金属硫蛋白与肿瘤发病机制研究进展

牛焕国白岚邵焕庆

(1.淄博市周村区人民医院内二科，255300；2.山东省军区门诊部，250099)

金属硫蛋白(metallothioneins，MT)是一类低分子量、富含胱氨酸的细胞内蛋白质，在防止DNA损伤、细胞凋亡、氧化应激中起重要作用。研究表明MT表达与多种肿瘤的进展、药物抵抗有关[1]。本文就金属硫蛋白在肿瘤发病过程及药物抵抗中的作用机制进行综述。

1 MT的结构

人体中的MT基因定位于染色体16q13，包含4种功能亚型MT-1～MT-4。哺乳动物的MT含有60～68个氨基酸残基，通过两个结构域可以同时与必须的金属元素如锌、铜和有毒金属如镉、汞等结合，靠近N端的β结构域，可通过9个半胱氨酸结合3个金属原子，而α结构域靠近C端，通过11个半胱氨酸残基结合4个金属离子[2]。MT-1和MT-2在人和动物组织中普遍存在，MT-3主要分布于中枢神经系统，MT-4主要位于皮肤、消化道等器官的角质细胞和复层鳞状上皮细胞中。

2 MT的生理功能及其表达调控

体内主要有两种形式的MT蛋白，金属结合型和游离型。通常游离型MT只是暂时存在于非肿瘤细胞中，但有研究表明在大鼠的许多肿瘤中有高表达的游离型MT存在[1]。MT主要功能有参与微量元素的代谢及重金属的解毒；清除自由基在氧化还原中的作用；拮抗电离辐射、参与应激反应；调控机体生长发育和细胞代谢等[3]。金属、激素、细胞因子、氧化应激及其他理化应激可诱导MT的表达[1]，它们对MT表达的调控主要表现在转录水平上。MT基因的5’启动区至少存在两个调控片段，即金属反应元件和糖皮质激素反应元件。在某些肿瘤中Ha-ras癌基因处于激活状态，从而作用于MT基因启动区的调控片段，导致了MT表达的增加。

3 MT在肿瘤发生过程中的作用机制

3.1促进肿瘤细胞增生 MT通过多种调节作用，对肿瘤细胞的增生、分化产生影响。锌是机体内多种酶的必需成分，参与体内结合蛋白的合成过程以及多种聚合酶的激活过程[2]。锌可诱导MT的表达增高，改变细胞信号传导途径，影响DNA的复制、基因的转录和蛋白质的合成。MT对宫颈癌细胞有浓度依赖性的促进增生作用[4]。MT表达呈明显的细胞周期依赖性，处于S期的肿瘤细胞MT染色阳性率较高，在增生期细胞中的含量比静止期细胞高2～3倍，提示MT可能具有促进细胞分裂增生的作用[5]。张树辉等[6]研究结果显示在高中分化肝癌细胞中MT位于胞质和胞核，低分化细胞则以胞核为主。MT和其他一些肿瘤标志物如P53，PCNA，VEGF等的联系，进一步证明MT与细胞增生相关[7-10]。

3.2 与肿瘤细胞凋亡的关系 MT可保护活性氧对机体的损伤，防止细胞凋亡[7]。MT还可通过与锌的相互作用发挥对细胞凋亡的抑制作用，不同的物理化学因素和免疫刺激均可增强锌对细胞凋亡的抑制作用[11]。当应用特定的抗肿瘤药物时，抑制MT-2A基因表达后MT在MCF-7细胞系中表达下降从而提高了肿瘤细胞对于抗癌药物的敏感性，增加了肿瘤细胞的凋亡[12]。通过对肿瘤细胞增生周期分析发现，细胞内MT表达降低者出现相应的凋亡增加。在添加镉或铜后，P53基因突变后不能诱导MT的产生或细胞凋亡[8]。李天等[4]认为经MT作用的宫颈癌细胞凋亡率明显减少，且且P53蛋白及mRNA表达水平均降低，提示MT可能通过抑制P53依赖的线粒体凋亡途径而抑制宫颈癌细胞凋亡。

3.3 影响肿瘤新生血管的形成 在肿瘤快速增长过程中容易出现新生血管生长不足影响肿瘤的血液供应，而导致肿瘤细胞缺氧、肿瘤组织坏死，而缺氧可诱导多种基因表达上调，如血管内皮生长因子(VEGF)，这些因子可诱导MT表达增加，且通过与其受体结合能激活信号传导途径如PI3K/Akt/mOTR和MEK/ERK，改变肿瘤血管内微环境，促进肿瘤新生血管的形成[13]。在前列腺癌中MT可与VEGF起协同作用，促进肿瘤血管内皮细胞增生及新生血管生成[10]。

3.4 在金属致癌和抑癌中的作用 细胞内的金属一部分与细胞内金属结合蛋白(主要是MT)结合，另一部分则作用于靶分子而发挥其生物学作用，其中包括金属的致癌和抑癌效应。锌在DNA复制和修复过程中起重要作用，锌在前列腺癌组织的含量显著低于正常前列腺[14]，其含量降低能抑制睾酮转换成二氢睾酮(DHT)，而睾酮含量升高对前列腺有致癌作用。锌对镉所致前列腺细胞的超微结构损伤及部分酶的活性有明显的保护作用，组织细胞中的MT具有结合并阻止镉作用于DNA链而诱发肿瘤的功能。由于肝癌细胞中MT的含量明显低于正常组织，因此给予镉剂后，有更多的游离镉向肝癌细胞聚集，在杀伤肝癌细胞的同时对正常肝细胞影响较小，从而实现靶向杀死肝癌细胞、实现抗肿瘤作用[15]。

3.5 与肿瘤细胞获得性耐药的关系 研究发现MT过表达的癌细胞株耐药性明显增强[15]。Bacolod等[16]研究认为MT与亲电性化疗药螯合后，增强了肿瘤细胞DNA的修复能力。MT可清除铂、镉等微量元素，使化疗药物无法作用于肿瘤细胞的DNA，且药物与DNA结合后，细胞死亡减少[17]。另一方面可能是生长因子激活后控制耐药性的酶和蛋白质的表达，使肿瘤细胞产生耐药性[18]。MT可以保护肿瘤的血管周围细胞，使化疗药物不能向血管周围组织扩散，使化疗药物的治疗效果降低。

3.6 对肿瘤预后的影响 肿瘤组织中MT含量与某些肿瘤的分化程度及预后有密切关系。在MT与前列腺癌的关系中，在肿瘤组织含量低者，存活时间长，预后较好[10]。在乳腺癌患者中，MT在肿瘤过度表达者化疗效果不佳，总体生存率较低，预后较差[12]。在早期黑色素瘤患者中，MT过度表达者预后较差[19]。子宫内膜癌中MT的表达与癌细胞的分化和临床分期有关，分化越低表达越高，临床分期越高表达越强，但与肌层浸润无明显关系[20]。在大肠癌患者中，MT阳性组与阴性组无病生存率和无远处转移生存率均有显著性差异，提示大肠癌MT阳性表达与预后不良相关[21]。

4 展望

肿瘤的发生、发展是多因素相互作用的结果，MT在肿瘤生成过程中发挥一定的作用，在临床诊断、治疗以及预后监测中也发挥重要作用。利用MT对肿瘤的影响开发新型抗肿瘤药物；通过肿瘤MT的基因剔除促进肿瘤的凋亡等，深入的研究和探索MT基因与肿瘤的关系，将对肿瘤的临床诊治有重要的意义。

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