解除重金属中毒的研究展望

鲟鱼金属硫蛋白对解除重金属中毒的研究展望华中科技大学张述林一、金属硫蛋白的生物学功能及用途：金属硫蛋白是1957年从动物器官分离并被命名，富含巯基，能螯合大量的金属离子，英文为Metallothionein，简称MT。该蛋白是生物进化过程中高度保守的分子，广泛存在于人体内、动物、植物以及微生物中，而且各种生物间的金属硫蛋白其理化特性基本一致。MT分子呈椭圆形，分子量为3500-14000Da(道尔顿)，直径30-50A，分两个结构域，每个分子含7-12个金属原子，具有特殊的光吸收。MT分子中的半胱氨酸残基占氨基酸总数的30%左右，富含的巯基（-SH）以及由它们组成的多个巯基簇使MT构象较坚固，具有较强的耐热性。同时，能大量的结合多种金属离子，具有特种的生理功能，为生物化学领域所重视。主要功能简述如下：1与金属结合有关的功能（1）MT的重金属解毒功能。MT是富含半胱氨酸的金属结合蛋白，其巯基能强烈螯合有毒金属，并将之排出体外，从而实现解毒功能。MT与痕量金属的代谢有关，在所有的哺乳动物组织中，MT-1和MT-2协同表达。MT-3是该家族中的脑部特异成员，能结合锌和铜，具有重要的神经生理和神经调节功能。对许多水生生物的研究表明，MT在基本金属元素的调节中起重要作用，并且对非基本的金属元素有抑制和解毒作用。MT通过与重金属结合可以有效的减轻重金属对机体的毒害，是目前临床上最理想的生物螯合解毒剂。参与必需金属元素的储存、运输和代谢。Cu和Zn等金属离子都是维持正常生命活动必需的微量元素，由于金属硫蛋白对这些金属离子具有强的亲和力，它们在体内可以作为Cu和Zn等金属离子的贮存蛋白，以满足机体的需要。当机体需要Zn和Cu等金属离子时，金属硫蛋白能够释放金属离子以满足生理需要。（2）MT的环保作用。利用MT与金属结合的特性，可以选育或用基因工程手段建立MT的高表达系统，以治理重金属污染。据报道，转酵母MT基因的烟草能显著提高对污染土壤中Cu2的吸收，用这种方法可以对重金属污染区进行补救。（3）MT在治疗与金属代谢有关的疾病中的作用。在神经细胞中某些金属元素(如Zn，Cu，Fe)的不平衡可导致某些蛋白质的相互作用，从而使这些蛋白质聚集或失调最终引起某些金属代谢失常疾病．如Wilson’s病就是一种先天性Cu积蓄症，此病起因于Cu的代谢缺陷。该病的治疗方法是，利用Zn复合物诱导肠、肝内MT的合成，从而延长wilson’s病人的生命。2与清除自由基有关的功能过量自由基的产生常常导致许多疾病．而MT是体内清除自由基能力最强的一种蛋白质，其清除羟自由基的能力约为SOD的10000倍，而清除氧自由基的能力约是谷胱甘肽(CSH)的25倍，并且具有很强的抗氧化活性，在体内可以作为补体抗氧化剂．可见，MT在各种疾病的发生及拈抗中发挥着重要的作用。（1）MT与抗辐射。电离辐射可以产生大量自由基，直接或间接使生物体受到损伤。据研究表明，口服MT能够延长被一次性大剂量电离辐射的小鼠的存活时间，降低一次性大剂量和多次小剂量电离辐射对免疫系统的损伤，口服MT能吸收进入体内的大量Cys，为修复体内受辐射作用而断裂的二硫键提供原料。（2）MT与Parkison(PD)病。许多实验证明，MT对神经系统有保护作用。实验显示，在转基因小鼠中，MT-1的过表达可以改变脑炎症状，促进脑修复，是神经细胞中的保护因子。通过鼠刺伤模型和缺血模型的研究发现，MT一3参与中枢神经系统损伤修复。PD病是由于6一羟基多巴胺诱导自由基而产生的，而脑中某些MT异构体的诱导剂，如氧化压力、细胞因子和炎症过程等能防止这种神经毒害，这与MT清除自由基有关。（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、抗氧化压力及细胞凋亡等过程中发挥着重要作用。MT是一种潜在的细胞凋亡负调控因子，并且在化疗中对正常机体细胞有一定的保护作用。3MT与心血管疾病MT作为一种强的内源性细胞保护剂，在心血管系统抗损伤保护中发挥着重要作用，主要表现在对缺血再灌注损伤的抑制作用。临床实践证明，缺血预处理能提高体内MT含量，从而减轻再灌注造成的损伤。据实验证明，MT参与预缺血的心肌细胞保护，并通过保护氧化酶活力减轻心肌细胞缺氧／复氧所导致的损伤。4MT与肿瘤MT参与肿瘤细胞的分化和增生。MT与肿瘤的关系的研究主要集中在MT与肿瘤发生、减轻抗肿瘤药物毒副作用以及与肿瘤细胞获得性耐药性等方面．MT表达缺陷是肿瘤发生的症状之一，因此，深入研究MT与肿瘤的关系，可望获得治疗肿瘤的靶药物。