金屬硫蛋白及其生物學(xué)功能

李歡

（長治學(xué)院，山西長治046011）

金屬硫蛋白作為一種金屬結(jié)合蛋白，通常與應(yīng)激性疾病有著密切的關(guān)系。對于金屬硫蛋白的研究重點在于生物學(xué)功能的價值研究。針對金屬硫蛋白能夠有效消除生物內(nèi)的自由基，有效緩解應(yīng)激反應(yīng)，對于微量元素有著調(diào)控作用。金屬硫蛋白是保守表達(dá)的低分子質(zhì)量蛋白質(zhì)，其生物學(xué)功能與細(xì)胞內(nèi)的鋅離子有著最大的相關(guān)性。金屬硫蛋白能夠?qū)辜?xì)胞的應(yīng)激反應(yīng)，從而為細(xì)胞生理病癥進(jìn)行有效抑制，通過對金屬硫蛋白及其生物學(xué)功能進(jìn)行深入的研究，為現(xiàn)代醫(yī)學(xué)腫瘤細(xì)胞類疾病提供治療思路。

1 金屬硫蛋白

金屬硫蛋白能夠為細(xì)胞提供穩(wěn)定的氧化還原環(huán)境，實現(xiàn)細(xì)胞環(huán)境的優(yōu)化保護。同時硫蛋白降低氧化應(yīng)激損傷，參與到細(xì)胞的調(diào)控當(dāng)中，能夠?qū)δ[瘤細(xì)胞的增殖與分化進(jìn)行有效限制。在當(dāng)前的相關(guān)研究中可以得知：金屬硫蛋白能夠在神經(jīng)疾病、心血管疾病以及新陳代謝疾病上有著很好的調(diào)節(jié)作用。金屬硫蛋白結(jié)構(gòu)為高度保守型，例如哺乳動物的金屬硫蛋白主要由六十一到八十一個氨基酸組合形成，未結(jié)合金屬離子的成為硫蛋白，其本身結(jié)構(gòu)為鏈狀型蛋白質(zhì)，結(jié)構(gòu)相對穩(wěn)定性較低，極容易與金屬離子結(jié)合，進(jìn)而形成高結(jié)構(gòu)的金屬硫蛋白。在現(xiàn)有分類中，其合成影響因素涉及到金屬硫蛋白分子重量與結(jié)合金屬離子的種類。同時也覆蓋基因編碼、氨基酸等。針對現(xiàn)有的金屬硫蛋白的四種亞型號中，所有脊椎動物最少富含兩種。其中三型號與四型號存在于特定的組織表達(dá)當(dāng)中，三型號金屬硫蛋白為大腦神經(jīng)細(xì)胞與生殖細(xì)胞中表達(dá)，四型號在舌與消化道上表達(dá)[1]。

2 金屬硫蛋白合成

在金屬硫蛋白的合成中，由于其本身作為可誘導(dǎo)性合成蛋白質(zhì)。細(xì)胞受到重金屬與激素誘導(dǎo)，細(xì)胞的合成功能借助誘導(dǎo)合成相應(yīng)的蛋白質(zhì)，以此結(jié)合金屬離子。在生物體內(nèi)進(jìn)行誘導(dǎo)硫蛋白的合成，主要是金屬離子具備的效應(yīng)元件，被認(rèn)為金屬誘導(dǎo)，金屬硫蛋白合成的起始遺傳物質(zhì)序列，具有金屬硫蛋白誘導(dǎo)性增強的作用，同時相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)其是轉(zhuǎn)錄調(diào)控蛋白的識別位點，是金屬硫蛋白的遺傳物質(zhì)轉(zhuǎn)錄起點。同樣在研究中發(fā)現(xiàn)重金屬鎘離子與汞離子的誘導(dǎo)能力較強，并且生成的金屬硫蛋白結(jié)合牢固，不易被其他金屬離子所替換，從而導(dǎo)致生物功能受限。

同樣在硫蛋白合成中，錳離子硫蛋白依賴于肝臟的誘導(dǎo)合成，并且對肝臟本身無損傷。砷離子通過金屬活性轉(zhuǎn)錄因子與應(yīng)激信號誘導(dǎo)砷離子硫蛋白合成。鋅離子作為最重要的誘導(dǎo)金屬離子，鋅離子在生命中誘導(dǎo)生成的鋅離子硫蛋白，能被多種金屬置換，因此在重金屬解毒方面研究起著決定性作用。同時，結(jié)合在金屬硫蛋白中的鋅還能夠行使其他生物學(xué)功能，因此鋅被認(rèn)為最安全最有效的金屬硫蛋白誘導(dǎo)。在現(xiàn)有研究中，金屬硫蛋白含量的增加往往是機體對現(xiàn)有應(yīng)激的一種補償性保護調(diào)節(jié)機制，從而有效地達(dá)到保護調(diào)節(jié)的作用[2]。

3 結(jié)合金屬離子性能分析

3.1 鋅離子的調(diào)節(jié)作用

在金屬硫蛋白的結(jié)合金屬離子類型中，鋅離子作為必不可少的微量礦物元素。鋅離子是生物生長發(fā)育、遺傳物質(zhì)合成與免疫系統(tǒng)構(gòu)建必需的微量礦物元素。鋅離子通過對金屬硫蛋白與氧化物酶和谷胱甘肽的功能進(jìn)行調(diào)節(jié)，以維持細(xì)胞膜內(nèi)外的平衡，從而保護細(xì)胞的完整性。鋅離子在細(xì)胞內(nèi)的存在，通常作為金屬硫蛋白的分子結(jié)構(gòu)，在鋅離子與硫蛋白離子之間進(jìn)行調(diào)節(jié)流動。例如：金屬硫蛋白的高級結(jié)構(gòu)中，包含七個對鋅離子具有高親和力的結(jié)合位點，導(dǎo)致細(xì)胞質(zhì)中金屬硫蛋白對鋅離子進(jìn)行緩沖和穿梭作用。同樣鋅離子也能夠參與到血單核細(xì)胞中，對轉(zhuǎn)運蛋白和金屬硫蛋白的基因表達(dá)水平進(jìn)行調(diào)節(jié)。當(dāng)細(xì)胞內(nèi)的金屬硫蛋白含量過高，需要借助結(jié)合鋅離子，以此降低細(xì)胞鋅離子濃度，在細(xì)胞內(nèi)形成負(fù)反饋的信號表達(dá)，以此調(diào)節(jié)細(xì)胞氧化應(yīng)激環(huán)境[3]。

3.2 銅離子的基因調(diào)控作用

在金屬硫蛋白結(jié)合的金屬離子類型中，銅離子作為細(xì)胞構(gòu)成的基本元素，在細(xì)胞酶的系統(tǒng)中具備輔助作用。銅離子參與到金屬硫蛋白中，能夠誘導(dǎo)基因表達(dá)產(chǎn)物的表達(dá)。例如：金屬硫蛋白含有的銅離子，能夠有效地抑制細(xì)胞癌變基因蛋白質(zhì)的功能顯現(xiàn)。銅離子作為細(xì)胞強活性氧的催化劑，能夠參與到基因的調(diào)控當(dāng)中，從而抑制線粒體復(fù)合物的合成，使得細(xì)胞內(nèi)活性氧的含量增加。金屬硫蛋白富含銅離子可能造成細(xì)胞微量氧化損傷。在現(xiàn)有的細(xì)胞癌變中，針對細(xì)胞癌變惡化過程中，銅離子函數(shù)的不斷增加成為腫瘤細(xì)胞轉(zhuǎn)移的限制關(guān)鍵因素，因此，需要適度控制金屬硫蛋白的銅離子[4]。

3.3 重金屬的解毒作用

在金屬硫蛋白的解毒作用中，有毒的重金屬，如重金屬鎘砷和鉛汞在生物體內(nèi)富集，將引起器官損害，間接誘發(fā)各種慢性疾病。針對當(dāng)前日常嚴(yán)峻的環(huán)境，重金屬污染已成為人類健康威脅。長期處于多種重金屬的環(huán)境中，腫瘤與癌癥等細(xì)胞變異類疾病明顯提升，因此，重金屬誘導(dǎo)硫蛋白的表達(dá)增加，導(dǎo)致細(xì)胞對毒性重金屬產(chǎn)生抗性。在金屬硫蛋白的生物學(xué)功能上，其重金屬解毒作用，主要取決于重金屬和硫蛋白之間的親和力。硫蛋白與有毒金屬緊密結(jié)合，能夠有效消除重金屬對大腦、肝、腎等重要器官的損傷，因此，被用于重金屬模型當(dāng)中[5]。

4 生物學(xué)功能分析

4.1 消除自由基，對抗應(yīng)激反應(yīng)

在金屬硫蛋白的生物學(xué)功能上，金屬硫蛋白能夠有效消除自由基，對抗應(yīng)激反應(yīng)。正常情況下，體內(nèi)自由基，除了參與細(xì)胞內(nèi)重要的化學(xué)反應(yīng)過程外，還可損傷生物活性分子，例如蛋白質(zhì)與遺傳物質(zhì)等，導(dǎo)致癌癥、肝臟損傷、自身免疫性疾病以及衰老等癥狀出現(xiàn)。含不同金屬的金屬硫蛋白，清除自由基的能力不同，如金屬硫蛋白的鋅離子清除羥自由基的能力較強，主要是因為巰基含量不同而導(dǎo)致金屬硫蛋白活性差異。硫蛋白含量豐富的細(xì)胞或組織，可以抵抗電離輻射或紫外線引起的細(xì)胞組織損傷，修復(fù)受損細(xì)胞[6]。

4.2 調(diào)節(jié)與解毒作用

在金屬硫蛋白的生物學(xué)功能研究中，硫蛋白調(diào)節(jié)微量元素代謝，實現(xiàn)重金屬解毒作用。硫蛋白與金屬離子本身具備較強的結(jié)合功能，因此，在血液與肝臟上，硫蛋白能夠有效地對鋅離子與銅離子進(jìn)行吸收，從而維持微量元素的新陳代謝平衡。其優(yōu)化的實際步驟主要為：先給予少量重金屬，在一定時間的適應(yīng)后，再給予其大劑量反應(yīng)，此時細(xì)胞表現(xiàn)出對重金屬明顯的抵抗作用。金蛋白的轉(zhuǎn)錄表達(dá)，對離體供血心肌間質(zhì)起著保護作用，硫蛋白對胃黏膜上由幽門螺桿菌引起的胃潰瘍發(fā)揮著保護作用，硫蛋白抑制由高脂肪肝引起的心肌收縮障礙，從而在惡性腫瘤細(xì)胞上有著較好的抑制，與硫蛋白參與機體抑制腫瘤細(xì)胞有著密切關(guān)系[8]。

5 金屬硫蛋白在重大疾病的應(yīng)用價值

5.1 金屬硫蛋白對糖尿病延緩作用

金屬硫蛋白在重大疾病的應(yīng)用價值，在于金屬硫蛋白的心血管保護功能，能夠為糖尿病的延緩與改善發(fā)揮著重要的作用。由于金屬硫蛋白作為抗氧化劑，能夠在高血壓、糖尿病等疾病上發(fā)揮著優(yōu)異作用。在糖尿病中，由于細(xì)胞內(nèi)自由基產(chǎn)生增加，導(dǎo)致糖尿病與胰島細(xì)胞氧化應(yīng)激存在著密切的關(guān)聯(lián)性。同樣硫蛋白作為胰島細(xì)胞內(nèi)抗氧化重要的蛋白質(zhì)，通過硫蛋白的參與，能夠有效減少胰島細(xì)胞誘導(dǎo)的氧化應(yīng)激，從而在糖尿病的預(yù)防上發(fā)揮著重要的作用。

5.2 新型診斷試劑與治療藥物的開發(fā)

在金屬硫蛋白在重大疾病的應(yīng)用中，有助于新型診斷試劑與治療藥物的開發(fā)。金屬硫蛋白作為穩(wěn)態(tài)分子與金屬離子結(jié)合，可以讓體內(nèi)一些必需金屬離子得到代謝平衡，以此實現(xiàn)重金屬解毒的作用。 同樣硫蛋白能夠?qū)咕€粒體、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、溶酶體的應(yīng)激反應(yīng)，以及抑制生物膜脂質(zhì)過氧化損傷，實現(xiàn)細(xì)胞內(nèi)的氧化還原環(huán)境的調(diào)控，從而維持細(xì)胞內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)定。對于硫蛋白作用的生物性機制研究，為腫瘤等疾病的發(fā)生與治療提供新思路，并基于金屬離子硫蛋白作用的特異性，開發(fā)新型的診斷試劑和治療藥物。

6 結(jié)語

由此可見，在金屬硫蛋白的深入研究上，需要針對其本身的生物學(xué)功能，加強其在新陳代謝的調(diào)節(jié)作用以及微量元素調(diào)控和重金屬解毒上的作用，有助于金屬硫蛋白產(chǎn)品的開采，從而為醫(yī)學(xué)領(lǐng)域發(fā)展提供保障。同樣由于金屬離子的硫蛋白在抗氧化與腫瘤病變上具備阻礙作用，能夠有效降低癌癥細(xì)胞的抗藥性，同時也能夠為腫瘤治療創(chuàng)設(shè)新途徑，從而為現(xiàn)代醫(yī)學(xué)腫瘤與重大疾病治療提供新方向。