MT蛋白异常在肿瘤诊断和防治方面的研究

楼秀余

（上海舒泽生物科技研究所 上海 201400）

1 MT的基本特性及生物学功能

MT是一类广泛存在于生物体中的低分子量，富含半胱氨酸，能被金属离子诱导的金属结合蛋白，不同种属生物的基因在染色体上的定位也不同，人类MT基因定位于16号染色体，由3个外显子和2个内含子组成，MT的结构在进化过程中高度保守，哺乳动物MT为61－62个氨基酸残基组成的多肽，相对分子量为6×103－7×103不含芳香氨基酸及组氨酸，富含半胱氨酸（Cys）。MT家族包括4个异构体：MT－Ⅰ、MT－Ⅱ、MT－Ⅲ和MT－Ⅳ。MT－Ⅰ至少包括6个亚型，它主要存在于哺乳动物和一些无脊椎动物（如龙虾、牡蛎等），MT－Ⅱ存在于哺乳动物、原生生物、一些无脊椎动物（如海胆）、蓝藻目、酵母和一些植物中，其中MT－Ⅰ和MT－Ⅱ是MT最主要的异构形式，在哺乳动物的各器官中均有表达，以肝、肾、胰腺、小肠中的含量最为丰富。MT－Ⅲ又称生长抑制因子，是一种脑特异性金属硫蛋白，主要分布于中枢神经系统，是唯一与生长有关的MT，而且其表达不受金属离子调节。MT－Ⅳ只存在于口腔黏膜、食管、胃上部的复层鳞状上皮细胞中，它在这些细胞的分化中起着重要的调控作用，在细胞内MT为胞浆蛋白，主要存在于胞浆，也可在溶酶体中积聚，有时也进入胞核，MT在细胞中定位的改变与细胞的不同发育时期有关。实验中观察到MT在G1晚期／S早期定位于胞核，在M期末重新定位到胞浆，MT的这种转位有赖于丝裂素蛋白激酶（MAPK）和磷脂酰肌醇－3激酶（phosphatiolyl inositol kinase 3，PI3K）的活性。MT的生物学效应迄今尚未完全阐明，比较明确的是①清除体内自由基，防止机体衰老；②参与体内微量元素代谢和解除重金属的毒性；③增强机体各种不良状态的适应能力；④调控机体生长发育和细胞代谢。

2 MT在肿瘤细胞组织中的表达异常

肿瘤组织中MT的过度表达在近几年中开始被人们广泛关注，人们已经在食管鳞状细胞癌、脑胶质瘤、大肠癌、乳腺癌、喉癌、子宫内膜癌等多种癌症中发现MT呈高水平表达。检测MT在食管鳞癌中的阳性表达率为70.6%，明显高于正常食管黏膜上皮。运用免疫组化方法发现 MT在正常脑组织中没有阳性表达，而在脑胶质瘤中有较高的表达。有学者在大肠癌组织中也检测到MT在癌组织中的表达远远高于正常肠黏膜组织。国外学者Pastuszewski等发现MT在喉癌组的表达于对照组比较P＜0.001，在恶性程度较低的肿瘤中明显增高，但与预后无明显关系。Mccluggage等发现MT在卵巢恶性肿瘤中阳性表达率高于良性瘤样增生组织。以上情况表明MT在肿瘤组织中存在过表达现象，但是并非所有肿瘤组织中MT含量均增加，如学者张树辉等发现肝肿瘤中MT阳性表达下调。研究表明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。目前认为MT在肿瘤中高表达主要是由于肿瘤细胞内转录调节失控所致。很多实验表明MT通过对锌的调节作用，对肿瘤细胞的增殖产生影响，锌的总浓度决定了细胞增殖的速度。研究发现，肿瘤细胞内的锌是室性分布，细胞核内存在大量的锌，能够调节RNA和DNA的合成，参与体内DNA结合蛋白的合成过程以及多种DNA和RNA聚合的激活过程。因此，MT的过度表达可以影响DNA的复制、基因的转录和蛋白质的合成。也有人认为，MT优先表达是由组织中的金属浓度和组织细胞所处生长阶段决定的，其作用就是促进细胞的增殖。

MT对肿瘤细胞凋亡的抑制作用，可能是促进肿瘤发展的又一个重要机制，MT通过清除自由基，抑制自由基作用于DNA链所诱导的凋亡，另外MT也通过与锌的相互作用增强锌对细胞凋亡的抑制作用。

3 MT与肿瘤临床病理特征的关系

在哺乳动物中MT的合成主要在肝脏，其次在骨髓和胸腺，在组织再生和发育过程中MT合成增加，而且其合成具有可诱导性，许多内源性和外源性因素（如重金属、激素、细胞因子、肿瘤因子、氧化剂、应激等）均可迅速诱导MT合成，其诱导均发生在转录水平，MT在多种肿瘤组织有表达，与肿瘤的临床病理特征有关系。在绝大多数肿瘤中，MT的表达与肿瘤分化程度呈负相关，病理分化程度越高，MT的阳性表达率越低，这可能随着肿瘤分级的增高，使锌贮藏库逐渐恶化，随后MT表达减少，但在人脑胶质瘤和膀胱癌中MT高表达与高分化有关，可能由于在不同的肿瘤中存在不同的MT异构体，对肿瘤的生物学行为的影响也不同，其确切的机制尚待进一步阐明。文献报道MT与淋巴结转移、临床分期、浸润深度有关系，故检测肿瘤组织中MT的表达，对提示肿瘤患者诊断具有重要意义。

4 MT金属硫蛋白在机体内双向调节作用

在体外细胞培养中，铜离子有直接杀伤癌细胞的作用。杀伤程度与剂量成正向关系。但在正常细胞中，特别是肝脏细胞内，虽然有大量铜的颗粒积累，但观察不到任何对肝脏细胞的损伤作用。可以说铜离子对癌细胞有杀伤作用，而对正常细胞却有保护作用。

进一步的研究中发现，铜离子的这种“驱邪而不伤正”的双向调节作用，归根结底是MT金属硫蛋白起到了关键的作用。当你用铜离子治疗小鼠肝癌时，铜离子可以诱导正常的肝细胞合成金属硫蛋白（MT），它与铜离子鳌合后，使铜离子失去生物活性而储藏在肝脏内，肝细胞不会受到铜离子的任何损伤。随着机体的需要，铜再与MT分离，从肝脏内释放出来，再与血液中的蛋白质结合，运送到各个器官。如此维持着体内铜元素的动态平衡，保证了体内各种生理功能的所需，起着微量元素的调节作用。但是在肿瘤细胞内，则是完全不同的现象。由于MT几乎分布于肿瘤细胞外部，进入肿瘤细胞内的铜离子无法与之鳌合，肿瘤细胞内高浓度的游离状态铜离子会拮抗锌离子，使癌细胞中的生化过程无法进行，发挥了杀伤癌细胞的作用。

5 MT保护人体正常细胞的同时，降低了肿瘤药物疗效

近年来研究表明，MT可以减少肿瘤药物（依托泊苷）诱导的肺和肝细胞的细胞凋亡，并且，机体通过Zn和Cu诱导出高水平的MT，抑制细胞凋亡的作用。MT可以限制化疗药物向肿瘤血管周围的正常细胞扩散，同样也限制了化疗药物向肿瘤细胞渗透，降低化疗药物的疗效。铂类化疗药物顺式和反式结构都可以和MT分子结合，同时置换出其它金属离子。

研究发现肿瘤化疗中耐药性问题与细胞内MT表达量增高有关。在乳腺癌的研究中发现MT解金属毒、清除自由基的同时，会对抑制肿瘤细胞生长的药物（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鼠膀胱癌细胞，然后单独注射顺铂的C3H荷瘤小鼠其MT含量增加了2倍，并产生了明显的顺铂耐药性。通过越来越多的实验证明，MT与肿瘤细胞的耐药性问题密切相关。

MT可能在保护正常组织细胞的同时，也潜在加速了肿瘤细胞生长：①是MT作为“Zn池”向各种不同转录因子提供Zn源，发挥对癌细胞凋亡的抑制作用；②是MT具有清除自由基的功能，可使肿瘤细胞免受辐射及化疗药物的作用。综上所述，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，还可以提供肿瘤诊断相关的信息，同时还可作为肿瘤化疗耐药性的标志物。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，还待深入研究。MT具有广阔的临床应用前景，将为肿瘤的早期发现及肿瘤的预治提供新的方法。

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