金屬硫蛋白

1957年,美國科學家Margoshoes[ 1 ]在研究金屬生物學作用時，從動物器官中分離出鎘的金屬蛋白質。由於它是一種低分子量、高巰基含量，能大量結合重金屬離子，因此稱為金屬硫蛋白(簡稱MT)。MT分子呈橢圓形，分兩個結構域，分子量為6 000～7 000道爾頓，直徑30～50 A,含有61個氨基酸，其中21個氨基酸為半胱氨酸，這樣每一個MT分子就可以結合7～12個金屬離子。人體、動物、植物以及微生物體內均含有MT,而且其理化特性基本一致，具有特殊的光吸收。MT構象較堅固，具有較強的耐熱性。對於金屬硫蛋白的研究，國內外主要集中在提取、檢測以及應用上。由於在實際生產中，主要採用層析法，分離純化后的金屬硫蛋白中還含有其它的雜蛋白，因此本文作者正在進行金屬硫蛋白的分子印跡聚合物的研究，使其更好地應用於金屬硫蛋白的純化。一般來說,哺乳動物的MT分子量為6 000 ～7 000道爾頓，但去金屬后，即硫蛋白分子量為6 000道爾頓左右，而真核微生物的MT分子量範圍較大，為2 000～10 000道爾頓，如從粗糙脈孢菌中分離出來的MT分子量為2 500道爾頓左右，酵母菌中分離得到的MT分子量為8 000～10 000道爾頓。高等植物的MT的分子量為10 000～13 800道爾頓。MT的等電點p I一般在4左右，如哺乳動物MT的等電點在3. 9～4. 6之間，已發現的水生生物MT的等電點在3.5～6. 0之間。使各種金屬硫蛋白中50%的金屬離子發生解離的pH分別為Zn - MT 3. 5～4. 5, Cd - MT2. 5～3. 5, Cu - MT pH › 1. 0,但對植物中的MT來說，相應的pH要偏高些。MT的存在形式及穩定性與它所結合金屬的種類、是否結合了金屬及環境的pH密切相關。同樣,MT的光吸收特徵除了與它的氨基酸組成有關外，也與它所結合的金屬種類密切相關[ 2 ] 。MT的結構在生物進化中高度保守，有MT - Ⅰ、MT - Ⅱ、MT - Ⅲ及MT - Ⅳ 4種異構體,MT -Ⅰ和MT -Ⅱ在大多數哺乳動物的內臟器官中廣泛存在，尤以肝、腎細胞為主，而且參加其功能調節;MT - Ⅲ分佈主要限於中樞神經系統，主要分佈於星性膠質細胞(集中於細胞體和突起中) ,其次為神經元細胞，也有報道稱少量分佈於生殖細胞、小腸、胃、腎和嗅覺皮質細胞中;MT - Ⅳ主要分佈於皮膚、舌、消化道等器官的角質細胞和復層鱗狀上皮細胞中。

二、金屬硫蛋白的功能

2．1 與金屬結合有關的功能

（1）MT的重金屬解毒功能

MT是富含半胱氨酸的金屬結合蛋白，其巰基能強烈螯合有毒金屬，並將之排出體外，從而實現解毒功能。MT與痕量金屬的代謝有關，在所有的哺乳動物組織中，MT-1和MT-2協同表達。MT-3是該家族中的腦部特異成員，能結合鋅和銅，具有重要的神經生理和神經調節功能。對許多水生生物的研究表明，MT在基本金屬元素的調節中起重要作用，並且對非基本的金屬元素有抑制和解毒作用。MT通過與重金屬結合可以有效的減輕重金屬對機體的毒害，是目前臨床上最理想的生物螯合解毒劑。

（2）MT的環保作用

利用MT與金屬結合的特性，可以選育或用基因工程手段建立MT的高表達系統，以治理重金屬污染。據報道，轉酵母MT基因的煙草能顯著提高對污染土壤中cu2的吸收，用這種方法可以對重金屬污染區進行補救。

（3）MT在治療與金屬代謝有關的疾病中的作用

在神經細胞中某些金屬元素(如Zn，Cu，Fe)的不平衡可導致某些蛋白質的相互作用，從而使這些蛋白質聚集或失調最終引起某些金屬代謝失常疾病．如Wilson’s病就是一種先天性Cu積蓄症，此病起因於Cu的代謝缺陷。該病的治療方法是，利用Zn複合物誘導腸、肝內MT的合成，從而延長wilson’s病人的生命。

2．2 與清除自由基有關的功能

過量自由基的產生常常導致許多疾病．而MT是體內清除自由基能力最強的一種蛋白質，其清除羥自由基的能力約為SOD的10000倍，而清除氧自由基的能力約是谷胱甘肽(GSH)的25倍，並且具有很強的抗氧化活性，在體內可以作為補體抗氧化劑．可見，MT在各種疾病的發生及拈抗中發揮著重要的作用。

（1）MT與抗輻射

電離輻射可以產生大量自由基，直接或間接使生物體受到損傷。據研究表明，口服MT能夠延長被一次性大劑量電離輻射的小鼠的存活時間，降低一次性大劑量和多次小劑量電離輻射對免疫系統的損傷，口服MT能吸收進入體內的大量Cys，為修復體內受輻射作用而斷裂的二硫鍵提供原料。

徠（2）MT與Parkison(PD)病

許多實驗證明，MT對神經系統有保護作用。實驗顯示，在轉基因小鼠中，MT-1的過表達可以改變腦炎癥狀，促進腦修復，是神經細胞中的保護因子。通過鼠刺傷模型和缺血模型的研究發現，MT一3參與中樞神經系統損傷修復。PD病是由於6一羥基多巴胺誘導自由基而產生的，而腦中某些MT異構體的誘導劑，如氧化壓力、細胞因子和炎症過程等能防止這種神經毒害，這與MT清除自由基有關。

（3）MT抗自由基的其他作用

MT清除自由基的功能使其在抗衰老、抗氧化壓力及細胞凋亡等過程中發揮著重要作用。MT是一種潛在的細胞凋亡負調控因子，並且在化療中對正常機體細胞有一定的保護作用。

2．3 MT與心血管疾病

MT作為一種強的內源性細胞保護劑，在心血管系統抗損傷保護中發揮著重要作用，主要表現在對缺血再灌注損傷的抑制作用。臨床實踐證明，缺血預處理能提高體內MT含量，從而減輕再灌注造成的損傷。據實驗證明，MT參與預缺血的心肌細胞保護，並通過保護氧化酶活力減輕心肌細胞缺氧／復氧所導致的損傷。

2．4 MT與腫瘤

MT參與腫瘤細胞的分化和增生。MT與腫瘤的關係的研究主要集中在MT與腫瘤發生、減輕抗腫瘤藥物毒副作用以及與腫瘤細胞獲得性耐藥性等方面．MT表達缺陷是腫瘤發生的癥狀之一，因此，深入研究MT與腫瘤的關係，可望獲得治療腫瘤的靶藥物。