金属硫蛋白研究进展

金属硫蛋白研究进展

【摘要】金属硫蛋白(metallothionein，MT)是近来发现的人类肿瘤细胞表面表达的一个生物学标记。本文就MT与肿瘤的关系等方面的研究进行了综述，并对MT研究中存在的问题进行探讨及展望。

【关键词】金属硫蛋白;肿瘤;进展

金属硫蛋白(metallothionein，MT)于1957年由哈佛大学的Margoshes和Valee 从马的肾脏中首次分离出来，发现其相对分子质量低，富含半胱氨酸，具有丰富的金属蛋白结合位点及独特的分子生物学结构。大部分哺乳动物细胞的生长、繁殖都需要基础水平的MT来完成金属调节过程。目前MT在肿瘤的发生、发展及预后治疗中的作用愈来愈受到各国学者的关注。并且有研究报道高水平MT 表达与肿瘤发展过程中的基因产物甲胎

蛋白相似[1]。

1 MT的分类及基本特性

哺乳动物MT有61个氨基酸,相对分子质量为6～7 kD，其中20个氨基酸为半胱氨酸,这样每一个MT分子就可以结合7～12个金属离子(主要为+2价金属离子)。

MT的生理作用主要是参与微量元素的储存、转运和代谢;拮抗电离辐射;清除自由基、拮抗脂质过氧化作用，对生物膜具有保护作用;对重金属具有解毒作用;与机体的生长发育、延缓衰老、中枢神经系统修复及某些疾病的发生有关[2-3]。

2 MT基因结构及其调控

动物的MT基因属多基因类，具有基本相似的结构。MT基因分为5侧翼区(5′-UT)、5′非翻译区(5′-UTR)、3个外显子、2个内含子、3′-UTR和3′端。3个外显子被2个内含子所分隔。MT基因在3′非翻译区均有一个典型的多腺苷酸信号序列AATAAA。比较人和鼠的MT基因

发现密码区相当保守，而内含子和旁侧序列则存在明显差异。

MT可以被多种因素诱导表达，包括重金属离子、甾体激素、细胞因子、氧化应激等。MT的诱导作用发生在转录水平上，MT基因的上游调节序列内存在多种转录调节元件，如金属应答元件(MRE)、上游刺激因子/抗氧化效应复合元件(USF/ ARE)、晚期转录因子/抗氧化效应复合元件(MLTF/ARE)、糖皮质激素效应元件(GRE)、白细胞介素-6 (IL-6)效应元件、转录因子Sp1结合位点等。

3 MT在肿瘤组织中的表达

MT参与肿瘤的分化和增生。MT表达缺陷是肿瘤发生的症状之一，而有些时候在肿瘤患者体内MT又出现过量表达。研究表明，MT高表达是食管癌黏膜上皮增生和角质型鳞癌转移的一个生物学标志。在许多肿瘤组织，如乳腺癌、甲状腺癌中MT含量丰富，说明MT可能与细胞增殖能力有关。但也有实验显示，MT在肝癌细胞中表达水平很低。

一系列研究表明，在正常增殖细胞和肿瘤细胞中，MT的合成能力显著增强。MT的高表达与肿瘤细胞生长有关。用免疫组织化学法在组织中检测到MT-1、MT-2亚型，发现在恶性程度高，肿瘤级别高的肿瘤中表达高，例如分化高的头颈部肿瘤[4]。然而在一些低分化肿瘤表达也高[5]。在绝大多数肿瘤组织中均有MT含量的变化，说明MT参与了肿瘤的发生过程。致癌过程中MT的产生与肿瘤的迅速生长，致癌物质的刺激，癌基因的激活有关。

4 MT作为致癌作用的标记

在正常细胞内，MT的表达量与对重金属离子的解毒量、细胞内微量元素的含量以及清除自由基有关。已有研究发现肝脏微量元素的变化以及MT、ki-67蛋白的表达量，可以作为致癌进程中重要的先导性标记物。在无癌变的大鼠肝脏中，钒可以抑制MT、ki-67表达。钒在鼠肿瘤形成的实验模型中可致p53基因表达并诱导凋亡，这已成为关注焦点。

另外MT、ki-67的过量表达与致癌进程有关。目前对MT的含量及过量表达的意义和功能并不十分清楚。由于在肿瘤的发生和生长过程中，肿瘤组织在不间断地从宿主汲取营养成份的同时，还释放各种能诱导MT产生的细胞因子;同时，不断增大的肿瘤组织对周围组织和器官的挤压作用也使机体处于应激状态，从而使体内MT含量发生变化。目前还无直接证据证明MT与癌症的发生有直接关系，但至少已证明MT参与了癌症的发生过程。MT已被作为乳房浸润性导管癌、大肠癌、宫颈癌、胰腺癌的潜在预测标志。

5 MT对抗细胞癌变和肿瘤

MT与某些抗肿瘤化学药物之间的相互作用是人们研究的重点。MT可消除自由基、重金属、烷剂、电离辐射以及紫外线对DNA、RNA、酶、蛋白质以及细胞膜的损伤，从而防止它们致癌、致突变作用，以维持细胞正常代谢和分裂;另外还可以激发机体免疫力，增强机体

抗癌防癌能力。有报道肿瘤中MT的水平与抗癌剂诱导有关[6]。国外有人对消化道肿瘤患者的病理标本中MT、GST-Pi、及P糖蛋白的表达与患者的转归进行了研究。结果表明：药物的疗效与上述3种蛋白的高效表达成反比; MT 表达越高，患者预后越差。MT具有防止细胞癌变和抗肿瘤作用。

6 MT与肿瘤耐药性的关系

体外研究表明MT高表达在卵巢癌可能引起化疗耐药性，降低了化疗药物的疗效。卵巢癌最初对化疗药物敏感，其耐药的复发也可以用药物耐药性蛋白如MT过度表达来解释。铂类化疗药物顺式和反式结构都可以和MT分子结合，同时置换出其他金属离子。有研究发现肿瘤化疗中耐药性问题与细胞内MT表达增高有关。在乳腺癌的研究中发现MT 的金属解毒、清除自由基等作用会对抑制肿瘤细胞生长的药物如他莫昔芬产生耐药性，顺铂作为广泛用于临床化疗恶性肿瘤的药物，细胞耐药性将减弱其临

床治疗效果，将C3H小鼠接种MBT-2鼠的膀胱癌细胞，之后注射顺铂，C3H 小鼠瘤体内MT含量增加了2倍，并产生了明显的顺铂耐药性。越来越多的实验证明，MT与肿瘤细胞的耐药性密切相关。

有研究发现，在MT过量表达的肿瘤细胞内可显示出对烷化剂和氯氨顺铂(CDDP)的耐药性。诱导细胞使其获得对CDDP的抗性，伴随的是MT含量增加。而当细胞抗药表型逆转时，MT水平随之下降。

在肿瘤的预防和治疗中，MT可保护细胞抵抗重金属和烷化剂的致癌、致突变作用，还可用于肿瘤的临床辅助治疗和肿瘤标志物，这些都是目前学者感兴趣的课题。另外还有一些观点认为，生长因子有可能激活控制耐药性的酶和蛋白的表达，从而使肿瘤产生耐药性。然而，人们仍没能发现肿瘤的耐药性和某些蛋白过度表达的必然关系[1]。

7 结语

MT在肿瘤的发生、发展中具有重要的作用，检测MT不仅可以提示肿瘤细胞的增殖活性，还可以提供预后的相关信息，同时还可作为肿瘤化疗耐药的标志物，但关于MT在致癌过程中发挥着怎样的作用及具体的机制，还有待于进一步研究。另外，MT各亚型在肿瘤发生、发展中的作用尚未阐明，如何利用MT 的功能特点逆转金属性化疗药物的耐药性及降低化疗药物的毒副作用，都未被明确证实。MT具有广阔的临床研究前景，为肿瘤的早期发现及肿瘤的预后治疗提供新思路、新方法。

【参考】

[1] Tan Y, Sinniah R, Bay BH, et al. Metallothionein expression and nuclear size in benign, borderline, and malignant serous ovarian tumours[J]. J Pathol 1999,189(1): 60-65.

[2] Mocchegiani E, Giacconi R, Muti E, et al. Zinc, immune plasticity, aging, and successful aging:role of

metallothionein[J].Ann N Y Acad Sci, 2004,1019:127-134.

[3] Romero-Isart N, Jensen LT, Zerbe O, et al. Engineering of metallothionein-3 neuroinhibitory activity into the inactive isoform Metallothionein-1[J]. J Biol Chem,2002,277(40):37023-37028.

[4] Raleigh JA, Chou SC, Calkins-Adams DP, et al. A clinical study of hypoxia and metallothionein protein expression in squamous cell carcinomas[J]. Clin Cancer Res, 2000,6(3):855-862.

[5] Kondo Y, Woo ES, Michalska AE, et al. Metallothionein null cells have increased sensitivity to anticancer drugs[J]. Cancer Res, 1995, 55(10): 2021-2023.

[6] Hishikawa Y, Koji T, Dhar DK, et al. Metallothionein expression correlates with metastatic and proliferative potential in squamous cell carcinoma of the oesophagus[J]. Br J Cancer,1999, 81(4): 712-720