(rèn)為金屬硫蛋白涉及醫(yī)藥衛(wèi)生學(xué)、分子生物學(xué)、衛(wèi)生毒理學(xué)、營養(yǎng)學(xué)、食品科學(xué)、農(nóng)業(yè)學(xué)、環(huán)境科學(xué)等諸多重要的學(xué)科領(lǐng)域，其具有較為獨特的結(jié)構(gòu)特征、理化性質(zhì)及生物學(xué)特性等，正是因為它具備的這些特點，其在多種疾病的發(fā)生發(fā)展、發(fā)病機制、診療及藥物耐藥性等方面其發(fā)揮著重要的作用。基于此，本文主要對金屬硫蛋白的結(jié)構(gòu)與功能、主要生物學(xué)功能及其與腫瘤的關(guān)系進行綜述。

1金屬硫蛋白的結(jié)構(gòu)與功能

1.1金屬硫蛋白的結(jié)構(gòu)? 金屬硫蛋白是一類低分子量，富含半胱氨酸的內(nèi)源性小分子蛋白質(zhì)，能夠和某些具有親電性質(zhì)的金屬（例如：鎘、鉑、銅、鋅等）、自由基團、一些細(xì)胞的代謝產(chǎn)物等物質(zhì)結(jié)合，進而在細(xì)胞內(nèi)鋅、銅等必需微量元素的存儲、各種金屬物質(zhì)穩(wěn)態(tài)的調(diào)節(jié)、某些有毒性的金屬物質(zhì)的解毒及對抗體內(nèi)自由基氧化等方面起著重要作用[2]。一般來說，哺乳動物金屬硫蛋白的基因包含5'非翻譯區(qū)、5'側(cè)翼區(qū)、3個外顯子、2個內(nèi)含子、3'-UTR（即3'非翻譯區(qū)）和3'端，其中在5'側(cè)翼區(qū)有調(diào)節(jié)原件，包括一個或多個的金屬效應(yīng)原件（MRE）、晚期轉(zhuǎn)錄因子/抗氧化效應(yīng)復(fù)合原件（MLTF/ARE）、白介素-6（IL-6）效應(yīng)原件及糖皮質(zhì)激素效應(yīng)原件（GRE）等，3'非翻譯區(qū)有AATAA多聚腺苷酸特征結(jié)構(gòu)。金屬硫蛋白為單條多肽鏈，分子量為6～7 KD，等電點約為pH4～4.5，MT的分子構(gòu)象較為牢固，生物學(xué)特性比較穩(wěn)定，抗酶解，也較耐熱，而且因為其氨基酸的排列具有重復(fù)性，所以當(dāng)有部分氨基酸鏈斷裂后，其仍有一部分活性[2]。金屬硫蛋白是由61個氨基酸組成的，其中約包含20個（30%）半胱氨酸（Cys），并且所有的半胱氨酸都是以還原的狀態(tài)存在，這20個半胱氨酸可通過巰基與7～12個金屬離子形成共價結(jié)合。每個金屬離子都可以與四個Cys的-SH絡(luò)合，這構(gòu)成了金屬硫四面體絡(luò)合結(jié)構(gòu)，其正是前面提到的MT具有抗酶解性及耐熱性的原因。金屬硫蛋白的三級結(jié)構(gòu)為啞鈴形，與金屬離子結(jié)合的區(qū)域有兩個，分布在其兩端，分別為N端的β-結(jié)構(gòu)域，即為第1～30氨基酸，包含9個半胱氨酸，可以結(jié)合3～6個金屬離子，并且優(yōu)先結(jié)合Zn2+、Cu2+;C端的α-結(jié)構(gòu)域，即為第31～61氨基酸，包含11個半胱氨酸殘基，可以結(jié)合4～6個金屬離子，并且優(yōu)先結(jié)合Cd2+。因為金屬硫蛋白的分子組成中沒有芳香族氨基酸，所以其在280 nm處見不到吸收峰，又因為其可以與多種金屬離子結(jié)合，所以可以見到特殊的吸收峰，如Cu2+，其吸收峰在275 nm處，Zn2+吸收峰在220 nm處。金屬硫蛋白家族因為其所帶電荷的不同，分為四種異構(gòu)體：MT-1、MT-2、MT-3和MT-4，而每種異構(gòu)體又包含多種不同的亞型。MT-1和MT-2與大多數(shù)物種的多種器官、多種細(xì)胞的發(fā)育等過程密切相關(guān)，它們分布比較廣泛[3]，主要存在于哺乳動物、原生動物及一些無脊椎動物等中，MT-3與MT-1和MT-2相比，其含有一個高度可變的區(qū)域（約為7個氨基酸），MT-3被稱為生長抑制因子（GIF），其只在神經(jīng)組織中表達，中樞神經(jīng)系統(tǒng)中有MT-1、MT-2和MT-3表達，其中MT-1和MT-2主要表達于星形細(xì)胞、軟腦膜和脈絡(luò)叢上皮等部位，而MT-3主要表達于海馬區(qū)的椎體細(xì)胞、齒狀回的顆粒細(xì)胞及大腦皮層等部位，它的這種特異分布可能預(yù)示其對腦功能的特殊意義[4]。MT-4主要存在于鱗狀上皮中，如食管、口腔黏膜等鱗狀上皮中，與這些細(xì)胞的分化有著密切的關(guān)系。人類的金屬硫蛋白基因位于第16號染色體上，包含10個功能性基因及7個非功能性的基因，其中功能性基因亞型有：MT-1A、MT-1E、MT-1F、MT-1H、MT-2A、MT-3等。

1.2金屬硫蛋白的主要生物學(xué)功能? 金屬硫蛋白的生物學(xué)功能到目前為止仍未能完全明確，但目前研究較為透徹的有以下幾項：①參與體內(nèi)一些重要微量元素的儲存、代謝等，并解除某些重金屬的毒性。研究發(fā)現(xiàn)，體內(nèi)鋅離子水平與金屬硫蛋白的表達呈正相關(guān)，體內(nèi)金屬硫蛋白的功能狀態(tài)與細(xì)胞內(nèi)高鋅或低鋅時機體耐受情況有密切關(guān)系[5];金屬硫蛋白可以根據(jù)機體內(nèi)各種金屬離子的濃度，然后與不同的金屬離子保持游離狀態(tài)或者結(jié)合狀態(tài)以維持各種金屬離子在機體內(nèi)的相對穩(wěn)態(tài)[6];而當(dāng)某些重金屬，如鉛、鎘、汞等進入機體后，金屬硫蛋白會與其結(jié)合進而形成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，并可以將它們排出機體外，避免了其對機體細(xì)胞造成的毒害，以保護腦、腎等各種重要器官。②不斷清除機體內(nèi)的自由基，對抗氧化，有效防止衰老的功能。金屬硫蛋白對自由基（如氧自由基、羥自由基等）的清除能力較強，有研究顯示金屬硫蛋白清除羥自由基的能力達到SOD的1000倍[3];由電離輻射引起的脂質(zhì)過氧化反應(yīng)而產(chǎn)生的MDA等代謝終產(chǎn)物，可以用來反應(yīng)機體受自由基損傷的不同程度，研究發(fā)現(xiàn)[7]，受X線照射的實驗小鼠口服含金屬硫蛋白的奶粉后，與對照組相比，其肝臟、腎臟內(nèi)的MDA代謝產(chǎn)物明顯偏低，而且發(fā)現(xiàn)體內(nèi)SOD、GSH-Px等抗氧化酶的活性明顯增強，因此可以總結(jié)出金屬硫蛋白可以清除機體內(nèi)自由基，增強抗氧化能力，從而對機體進行保護;吳華等[3]還發(fā)現(xiàn)外源性鋅金屬硫蛋白對放化療引起的細(xì)胞損傷有保護作用。③參與機體的應(yīng)激反應(yīng)。有研究顯示，在多種不同的應(yīng)激狀態(tài)下，如休克、高溫、寒冷、創(chuàng)傷等，均可以使體內(nèi)金屬硫蛋白的含量出現(xiàn)不同程度的增高;另外，與應(yīng)激反應(yīng)相關(guān)的各種激素，如體內(nèi)腎上腺素、糖皮質(zhì)激素等較前有所增高時，機體內(nèi)的金屬硫蛋白含量也會隨之增高。④MT-3在神經(jīng)系統(tǒng)方面的功能。MT-3被稱為生長抑制因子（GIF），而且其只在神經(jīng)組織中表達，可抑制神經(jīng)生長，但MT-3對神經(jīng)也有保護作用，其參與神經(jīng)的再生，與某些神經(jīng)系統(tǒng)疾病的發(fā)生有密切關(guān)系[5]。⑤金屬硫蛋白也參與細(xì)胞增值、凋亡等的調(diào)節(jié)。

2金屬硫蛋白與腫瘤的關(guān)系

金屬硫蛋白在哺乳動物中的合成部位主要是在肝臟，而且在機體細(xì)胞、組織再生和發(fā)育時，金屬硫蛋白的合成是增加的。同時許多內(nèi)、外源性因素都可以誘導(dǎo)其合成，例如：腫瘤因子、重金屬、激素及應(yīng)激等，目前認(rèn)為，上述這些誘導(dǎo)均是發(fā)生在基因的轉(zhuǎn)錄水平。近些年來，愈來愈多的研究發(fā)現(xiàn)金屬硫蛋白與腫瘤的關(guān)系非常密切，它不僅參與腫瘤發(fā)生、發(fā)展及預(yù)后等，而且與腫瘤細(xì)胞的分化、某些化療藥物的耐藥性也密切相關(guān)。

2.1金屬硫蛋白在腫瘤中的表達? 金屬硫蛋白在多種惡性腫瘤中都呈現(xiàn)高水平的表達，由此推測金屬硫蛋白可能為某些惡性腫瘤的生物學(xué)標(biāo)志，可能會幫助判斷和評估一些惡性腫瘤及其惡性程度等，目前已經(jīng)明確在頭頸部某些惡性腫瘤中，金屬硫蛋白的表達與其惡性程度呈正相關(guān)[5]。研究發(fā)現(xiàn)，金屬硫蛋白在甲狀腺癌、膀胱癌、消化道腫瘤等多種惡性腫瘤中呈高水平的表達[6]。另有研究發(fā)現(xiàn)，金屬硫蛋白在食管鱗狀細(xì)胞癌中的表達水平明顯高于正常的食管的上皮;金屬硫蛋白在結(jié)、直腸癌中的表達明顯高于正常的結(jié)、直腸組織;金屬硫蛋白在骨肉瘤中也呈高表達[7]。另外，有研究發(fā)現(xiàn)，MT-2A在乳腺癌中呈高表達[8]，乳腺癌患者血清MT-1E也高表達[9]?，F(xiàn)關(guān)于金屬硫蛋白各亞型的研究仍較少，需進一步深入研究各亞型在不同腫瘤中的表達及其意義等。另外，研究還發(fā)現(xiàn)，并不是在所有的腫瘤中金屬硫蛋白都表現(xiàn)為升高，在某些腫瘤中，其也可表現(xiàn)為降低，盧麗斯等[10]發(fā)現(xiàn)MT-1在原發(fā)性肝細(xì)胞癌組織中的表達較癌旁組織中降低。金屬硫蛋白在肺癌的病理組織中是普遍下降的[11]，但丁瑞敏的研究發(fā)現(xiàn)在晚期NSCLC患者外周血中MT升高[12]，并且MT-1X在NSCLC患者中陽性表達與患者術(shù)后生存期短顯著相關(guān)[13]。目前的研究表明，金屬硫蛋白在多種腫瘤中的高水平表達可能為基因的轉(zhuǎn)錄水平出現(xiàn)調(diào)節(jié)障礙所導(dǎo)致。鋅等金屬離子的濃度在很大程度上決定了細(xì)胞的增殖速度，腫瘤細(xì)胞的細(xì)胞核內(nèi)含有大量的金屬離子，通過調(diào)節(jié)DNA和RNA的合成來參與DNA和RNA的聚合激活和DNA結(jié)合蛋白的合成等過程，而金屬硫蛋白對鋅離子有重要的調(diào)節(jié)功能，因此可以認(rèn)為金屬硫蛋白與腫瘤細(xì)胞的增殖有密切關(guān)系。金屬硫蛋白對腫瘤細(xì)胞的凋亡有抑制作用，一方面，金屬硫蛋白與鋅離子的相互作用可以抑制腫瘤細(xì)胞發(fā)生凋亡;另一方面，金屬硫蛋白有清除體內(nèi)自由基的作用，因此可以抑制自由基引起的、作用于DNA鏈所誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡。研究還發(fā)現(xiàn)機體組織出現(xiàn)感染、炎癥、損傷時釋放的某些細(xì)胞因子（如IL-1、IFN-α等），可誘導(dǎo)金屬硫蛋白的合成[14]，有研究發(fā)現(xiàn)MT-2在小鼠的炎癥相關(guān)性結(jié)腸癌中表達的正相關(guān)性提示它可能在結(jié)腸炎癥促進癌變這一過程中起到一定作用[15]。此外，目前還有學(xué)者認(rèn)為在發(fā)生腫瘤時，金屬硫蛋白升高可能是因為機體細(xì)胞在受到各種致癌物質(zhì)刺激后，清除致癌物質(zhì)的一種保護機制。

2.2金屬硫蛋白與腫瘤病理的關(guān)系? 目前研究發(fā)現(xiàn)，腫瘤中金屬硫蛋白的含量與一些腫瘤的病理分化程度有密切關(guān)系，就多數(shù)腫瘤而言，金屬硫蛋白的表達與腫瘤的分化程度為負(fù)相關(guān)。有研究發(fā)現(xiàn)，在睪丸癌患者中，金屬硫蛋白在分化較好的精原細(xì)胞瘤中表達為陰性或者弱陽性，而金屬硫蛋白在分化較差的胚胎性腫瘤中則表達為強陽性。另外，腫瘤中金屬硫蛋白的含量與其預(yù)后也有密切關(guān)系，有研究發(fā)現(xiàn)金屬硫蛋白可能是腺樣囊性癌的預(yù)后指標(biāo)[16]，Poulsen CB等[17]研究表明MT-1可能是彌漫性大B細(xì)胞淋巴瘤的獨立危險因素。同時值得注意的是，金屬硫蛋白與腫瘤的臨床分期及淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移等也有著重要的關(guān)系，有學(xué)者報道金屬硫蛋白在甲狀腺乳頭狀癌中與淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移有密切關(guān)系[6]，金屬硫蛋白可能對低氧誘導(dǎo)的甲狀腺乳頭狀癌細(xì)胞侵襲轉(zhuǎn)移具有促進作用[18]，與現(xiàn)有標(biāo)志物聯(lián)合，金屬硫蛋白可用于睪丸生長細(xì)胞腫瘤的分期鑒定[19]。

2.3金屬硫蛋白與腫瘤耐藥的關(guān)系? 有研究表明，機體內(nèi)金屬硫蛋白的升高可能會引起化療藥物的耐藥性，金屬硫蛋白能夠保護腫瘤血管的周圍細(xì)胞，可以減少化療藥物向腫瘤的血管周圍擴散，進而降低了藥物的作用。還有研究發(fā)現(xiàn)，金屬硫蛋白的重金屬解毒作用及其可以清除自由基的作用等會使某些化療藥物，例如他莫昔芬產(chǎn)生耐藥[20]。金屬硫蛋白也可以使臨床治療腫瘤應(yīng)用非常廣泛的順鉑產(chǎn)生明顯的耐藥，但彭波等[20]發(fā)現(xiàn)MT-1X可部分逆轉(zhuǎn)肺癌細(xì)胞（A549/DDP）對順鉑的耐藥。另外還有研究發(fā)現(xiàn)MT-1G通過抑制鐵死亡促進肝癌細(xì)胞索拉非尼耐藥[21]。

3總結(jié)

對金屬硫蛋白的研究已有半個多世紀(jì)，而且已有很多研究成果，尤其在金屬硫蛋白與腫瘤的關(guān)系方面，更是取得了較為突出的成績，目前的研究揭示了金屬硫蛋白在腫瘤發(fā)生、發(fā)展中具有重要的作用，為腫瘤的診斷、治療及預(yù)防等提供了更多的方法和方向。但是，目前仍然存在很多尚待解決的問題和繼續(xù)深入研究的空間，例如：金屬硫蛋白在各種組織、器官中的分布及其含量，影響它表達的因素;金屬硫蛋白在體內(nèi)的具體代謝路徑;金屬硫蛋白在各種疾病的發(fā)生、發(fā)展中的作用機制;金屬硫蛋白的亞型在腫瘤中的表達具有特異性，可能會成為臨床腫瘤診斷的輔助指標(biāo);根據(jù)金屬硫蛋白的生物學(xué)特性，開發(fā)治療腫瘤的新型藥物等。金屬硫蛋白因其獨特的生物學(xué)特性，具備非常廣闊的科研價值和臨床應(yīng)用前景，相信隨著研究方法的改進和對金屬硫蛋白研究的不斷深入，未來金屬硫蛋白一定會在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域發(fā)揮強大的作用。

參考文獻：

[1]Margoshoes M，Vallee BL.A cadmium protein from equinekidney cortex[J].Am Chem Soc，1957（79）：4813.

[2]姚朝陽，朱文文，牛敬媛，等.金屬硫蛋白醫(yī)學(xué)研究進展[J].微量元素與健康研究，2007，24（3）：53-63.

[3]吳華，江丹賢，龐偉君，等.外源性鋅MT對放化療引起的T細(xì)胞損傷有保護作用[J].中國腫瘤臨床與康復(fù)，2013，20（5）：430-433.

[4]You HJ，Lee KJ，Jeong HG.Overexpression of? human metallothionein-Ⅲprevents hydrogenper oxide-induced oxidative stress in human fibroblass[J].FEBS Letter，2002，521（1-3）：170-175.

[5]Gumulec J，Kaudenska M，Adam V，et al.Metallothionein-immunohistochemical cancer biomarker：a metaanalysis[J].PloS One，2014，9（1）：853-856.

[6]Wang N，Dong CR，Jiang R，et al.Overexpression of? HIF-lalpha，metallothionein and SLOG is associated with high TNM stage and lympy node metastasis in papillary thyroid carciroma[J].Int J Clin Exp Pathol，2013，7（1）：322-330.

[7]Siddiqui S，Singh A，Alia S，et al.Metallothionein：Potential therapeutic target for osteosarcoma[J].Journal of Oncological Sciences，2019，5（1）：13-18.

[8]Krzeslak A，F(xiàn)orma E，Jozwiak P，et al.Metallothionein 2A genetic polymorphisms and risk of ductal breast cancer[J].Clin Exp Med，2014，14（1）：107-113.

[9]王華，高宇哲，魏娜，等.乳腺癌患者血清中金屬硫蛋白-1E的表達及意義[J].廣東醫(yī)學(xué)，2018，39（9）：1385-1388.

[10]盧麗斯，黃秒，孫克儉，等.金屬硫蛋白-1和CT23在肝細(xì)胞癌中的表達及意義[J].廣東醫(yī)學(xué)，2019（2）：214-219.

[11]Liang GY，Lu SX，Xu G，et al.Expression of metallothionein and Nrf2 Pathway genes in lung cancer and cancer-surrounding tissues[J].Wand J Sung Oncol，2013（11）：199.

[12]丁瑞敏.聯(lián)合檢測外周血CEA、CA125、VEGF、MT及MMP-9在晚期非小細(xì)胞肺癌診斷中的意義[J].實用檢驗醫(yī)師雜志，2015，7（1）：42-43，24.

[13]劉春玲，張迪，呂春秀，等.金屬硫蛋白1X在非小細(xì)胞肺癌中的表達及臨床意義[J].臨床與病理雜志，2018，38（6）：1184-1189.

[14]李振華，田子強，叢斌，等.食管癌組織中MT-1、-2與-3的表達差異及臨床意義[J].中國腫瘤臨床，2012，39（15）：1091-1094.

[15]鹿曉麟，張艷橋.金屬硫蛋白2與基質(zhì)金屬蛋白酶9在炎癥相關(guān)性結(jié)腸癌中的表達及意義[J].現(xiàn)代腫瘤醫(yī)學(xué)，2017，25（18）：2886-2889.

[16]Brazao-Silva MT，Cardiso SV，F(xiàn)aria PR，et al.Adenoid cystic carcinoma of the salivary gland：a clinicopathological study of 49 cases and of metallothionein expression with regand to tumour behaviour[J].Histopothology，2013，63（6）：802-808.

[17]Poulsen CB，Borup R，Borregaard N，et al.Prognostic signficance of metallothionein in B-cell lymphoma[J].Blood，2006，108（10）：3514-3519.

[18]楊磊.金屬硫蛋白在低氧促進甲狀腺乳頭狀癌發(fā)生侵襲轉(zhuǎn)移中的作用研究[D].重慶醫(yī)科大學(xué)，2015.

[19]Tariba B，？譕ivkovic T，F(xiàn)ilipovic Marijic V，et al.Does the Serum Metallothionein Level Reflect the Stage of Testicular Germ Cell Tumor[J].Archives of Medical Research，2016，47（3）：232-235.

[20]彭波，董琳，肖國華，等.MT 1X siRNA對肺癌A549/DDP細(xì)胞順鉑敏感性的影響[J].中南醫(yī)學(xué)科學(xué)雜志，2013，33（5）：157-161.

[21]婁麗麗，王中峰.金屬硫蛋白1G通過抑制鐵死亡促進肝癌細(xì)胞索拉非尼耐藥[J].臨床肝膽病雜志，2016，32（10）：1887.

收稿日期：2019-4-18;修回日期：2019-5-6

編輯/錢洪飛