金属硫蛋白与肺癌发病的研究进展

赵 闻(综述)，杨绍军(审校)

(昆明医科大学第二附属医院心胸外科，昆明 650101)

肺癌发病率的增高成为了全球关注的问题，研究显示肿瘤细胞中金属硫蛋白(metallothioneins，MT)水平高于正常，对肿瘤的侵袭性、恶化、转移、预后有影响[1]。MT在维持锌和铜的稳定以及清除自由基抗氧化、细胞代谢和生长发育中发挥作用，并参与应激反应。MT家族包括MT-Ⅰ、MT-Ⅱ、MT-Ⅲ、MT-Ⅳ，广泛存在于人体中[2]。MT-Ⅰ和MT-Ⅱ在人和动物中分布比例较大，MT-Ⅲ主要分布于神经系统，MT-Ⅳ主要位于含有角质细胞和复层鳞状上皮细胞的器官中。氧化应激反应、激素、金属离子、细胞因子及理化因素应激在转录水平上诱导MT表达[3]。MT高度表达将促进细胞增殖、有毒金属清除能力下降，使金属毒素在体内水平过高而引起细胞及DNA的损伤、突变，类固醇激素受MT刺激过度分泌，引起激素水平增高，诱发相关疾病的发生。

1 MT在肿瘤发生过程中的作用机制

1.1低氧环境诱导MT增多 在肿瘤的进展中，由于肿瘤的增长迅速，肿瘤内新生毛细血管对肿瘤的供血不足以致局部缺氧，细胞对缺氧的反应主要是由低氧诱导因子1(hypoxia-inducible factor-1，HIF-1)来调节，从而促进HIF-1α的表达，被上调的HIF-1α可保护肿瘤细胞和新生血管。活化的HIF-1能分解纤维母细胞中的微囊蛋白1，阻碍邻近肿瘤细胞的凋亡，增加肿瘤侵袭的可能。在癌组织中，HIF-1能上调MT的表达，MT的生物学功能不仅在于清除氧自由基和重金属，对癌细胞生长和增殖方面的调控也发挥着极大作用，MT的发现为肿瘤的诊断和治疗提供了新的方法和理念。首先，HIF-1的上调受低氧调控，上调的HIF-1进而刺激Slug上调；其次，Slug下调上皮钙黏素的表达，上皮钙黏素能阻止肿瘤细胞脱离原发灶的肿瘤转移抑制因子，Slug结合上皮钙黏素上螺旋-环-螺旋蛋白转录因子家族的结合位点下调上皮钙黏素，促进肿瘤的侵袭、转移[4]。低氧环境能诱导MT表达，HIF-1是低氧诱导MT的必需物质，MT能增加HIF-1的稳定性，两者之间表现出互相促进作用[5]。Slug是一种锌转录因子，而MT能与细胞内多种含锌蛋白和转录因子在空间上相互作用，提示低氧诱导产生的MT为Slug提供Zn2+，上调Slug的转录活性，上调的Slug使得抑制癌转移能力下降。

1.2MT-3和p53对肿瘤的影响 在正常状态下，MT-3的主要生物学功能是参与Zn2+的贮存，维持机体的平衡。肿瘤引起 MT-3的过表达，大量的MT游离在细胞外，游离的MT可以夺去Zn2+，导致锌DNA结合蛋白以及转录因子和众多需锌蛋白中的Zn2+水平下降，使其表达下调，从而影响细胞的正常生长分化[6-7]。p53基因与特异的DNA结合需Zn2+辅助才能发挥调节作用，而游离MT夺去Zn2+后使其处于缺Zn状态，导致上述反应无法进行，p53的调节活性丧失，从而失去抑制肿瘤发生、发展及恶化的作用，加重了肿瘤患者的负担[8]。肿瘤的进展同时促进p53和MT-3的过度表达，并且发现p53和MT-3的相互促进能力能有效起到抗肿瘤作用，其原因是：①肿瘤的增殖刺激p53使其发挥抑癌作用，保护机体，同时大量表达的p53进一步刺激MT-3表达，使其调节体内Zn2+参与p53的抑制肿瘤作用；②MT-3同样具有抑制细胞生长的作用。MT-3和p53的相互调节，肿瘤的进展处于可控制范围内；随着肿瘤的进一步发展，两者的保护作用减弱，使得肿瘤发展加快，进入无法控制的状态。

2 MT与肺癌的相关性

吸烟是引起肺癌的主要危险因素之一，吸烟者肺癌发病率和并发症显著高于非吸烟者，烟草中的大量化学物质可能会参与肿瘤的进程。吸烟能产生大量自由基。研究证实，自由基在多种原因诱发肺癌的过程中起重要作用，肺癌患者人体内自由基的生成多于正常人群，很多致癌物质本身并无致癌作用，而是在体内通过代谢产生自由基才出现致癌性，吸烟时呼吸爆发产生大量氧自由基，特别是羟自由基，是引起DNA损伤的一个重要因素[9-10]。Zowczak等[11]研究发现，肺癌患者Zn2+水平显著低于对照组。刘俊等[12]对肺腺癌细胞系A549、肺支气管上皮、肺巨细胞癌细胞进行免疫细胞化学方法检测MT，结果显示，MT在非小细胞肺癌的转移起促进作用，作用区位于胞质。Werynska等[6]通过研究MT-Ⅲ与肺癌的关系发现，肿瘤的恶性程度与细胞核MT-Ⅲ的表达呈反比。Zn2+具有细胞生长保护作用，特别是在肿瘤细胞，同时Zn2+参与细胞分化、激活和凋亡，是DNA复制及RNA转录的重要辅助因子[13-14]。综合以上研究可以推测，各种损害因素刺激人体，引起大量氧自由基在人体内产生，改变机体内环境稳态，引起MT的过度表达，而MT抗氧化需要与Zn2+的结合才能发挥抗氧化作用，例如大量的MT参与清除氧自由基反应，降低氧自由基中的羟自由基对DNA损伤；另外，抑癌基因p53发挥抑癌作用。肺癌患者因为Zn2+水平低于正常，MT与Zn2+结合少，以致清除内毒素能力降低，引发炎性反应。炎性因子、重金属毒素、氧自由基增多导致肺免疫防御被破坏，免疫监视功能失活，DNA的突变，最终引起肺支气管上皮细胞恶变。正常MT在人体细胞核上表达，参与人体内有害物质的清除和协同人体自身免疫功能起到保护作用，但肺癌MT的表达出现在胞质内，MT的保护功能失去作用，p53的失活以及DNA损伤加重了肺癌的进展。肺癌快速增长过程中容易出现肿瘤细胞缺氧以及组织坏死等情况，其原因是新生毛细血管生长不足而影响血流供应并且导致缺氧，由于缺氧能使多种基因上调，包括血管内皮生长因子，其通过与其受体结合，激活信号转导通路磷脂酰肌醇3-激酶/蛋白激酶B/哺乳动物雷帕霉素靶蛋白信号通路和分裂原抑制剂/蛋白激酶信号通路，改变血管内环境，刺激肾上腺释放儿茶酚胺，收缩外周血管。有报道显示，MT表达增加与这类因子有关，促进肿瘤内新生血管生成[15]。

3 MT与肺癌预后

3.1MT与肺癌获得耐药性的关系 研究发现，MT处在高水平的患者在使用亲电性化疗药物(主要是铂类)后耐药性明显增强，其原因可能为修复了肿瘤DNA[16-17]。MT与肿瘤的耐药性不仅局限于此，MT还可清除体内一些微量元素，如铂类化疗药物顺铂，MT清除铂等微量元素后使化疗药物对肿瘤细胞的DNA不起作用，且肿瘤细胞死亡的数量并没有增多[18]。肿瘤细胞耐药性与生长因子有关，研究显示，生长因子可抑制肿瘤相关抑癌酶和蛋白，阻碍其表达[19]。MT具有保护细胞膜的作用，在肿瘤发生、发展中，血管细胞膜的通透性降低，阻碍了化疗药物对周围血管细胞的扩散作用，使治疗效果降低。

3.2高表达MT与肺癌生存率的关系 肿瘤组织的分化程度和预后与MT水平密切相关。Mao等[19]在研究肺肿瘤时发现，MT在癌组织中表达高于良性病变，并且与肺癌的分化、年龄、患者的预后有关。MT表达的患者生存期显著短于不表达者，而且MT表达与性别、组织学类型、TNM分期、淋巴结转移与否均无关。多数报道认为，MT表达与生存情况呈负相关，其具体原因尚不清楚，可能为环境和生活状态的改变所致[20-21]。

4 展 望

肺癌的病死率超过其他肿瘤，对肺癌的研究也日渐频繁。MT表达水平的上调受多种因素调控，如氧自由基的增多、应激反应和肿瘤的发生等，对于其作用机制也逐渐明朗。MT的表达对肿瘤来说是一个早期表现，并且MT清除一些微量元素的作用对含金属化疗药物是一个巨大的考验，今后的化疗药物将绕过MT清除作用直接作用于肿瘤，提高患者生存率。目前，我国尚无相应的检测设备对其进行详细的估计，对患者来说也缺少一部分病情资料，未来对MT的关注将会越来越高，而相应的设备和措施也会逐步完善。MT的发现给患者以及医疗工作者带来了希望。

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